DE2921032B1 - Vorrichtung zum UEberwachen des Schaltzustandes einer schaltbaren Kupplung - Google Patents

Vorrichtung zum UEberwachen des Schaltzustandes einer schaltbaren Kupplung

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Überwachen des Schaltzustandes einer durch Axialverschieben eines Kupplungsteiles schaltbaren Kupplung, vorzugsweise einer Zahnkupplung.
Die Überwachung der Schaltstellung ist besonders bei einer Zahnkupplung, so bei einer Elektromagnet-Zahnkupplung, . sehr wichtig. Beim Einschalten einer solchen Kupplung sind zwei Schaltzustände zu unterscheiden. Beim ersten Schaltzustand stehen die Zähne des einen Kupplungsteiles den Zahnlücken des anderen Kupplungsteiles gegenüber. In diesem Fall rückt die Kupplung vollständig ein und kann ihr Nennmoment übertragen.
Beim zweiten Schaltzustand stehen sich beim Einschalten die Zähne der einen Seite den Zähnen der anderen Seite gegenüber und die Zahnkupplung verharrt auf der Zahn-auf-Zahn-Stellung. In diesem Zustand kann die Kupplung nur einen kleinen Teil des
ίο Nennmomentes übertragen. Beim langsamen Ansteigen des Lastmoments rutscht die Zahnkupplung von der Zahn-auf-Zahn-Stellung in die Zahn-in-Zahn-Stellung und ist damit richtig geschlossen. Beim schnellen Ansteigen des Belastungsmomentes aber ist die Zeit zum Einrücken zu kurz, so daß der Zahnkopf an der Flanke des Gegenzahnes anschlägt und wieder ausgewiesen wird, wodurch die Kupplung ratscht. Dieser Zustand führt zur Beschädigung der Verzahnung, ist deshalb unerwünscht und kann nur vermieden werden, wenn es gelingt, die Zustände Zahn-auf-Zahn und Zahn-in-Zahn zuverlässig zu überwachen und zu unterscheiden.
Bei elektromagnetisch betätigten Zahnkupplungen ist es bekannt, den Schaltzustand durch Überlagerung eines Wechselstromes auf den Erreger-Gleichstrom vorzunehmen, wobei der unterschiedliche Wechselstromwiderstand bei geöffneter und geschlossener Kupplung und damit mit geöffnetem oder geschlossenem Magnetkreis mittels einer geeigneten Schaltung zu
zo einem entsprechenden Signal verarbeitet wird. Für eine derartige Überwachung muß aber eine komplizierte, aufwendige Schaltung vorgesehen werden.
Weiter ist es bekannt, einen induktiven Näherungsschalter zur Überwachung des Einrückzustandes vorzusehen, welche über eine am verschieblichen Kupplungsteil befestigte, ringförmige Schaltfahne betätigt wird.
■ Eine ringförmige Schaltfahne benötigt aber zusätzlichen Raum, welcher nicht immer bereitgestellt werden kann sowie eine äußerst genaue schlagfreie Justierung, was Schwierigkeiten verursacht.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zum Überwachen des Schaltzustandes einer Kupplung zu schaffen, weiche unter Verwendung von wenigen Bauteilen, raumsparend und auch im nachträglichen Einbau zu realisieren ist und welche vor allen Dingen am verschieblichen Teil keine zusätzlichen Teile benötigt.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung mit einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.
Die Vorrichtung nach der Erfindung besteht demnach aus einem Sensor, über welchen der Streuanteil des durch den verschieblichen Kupplungsteil beeinflußten magnetischen Feldes abgetastet und ausgewertet wird. Dabei ist der Sensor am Umfang der Kupplung ortsfest und ohne mechanische Berührung mit den umlaufenden Teilen angebracht.
Gemäß einer Weiterbildung des Erfindungsgedankens ist es bei elektromagnetisch betätigten Kupplungen besonders vorteilhaft, das Streufeld des Betäubungsmagneten unmittelbar abzutasten.
Bei dieser Art von Kupplungen nützt die Erfindung in vorteilhafter Weise die Tatsache aus, daß das Magnetfeld einer offenen, magnetisch betätigten Kupplung sich in seiner Stärke und im räumlichen Verlauf vom Magnetfeld einer geschlossenen Kupplung unterscheidet. Die elektromagnetischen Kupplungen sind im allgemeinen so konstruiert, daß bei geschlossener Kupplung sich der Anker in Arbeitslage befindet und die
Summe der Magnetfeldluftspalte ein Minimum bildet oder gleich Null ist Der Magnetfluß verläuft fast vollständig innerhalb der Außenbegrenzung der Kupplung. Bei offener, aber magnetisch erregter Kupplung sind die Luftspalte groß und das Magnetfeld streut in ihrem Bereich stark nach außen. Dieser Zustand besteht kurzzeitig bei jedem Einschalten der Kupplung, solange der Anker auch seine Arbeitslage noch nicht erreicht hat. Er besteht auch, wenn der Anker infolge Verklemmens oder anderer Behinderung, wie z. B. Zahn-auf-Zahn-Stellung bei Zahnkupplungen, seine Arbeitslage nicht erreichen kann. Der nach außen streuende Feldanteil wird gemäß der Erfindung zur Anzeige der axialen Stellung des axial verschieblichen Kupplungsteiles bzw. Ankers benützt. Das Vorhandensein des Streufeld-Minimums sagt aus, daß der Anker in Arbeitslage ist, während das Vorhandensein des Streufeld-Maximums aussagt, daß der Anker nicht in Arbeitslage, sondern in seiner Ruhelage oder irgendwo zwischen Arbeits- und Ruhelage ist.
Zur Erfassung des magnetischen Streufeldes werden erfindungsgemäß magnetfeldempfindliche Elemente, sogenannte Sensoren, wie z. B. Hallsonden, Feldplatten oder Reed-Kontakte verwendet.
Wird in vorteilhafter Weise als Sensor ein Reed-Schalter verwendet, so liefert dieser unmittelbar ein eindeutiges Signal, das unmittelbar, d. h., ohne weitere Verstärkung bzw. Filterung, zum Eingriff in den Steuerkreis der Kupplung oder anderer Aggregate herangezogen werden kann.
Die Vorrichtung nach der Erfindung kann aber auch vorteilhaft bei der Überwachung einer mechanisch betätigten Kupplung mit Schaltmuffe verwendet werden. Bei dieser Kupplungsart ist gemäß einer anderen Weiterentwicklung des Erfindungsgedankens der Überwachungsmagnet ein Permanentmagnet, welcher am Wegende des Betätigungselementes, hier der Muffe, vorgesehen ist. Besonders vorteilhaft ist dabei die Anbringung des Permanentmagneten am Anschlagbund der Muffe, wodurch eine besonders platzsparende Anordnung erreicht wird, oder auch an der Muffe selbst. Die Stärke des Magnetfeldes, welche in den umgebenden Luftraum reicht und damit den Sensor anspricht, hängt von der axialen Stellung des verschieblichen Teiles ab, also vom ein- oder ausgeschalteten Zustand der Muffe.
Ein großer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß bei einer vorkommenden Überbelastung der Kupplung diese aufgedrückt wird und im Falle einer Zahnkupplung eine Zahn-auf-Zahn-Stellung auftritt, wodurch durch den sich bildenden magnetischen Streufluß der Sensor angesprochen wird, der ein Signal weitergibt, dessen Weiterverarbeitung eine Abschaltung der Kupplung und, je nach Notwendigkeit, auch den Stillstand anderer Maschinenteile bewirkt.
Ein weiterer Vorteil ist die unmittelbare Erfassung des gefährlichen Zustandes beim Aufreißen der Kupplung, wodurch ein Durchratschen verhindert wird, welches die Zahnkupplung beschädigt.
Desweiteren kann eine Zahn-auf-Zahn-Stellung beim Einschalten der Kupplung die Ursache für Kupplungsschäden sein. Durch die erfindungsgemäße Einrichtung kann dieser Zustand überwacht werden und durch geeignete Abhilfemaßnahmen, wie z. B., eine automatische Aus- und Wiedereinschaltung beseitigt werden.
Weitere Merkmale der Einrichtung nach der Erfindung werden im folgenden in Verbindung mit den in der Zeichnung wiedergegebenen Ausführungsbeispielen erläutert
In der Zeichnung zeigt
F i g. 1 einen axialen Schnitt durch eine elektromagentisch betätigte Zahnkupplung mit einer Einrichtung nach der Erfindung, mit geschlossener Kupplung,
Fig.2 die gleiche Kupplung wie in Fig. 1, in geöffnetem Zustand,
Fig.3 einen teilweisen, axialen Schnitt durch eine mechanisch betätigte Kupplung in geöffnetem Zustand mit einer erfindungsgemäßen Einrichtung,
F i g. 4 eine Kupplung nach F i g. 3 in geschlossenem Zustand und
F i g. 5 eine Relaisschaltung zur automatischen Aus- und Wiedereinschaltung einer oder mehrerer Zahnkupplungen beim Ansprechen des bzw. der Sensoren.
Die in den F i g. 1 und 2 dargestellte Kupplung ist eine Zahnkupplung 1, deren Magnetkörper 2 eine Spule 3 enthält und an dessen äußeren Umfang ein Zahnkranz 4 befestigt ist. Eine axial bewegliche Ankerscheibe 9 besitzt an ihrem äußeren Umfang ebenfalls einen Zahnkranz 7, welcher zusammen mit dem Zahnkranz 4 des Magnetkörpers 2 zusammenarbeitet. Im wesentlichen über der Kupplungsverzahnung ist sehr nahe am Umfang, jedoch diesen nicht berührend, ein Sensor 5 ortsfest vorgesehen. In geschlossenem Zustand der Kupplung (Fig. 1) wird der Magnetfluß des Betätigungsmagneten (Spule 3) fast ausschließlich durch den Magnetkörper 2 und den Anker 9 gehen, den magnetischen Fluß 8 bildend. In offenem Zustand wird dieser Magnetfluß einen Streufluß 6 aufweisen, welcher auch den Sensor 5 durchfließt.
Die in den F i g. 3 und 4 dargestellte Kupplung ist eine mechanisch betätigte Kupplung 21, welche über eine Schaltmuffe 22 geschaltet wird, deren Weg einseitig durch einen Anschlagbund 24 begrenzt ist. Am äußeren Umfang des Anschlags ist ein ringförmiger Permanentmagnet 23 vorgesehen, der gleichzeitig als Anschlag für die Schaltmuffe 22 dient. Knapp über dem Magneten 23 ist ein Sensor 5 ortsfest vorgesehen, berührt diesen jedoch nicht. Liegt die Schaltmuffe am Anschlag an (Kupplung offen, Fig.3), so wird der Magnetfluß 25 über den Permanentmagneten 23 und die Schaltmuffe führen. Ist die Schaltmuffe weggeschoben (Kupplung geschlossen, F i g. 4), so wird der Streufluß 26 auftreten, welcher auch durch den Sensor 5 fließt.
Die F i g. 5 zeigt ein Schaltungsbeispiel einer Relaisschaltung, mit welcher abhängig von den Abtastsignalen eines oder mehrerer Sensoren die jeweils entsprechende elektromagnetische Kupplung automatisch aus- und verzögert wieder eingeschaltet wird, bis die richtige Zahnstellung erreicht ist, d.h., der Sensor kein Ausgangssignal mehr abgibt.
Für die Erläuterung wird zunächst angenommen, daß die gestrichelt angeschlossenen Relais, deren Kontakte sowie die gestrichelt angeschlossenen Sensorkontakte nicht vorhanden sind. Die automatische Aus- und Einschaltung zur Verhinderung der Zahn-auf-Zahn-Stellung und gegebenenfalls zur Abschaltung bei Überbelastung arbeit dann wie folgt:
Das Einschalten der Zahnkupplung erfolgt bei dieser Schaltung voraussetzungsgemäß jeweils bei geringer Drehzahl. Dabei wird mit einem Kupplungsschütz CX über den Kontakt ei zunächst das anzugsverzögerte Relais D 4 betätigt. Der Kontakt dieses Relais </4 bringt nach der Verzögerungszeit (ca. 2 Sek.) das Relais D1 zum Ansprechen. Das Relais D1 ist hierbei über einen Kontakt c/11 in Selbsthalteschaltung geschaltet. Über den Kontakt d 12 wird die Kupplung K11 eingeschaltet.
Außerdem wird über den Kontakt d 13 das anzugsverzögerte Relais Z>3 an Spannung gelegt. Mit dem Kontakt </31 wird dann der Sensor 51 in den Stromkreis des Relais D 2 eingeschaltet. Außerdem wird über dem Kontakt c/32 das Zeitrelais D 5, welches schließlich mit seinem Kontakt den Hochlauf des Getriebes freigibt, zeitverzögert eingeschaltet.
Ist der Sensor S1 offen, d.h., nicht erregt, dann ist die Kupplung richtig geschlossen und das Relais D 5 gibt nach Ablauf der eingestellten Anzugsverzögerung den Hochlauf und alle weiteren Schaltmaßnahmen frei. Ist dagegen der Sensor erregt, d.h., der Reedkontakt 51 geschlossen (bzw. die Feldplatte oder der Hallgenerator geben eine entsprechende Meßspannung ab), dann steht die Kupplung Zahn-auf-Zahn. In diesem Fall, und nur in diesem Fall, zieht das Relais D 2 an und der entsprechende Kontakt c/21 unterbricht den Stromkreis des Relais Di ein, wodurch über den Kontakt c/12 die Kupplung und über den Kontakt c/13 das Relais D 3 abgeschaltet wird. Dadurch wird das Relais £>4 wieder eingeschaltet und die Einschaltung wiederholt sich automatisch. Dieses Ein- und Ausschalten der Kupplung wiederholt sich dabei so lange, bis die Kupplung die Stellung Zahn-in-Zahn hat, was bedeutet, daß der Kontakt des Sensors 51 geöffnet bleibt.
Bei Überbelastung, d.h., wenn das Drehmoment so groß wird, daß die Zahnkränze auseinandergedrückt werden, spricht die dargestellte Schaltung ebenfalls an und schaltet die Kupplung elektrisch ab. In diesem Fall zieht auch das Relais Dl an, da der Kontakt d5 des Relais D 5 geschlossen ist und beim Ansprechen des Sensors 51 das Relais D 2 über seinen Kontakt d2 den Stromkreis dieses Relais schließt. Das Relais wird dann über seinen Kontakt c/61 gehalten. Über den Kontakt c/62 wird der Stromkreis zum Relais D1 unterbrochen, wodurch verhindert wird, daß die Einschaltautomatik anläuft.
Der Kondensator C im Löschkreis der Kupplung
ίο parallel zu dem Relais Ki bewirkt eine gewisse Remanenzlöschung und verhindert so ein eventuelles Haften in der Zahn-auf-Zahn-Stellung nach erfolgter Abschaltung. Der Kondensator C hat dabei bei einem konkreten Ausführungsbeispiel eine Kapazität größer/ gleich 4000 μΡ.
Wie gestrichelt angedeutet, läßt sich die vorgenannte Schaltung auch gleichzeitig für eine Mehrzahl von Zahnkupplungen anwenden unter der Voraussetzung, daß jeweils nur eine der Kupplungen innerhalb eines mehrstufigen Getriebes eingeschaltet wird. Im gezeigten Ausführungsbeispiel wird davon ausgegangen, daß ein dreistufiges Getriebe geschaltet werden soll, von dem pro Stufe jeweils nur eine Zahnkupplung eingeschaltet wird. In diesem Fall ist die Schaltung durch zwei Kupplungsrelais für die weiteren Kupplungen K 2 und K 3 zu ergänzen, welche über die (nicht dargestellten) Kupplungsschütze C2 und C3 eingeschaltet werden.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:
1. Vorrichtung zum Überwachen des Schaltzustandes einer durch Axialverschieben eines Kupplungsteiles schaltbaren Kupplung, vorzugsweise einer Zahnkupplung, dadurch gekennzeichnet, daß ein Magnetkreis sich über beide Kupplungsteile schließt und daß ein Sensor (5) zur Abtastung des vom Schaltzustand abhängigen Streufeldes (6,26) Magnetkreises vorgesehen ist
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei elektromagnetisch betätigbaren Schaltkupplungen der Sensor (5) zur Abtastung des Streufeldes des Betätigungsmagneten vorgesehen ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das axial verschiebliche Kupplungsteil auf den Magnetkreis mindestens eines Permanentmagneten derart wirkt, daß dieser Magnetkreis in einem Schaltzustand (Kupplung geschlossen) geöffnet und im anderen Zustand (Kupplung geöffnet) geschlossen ist und umgekehrt.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei mechanisch betätigten Kupplungen mindestens ein Permanentmagnet (23) am Anschlagbund (24) für die Schaltmuffe (22) vorgesehen ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Sensor (5) ein Reedschalter vorgesehen ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Sensor (5) eine Feldplatte oder ein Hallgenerator vorgesehen ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsspannung des Sensors (5) auf den Stromkreis der Elektromagnetkupplung derart wirkt, daß bei nicht eingerasteter Kupplung der Erregerstromkreis zumindest vorübergehend unterbrochen wird.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung mehrerer elektromagnetisch betätigbaren Zahnkupplungen, von denen jeweils nur eine erregt ist, eine Relaisschaltung zur sensorabhängigen Unterbrechung des jeweils eingeschalteten Erregerstromkreises vorgesehen ist, indem die Relaisschaltung auf den gemeinsamen Versorgungsstromkreis der parallelgeschalteten Erregerstromkreise (Ci, C2, C3) über einen Kontakt (d 1) wirkt, während im Versorgungsstromkreis der Relaisschaltung Schaltkontakte der Erregerstromkreise parallel geschaltet sind und die Sensorkontakte ebenfalls parallel im Stromkreis eines Überwachungsrelais liegen, so daß dieser anspricht, wenn einer der Sensoren ein Abtastsignal abgibt.
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