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Hilfskraftschaltvorrichtung für ein geometrisch gestuftes Wechselgetriebe
Die Erfindung bezieht sich auf eine Hilfskraftschaltvorrichtung für ein geometrisch
gestuftes Wechselgetriebe, das aus mehreren kraftflußmäßig in Reihe angeordneten
Gruppengetrieben besteht, wobei die Eingangswelle des ersten Gruppengetriebes von
einer drehzahlregelbaren Kraftmaschine angetrieben und die Ausgangswelle des letzten
Gruppengetriebes mit einem Drehzahlmesser verbunden ist, der ein analog zur Drehzahl
steigendes Signal liefert, das, über umschaltbare Drosselglieder fließend, Relais
betätigt, die ihrerseits die Getriebegangstufen umschalten.
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Bei bekannten Hilfskraftschaltvorrichtungen dieser Art werden unabhängig
von der Anzahl der Getriebegangstufen zwei vom Ausgangssignal des Drehzahlmessers
gesteuerte Relais oder Transistoren dazu benutzt, den Stellmotor eines Drehschalters,
der einen je nach Ausführungsform des Getriebes für die Umschaltung der Getriebegangstufen
geeigneten Kontaktsatz aufweist, in der einen oder anderen Laufrichtung zu steuern
und hierbei mit jeder Teildrehung in der einen Laufrichtung des Getriebes in einen
höheren Gang, in der anderen Laufrichtung in einen niedrigeren Gang zu schalten.
Zwischen dem Drehzahlmesser und den Relais bzw. Transistoren sind Widerstände vorgesehen,
die in Abhängigkeit von der jeweiligen Getriebeschaltstellung eingeschaltet werden
und hierdurch das an den Relais bzw. Transistoren wirksam werdende Ausgangssignal
des Drehzahlmessers entsprechend der Getriebeschaltstellung verändern, so daß jeweils
dasselbe Relais bzw. derselbe Transistor wiederholt den Drehschalter auslöst, wenn
die Ausgangswelle des Getriebes den gesamten Drehzahlbereich durchläuft.
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Im übrigen ist es bekannt, in den Ausgangssignalkreis des Drehzahlmessers
einen beispielsweise in Abhängigkeit von der Leistung der Kraftmaschine gesteuerten
Widerstand zu schalten, um die Drehzahlwerte, bei denen die Umschaltung des Getriebes
erfolgt, der Belastung der Kraftmaschine anzupassen.
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Nachteilig bei Hilfskraftschaltvorrichtungen der beschriebenen Art
ist die Verwendung eines Drehschalters, der mit seinem Kontaktsatz und Stellmotor
verhältnismäßig aufwendig und störanfällig, darüber hinaus zum schnellen Durchschalten
des Getriebes wenig geeignet ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Hilfskraftschaltvorrichtung
der eingangs genannten Art so auszubilden, daß nur mit Relais, also ohne Drehschalter
gearbeitet wird und die Anzahl der erforderlichen Relais möglichst klein ist. Diese
Aufgabe wird nach der Erfindung durch die Kombination der folgenden Merkmale gelöst:
a) Jeder willkürlich ein- und ausschaltbaren Getriebegangstufe jedes Gruppengetriebes
ist ein Relais zugeordnet; b) jedes Relais schaltet bei einer solchen Signalstärke,
wie es einer als Schaltgrenze vorgegebenen Drehzahl der drehzahlregelbaren Kraftmaschine
unter Berücksichtigung der dem betreffenden Relais zugeordneten Getriebegangstufe
entspricht; c) die Relais der zweiten und jeder folgenden Gruppe schalten zugleich
mit der Getriebeumschaltung Drosselglieder für die Relais in der jeweils vorausgehenden
Relaisgruppe derart um, daß die Signalstärke für diese Relais um einen solchen Betrag
verändert wird, wie er dem der vorausgehenden Relaisgruppe zugeordneten Signalbereich
entspricht.
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Die durch die Erfindung erreichten Vorteile bestehen im wesentlichen
darin, daß die Hilfskraftschaltvorrichtung nach der Erfindung zur Umschaltung der
m - n - k ... Gänge eines Getriebes aus m-Getriebegangstufen in der
ersten Gruppe, n-Getriebegangstufen in der zweiten Gruppe usw. nur m+n+k+
. . . Relais erfordert, falls alle diese Getriebegangstufen willkürlich umgeschaltet
werden sollen. Schalten dagegen Getriebegangstufen selbsttätig ein oder aus, beispielsweise
über Freilaufkupplungen, so ist für diese Getriebegangstufen kein Relais erforderlich,
und die Gesamtzahl
erniedrigt sich entsprechend. Handelt es sich
beispielsweise um ein Getriebe aus drei Gruppen mit jeweils drei Gangstufen, von
denen jeweils nur zwei willkürlich einschaltbar sind, so können die insgesamt 27
Getriebegänge mit nur sechs Relais geschaltet werden. Im Verhältnis zur Gesamtzahl
der Gänge ist daher der Relaisaufwand gering.
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Im folgenden wird die Erfindung an einem in der Zeichnung dargestellten
Beispiel näher erläutert.
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F i g. 1 zeigt schematisch ein geometrisch gestuftes Zahnräderwechselgetriebe;
F i g. 2 zeigt die zum Wechselgetriebe nach F i g. 1 gehörende Hilfskraftschaltvorrichtung.
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Das Wechselgetriebe besteht aus drei kraftflußmäßig in Reihe angeordneten
Gruppengetrieben A, B
und C mit je drei willkürlich ein- und ausschaltbaren
Getriebegangstufen a1, a2 und a3. Die Welle 1 ist die mit einer Kraftmaschine verbundene
Eingangswelle des Getriebes. Die Welle 2 ist die Ausgangswelle des Gruppengetriebes
A und zugleich die Eingangswelle des Gruppengetriebes B. Entsprechendes gilt für
die Welle 3 bezüglich der Gruppengetriebe B und C, für das letztere ist die Welle
4 die Ausgangswelle. Über das Kegelräderpaar 5, 6 treibt die Ausgangswelle 4 einen
Drehzahlmesser 7 an, der ein zur Drehzahl proportionales Ausgangssignal (im Ausführungsbeispiel
eine elektrische Spannung) liefert, mit dessen Hilfe Relais A, . . . As,
B1. . . B3 und C1... es für die Umschaltung der Getriebegangstufen a1...
a3, b1... b3 und c1. . . c3 gesteuert werden, wobei jeder Getriebegangstufe ein
Relais zugeordnet ist, soweit es sich um willkürlich schaltbare Getriebegangstufen
handelt. Getriebegangstufen, die sich selbsttätig (z. B. über Freilaufkupplungen)
ein- oder ausschalten, erfordern kein Relais und sind der Einfachheit halber in
F i g.1 nicht dargestellt. Jedes Relais schaltet über nicht dargestellte Kontakte
ebenfalls nicht dargestellte, den einzelnen Getriebegangstufen zugeordnete Kupplungen
zum Ein- und Ausrücken dieser Getriebegangstufen.
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Die Relais C1 bis Ca sind einerseits mit dem an die Klemme 8 des Drehzahlmessers
7 angeschlossenen Leiter 9 und anderereits mit einem Leiter 10 verbunden, der an
die andere Klemme 11 des Drehzahlmessers 7 über ein Potentiometer 12 und einen ,
Widerstand 14 geführt ist. Das Potentiometer 12 kann durch den Schleifer 13 teilweise
kurzgeschlossen sein, während zum überbrücken des Widerstandes 14 ein Schalter 15
vorgesehen ist.
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Die Relais C, bis C8 können durch Widerstände R'C1 bis R'Cs überbrückt
werden, die bei Erregung dieser Relais über entsprechend betätigte Relaiskontakte
KC,1. . . KC$ einzeln eingeschaltet werden. Diese Relaiskontakte sind im übrigen
in Reihe geschaltet und an ihren Ruhekontakten durch Widerstände RC1. . . RC3 überbrückt,
die somit gleichzeitig mit den entsprechenden Widerständen R'C1... R'Cs eingeschaltet
werden, über die Relaiskontakte KC1. _ . KC3 bzw. die Widerstände RC1. . . RCs werden
die Relais B1. . . B3 gespeist, die zwischen den Leitern 9 und 17 parallel geschaltet
sind.
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Jedem Relais B1. , , B, entsprechen in gleicher Weise Relaiskontakte
KBI ... KB, sowie Widerstände R'B1. . . R'Bs, die bei Erregung der Relais
B1. . . B3 diesen parallel geschaltet werden. Ebenso sind die Kontakte KB,
... KB, durch Widerstände RB-1 ... RB., überbrückt und speisen die
zwischen den Leitern 9 und 19 parallelgeschalteten Relais A1 ... A3.
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Die Relais der drei Gruppen sind als Spannungsrelais mit gestuft aufeinanderfolgender
Ansprechspannung ausgebildet, so daß jedes Relais bei einem bestimmten Signalwert
des Drehzahlmessers 7 einschaltet.
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Für die Erläuterung der Wirkungsweise sei angenommen, daß im Stillstand
nicht dargestellte, selbsttätig schaltende Getriebegangstufen in den einzelnen Gruppengetrieben
eingeschaltet sind, die den Kraftfluß von der Eingangswelle 1 zur Ausgangswelle
4 vermitteln.
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Nach dem Anfahren nimmt die Welle 4 eine wachsende Drehzahl an, und
die von dem Drehzahlmesser 7 gelieferte Spannung nimmt zu. Bei einem bestimmten
Wert dieser Spannung, also einer bestimmten Drehzahl, spricht das Relais A1 an und
bewirkt über nicht dargestellte Hilfsmittel das Einrük@ ken der Getriebegangstufe
a1, wobei sich die bisher wirksame, nicht dargestellte selbsttätige Getriebegangstufe
selbsttätig ausschaltet. Die Ansprechspannung des Relais A1 ist so gewählt, daß
die Drehzahl beim Einschalten .des Relais A1 unter Berücksichtigung der in den beiden
anderen Gruppengetrieben eingeschalteten Gänge einer Drehzahl der Eingangswelle
in der Nähe des oberen für die Drehzahl der antreibenden Kraftmaschine zulässigen
Wertes entspricht. Gleiches gilt auch bezüglich der anderen Relais. Wenn daher die
Drehzahl der Ausgangswelle 4 von Null an zunimmt, schalten die Relais A1 bis As
nacheinander ein, wenn die Drehzahl der Ausgangswelle bei dem jeweiligen übersetzungsverhältnis
des Getriebes einen dem Grenzwert der Kraftmaschine entsprechenden Höchstwert erreicht.
Entsprechend werden nacheinander die Getriebe. gangstufen a1 bis a3 eingelegt, wobei
die jeweils vorhergehende ausgerückt wird, was beispielsweise über öffnungskontakte
der jeweils einschaltenden Relais erfolgen kann. Ist das Gruppengetriebe A in der
beschriebenen Weiße durchgeschaltet, so spricht bei weiterer Drehzahlerhöhung das
Relais B1 an, wodurch zwar einerseits die Getriebegangstufe bi im Gruppengetriebe
B eingerückt wird, andererseits aber auch der Widerstand RB, eingeschaltet wird,
so daß alle Relais A1 bis As abfallen und die willkürlich schaltbaren Getriebegangstufen
a,1. . . a. ausgeschaltet werden, das Gruppengetriebe A also in den Ausgangszustand
gebracht wird. Bei weiterer Zunahme der Drehzahl der Welle 4 werden die Relais A1
bis A3 in der bereits beschriebenen Reihenfolge von neuem erregt, bis das Relais
B2 einschaltet, wodurch die Getriebegangstufe b2 in Eingriff kommt und gleichzeitig
die Stufe b1 öffnet, sowie der Widerstand RB, eingeschaltet wird, der die Relais
A1 bis As erneut zum Abfallen bringt. Der Vorgang wiederholt sich nun in gleicher
Weise unter Durchschalten des Gruppengetriebes A biss zum Ansprechen des Relais
B8 und Einrücken der ihre zugeordneten Getriebegangstufe b.. Entsprechendes gilt
bezüglich des Gruppengetriebes C, wobei nun zwischen den aufeinanderfolgenden Stufen
C,, bis C, jeweils die Gruppengetriebe A und Bin der beschriebenen Weise durchgeschaltet
werden.
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Bei .Ansprechen eines Relais C" (x= 1, 2, 3 . .
.j teilt der entsprechende Relaiskontakt IC" durch die geeignet gewählten Werte
der Widerstände RC1 bis RCx die den Relais der Gruppen A und B gelieferte
Spannung
im Verhältnis der Ansprechspannung der Relais C"+1 und C", und gleichzeitige Einschaltung
des Widerstandes R'Cx hält zusammen mit den Widerständen der bereits zuvor erregten
Relais C1 bis Cx _ i den Gesamtwiderstand des Stromkreises durch Kompensation der
in Reihe geschalteten Widerstände RCi bis RCx konstant, so daß sich die Belastung
des Drehzahlmessers 7 und damit dessen Spannung an den Leitungen 9 und 10 durch
die Umschaltvorgänge nicht ändert.
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In entsprechender Weise sind die den Relais A1 bis As vorgeschalteten
Widerstände RB, bis RB, dimensioniert, die durch die Widerstände R'Bi bis R'Bl,
kompensiert werden.
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Über das Potentiometer 12 oder den Widerstand 14 mit Schalter 15 ist
es möglich, die den Ansprechspannungen der Relais zugeordneten Drehzahlwerte im
ganzen zu verändern. Diese Glieder können auch in Abhängigkeit von anderen Größen
gesteuert werden (z. B. von der Leistung der Kraftmaschine).
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Das beschriebene Beispiel bildet den Schaltzustand des mechanischen
Getriebes mit Hilfe von elektrischen Relais ab. Statt dieser können auch mechanische,
pneumatische oder hydraulische Relais verwendet werden. Beispielsweise können bei
einer hydraulischen Anlage der Drehzahlmesser durch eine volumetrische Pumpe und
die Relais durch Ventile gebildet werden.