DE3002309C2

DE3002309C2 - Schaltgetriebe

Info

Publication number: DE3002309C2
Application number: DE19803002309
Authority: DE
Inventors: Josef 4291 Lowick Hellerhoff
Original assignee: A Friedrich Flender AG
Current assignee: A Friedrich Flender AG
Priority date: 1980-01-23
Filing date: 1980-01-23
Publication date: 1982-09-30
Also published as: DE3002309A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Schaltgetriebe gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Derartige Schaltgetriebe werden ganz allgemein in der Industrie benötigt und bieten besondere Vorzüge, wo aus der Ferne geschaltet wird und somit der Schaltvorgang nicht direkt beobachtet werden kann. Hierzu zählen neben Werkzeugmaschinengetrieben auch Kran- und Windenantriebe, bei denen aus Sicherheitsgründen mehrere Schaltversuche unerwünscht sind.

Bei allgemein bekannten Schaltgetrieben ist es zufallsbedingt, ob beim Schalten auf eine andere Stufe die Zähne des einen Schaltgliedes die Zahnlücken des anderen Schaltgliedes treffen. Ein unbestimmtes Verdrehen der Getriebewellen schließt den Zufall nicht aus. Nachteilig ist auch, daß um überhaupt einigermaßen so sicher schalten zu können, die Zähne in mühevoller Arbeit an den Enden angespitzt werden müssen, wodurch auch tragende Teile verlorengehen. Die Unsicherheit der Schaltmöglichkeit erschwert oder schließt je nach Konstruktion eine Fernbetätigung aus. Auch besteht selbst bei angespitzten Zähnen die Gefahr, daß diese beim stirnseitigen Gegeneinanderfahren beschädigt werden.

Es ist ein Schaltgetriebe für Kranwinden der im Oberbegriff des Anspruchs 1 aufgeführten Gattung «> bekanntgeworden (DE-PS 9 03 268), bei dem die Einrichtung zur Betätigung der Schaltglieder in der Weise federnd angeordnet ist, daß sie beim Aufeinandertreffen zweier Zahnstimseiten aus seiner Mittellage ausweicht Durch diese Auslenkung werden Schalter &⁵ betätigt, die den Antriebsmotor einschalten, bis durch das Zusammentreffen von Zahn und Zahnlücke der Schaltvorgang erfolgen kann. Sobald die Betätigungseinrichtung unter der Federkraft ihre Mittellage wieder eingenommen hat, wird der Antriebsmotor abgeschaltet Anstelle des Einschalten des Antriebsmotors kann auch die Bremse gelöst werden, so daß die Kranlast ein Verdrehen der Getrieberäder bewirkt Da, um eine Schaltlück« zu finden, die Getriebe wieder in Drehung versetzt werden müssen und der Schaltvorgang während der Drehung erfolgt, treten starke Stöße auf, die unerwünscht sind. Außerdem sind derartige Getriebe aufwendig und störanfällig.

Des weiteren ist eine Steuereinrichtung für Windenstirnradgetriebe (DE-AS 10 05 706) bekanntgeworden, bei der abhängig von einem ansteigenden Betätigungsdruck eines Hydraulik- oder Pneumatiksystems zunächst die Windentroramelwelle gebremst wird, dann die Haltebremse des Getriebes gelöst wird und hiernach der Schaltvorgang durch Verschieben von Zahnrädern eingeleitet wird. Kann ein Durchschalten nicht erfolgen, da zwei Zähne aufeinandertreffen, so tritt eine Verdrehvorrichtung durch den weiter ansteigenden Systemdruck in Tätigkeit, bis der Schaltvorgang abgeschlossen werden kann. Hier wird ein sehr aufwendiges und störanfälliges System benötigt einschließlich einer zusätzlichen Bremse.

Die beiden zuletzt beschriebenen Systeme haben beide gemeinsam noch den Nachteil, daß ein bloßes Einschnäbeln der Schaltverzahnungen als die gesuchte Schaltstellung angesprochen wird, woi durch möglicherweise Störungen auch während des eigentlichen Schaltvorganges auftreten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Schaltgetriebe zu schaffen, das in definierten Stellungen bei geringem Raumbedarf und Gewicht sicher und einfach zu schalten ist und hohe Leistungen übertragen kann.

Diese Aufgabe wird ausgehend vom Oberbegriff des Anspruchs 1 durch die im Kennzeichen dieses Anspruchs angegebenen Merkmale gelöst

Hiermit wird ein Schaltgetriebe vorgestellt, bei dem die Schaltbarkeit an der Stellung einer Bezugswelle erkennbar ist und das durch Anhatten bzw. Einfahren in vorher bestimmbare Positionen sicher und einfach geschaltet werden kann. Vorteilhaft ist ferner, daß zum besseren Einkuppeln die Zähne oder Schaltklauen nicht mehr gespitzt werden müssen, Beschädigungen an den Stirnseiten ausgeschlossen sind und die korrespondierenden Flächen auf der ganzen Länge tragen. Dadurch wird weniger Bauraum benötigt und so auch Gewicht gespart Ferner bewirkt ein kürzerer Lagerabstand eine geringere Durchbiegung der Welle, so daß die Leistung erhöht werden kann.

Aus einer Veröffentlichung (Maschinenbautechnik 22 [1973] 9. 396—402) ist eine Berechnungsmethode zur Bestimmung von Zähnezahlen für geometrisch gestufte Werkzeugmaschinengetriebe bekannt, deren mechanische Toleranz der Abtriebszahlen vom Sollwert einen bestimmten Prozentsatz (±2%) nicht überschreiten soll. Diese Methode vereinfacht wohl den Rechengang und ermöglicht eine schnelle Ziihnezahlauswahl unter Einhaltung der vorgegebenen Toleranz, berücksichtigt aber nicht die Erfordernisse einer einwandfreien (geometrisch exakt) Schaltmöglichkeit während einer Umdrehung einer Bezugswelle. Somit ist diese Rechenmethode für die vorliegende Aufgabenstellung unbrauchbar. Es muß zum Schalten immer ein Verdrehen bis zu einer möglichen Schaltstellung erfolgen.

Auch ist ein Zahnräderwechselgetriebe (DE-AS 12 08 140) bekanntgeworden, bei dem ein verschiebba-

res Zahnrad (Schaltrad) mit mehreren Zahnrädern gleichen Durchmessers, aber unterschiedlicher Zähnezahien wahlweise in Eingriff gebracht werden kann. Das Umschalten erfolgt durch radiales Verschwenken und gleichzeitiges axiales Verschieben des Schaltrades.

Aber auch hier ist zum Schalten ein Verdrehen bis zu einer möglichen Schaltsteliung erforderlich.

Ein besonderer Vorteil liegt darin, daß die Schaltstufen so nahe nebeneinander angeordnet sein können, daß die Schaltverzahnungen der nächsten Stufe schon in to Formschluß stetien, bevor die andere Stufe außer Eingriff gelangt, also keine Unterbrechung des Formschlusses auftritt Damit kann eine Bremse, wie sie z. B. bei Hubwerken erforderlich ist, auf der günstigeren schnellaufenden Eingangswelle angeordnet werden, ohne daß bestehende Vorschriften außer acht gelassen werden. Durch das nähere Aneinanderrücken der Schaltstuifen wird abermals Bauraum eingespart Die Bauraumeinsparung ist besonders groß, wenn drei Schaltstufen nebeneinander angeordnet werden, was ohne weiteres möglich ist

Zwar ist dieses Merkmal in der schon besprochenen Druckschrift DE-PS 9 03 268 enthalten, führt aber wegen der hier vorgeschlagenen Lösung zu besonderen Schwierigkeiten, da eine mögliche Schaltsteliung nicht vorgewählt wird, sondern durch Verdrehen aufgesucht werden muß, was beim Einrasten zu erheblichen Stößen führt Erst beim Erfindungsgegenstand kommt diesem Merkmal eine besondere Bedeutung zu.

Die Erfindung wird anhand der in den Zeichnungen schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert Es zeigen:

F i g. 1 zwei Schaltstufen mit Schieberäderblock und Positionierscheibc auf unterschiedlichen Wellen;

F i g. 2 zwei Schaltstufen mit Schieberäderblock und Positionierscheibe auf gleicher Welle;

Fig.3 zwei Schaltstufen mit Zahnkupplung und Positionierscheibe auf unterschiedlichen Wellen;

F i g. 4 Positionierscheibe mit Stellvorrichtung.

In der F i g. 1 sind zwei Schaltstufen in Seiten- oder Vorderansicht schematisch dargestellt Auf einer Welle 1 sind eine Positionierscheibe 3 und zwei verschieden große Zahnräder 11 und 12 mit Paßfedern drehfest und axial unverschiebbar aufgesetzt Auf einer Welle 2 befinden sich die zu einem Schieberäderblock verbündenen Zahnräder 21 und 22, die mittels einer Gleitfeder drehfest aber axial verschiebbar mit dieser verbunden sind. Das Zahnrad 21 steht mit seinem Gegenrad 11 im Eingriff, während das Zahnrad 22 mit seinem Gegenrad 12 nicht im Eingriff steh t.

Bei diesem Ausführungsbeispiel sollen trotz unterschiedlicher Übersetzungen der Stufen 11/21 und 12/22 beim Umschalten im Stillstand von einer Stufe zur anderen, z. B. die Zähne des Zahnrades 12 exakt auf Zahnlücken des Zahnrades 22 treffen, so daß ein Verschieben des Räderblockes 21, 22 in Richtung Zahnrad 12 und ein in Eingriffbringen der Zahnräder 12 und 22 störungsfrei möglich ist Dieses ist aber nur möglich, wenn die Zähnezahlen aufeinander abgestimmt sind.

Wieviel Stellungen beim Schalten von 11/21 nach 12/22 während 1 Umdrehung der Welle 1, auf der die Positionierscheibe angebracht ist möglich sind, gibt der Wert C\ folgender Gleichung an:

fi5 Z\\ = Zähnezahl von Zahnrad 11 Zu=Zähnezahl von Zahnrad 12 Ζι\ = Zähnezahl von Zahnrad 21 Zn = Z?hnezahl von Zahnrad 22

Ist der Wert Q ganzzahlig (positiv oder negativ), so treten die möglichen Schaltstellungen immer bei gleichen Stellungen der Welle 1 auf, so daß diese durch Markierungen 4 auf der Positionierscheibe dargestellt werden können.

Wieviel Stellungen beim Schalten von 12/22 nach U/21 während 1 Umdrehung der Welle 1 möglich sind, gibt der Wert C₂ folgender Gleichung an:

'21 _ 7

— Z11 .

'-12

Da Ci und Ci unterschiedlich sein können, so ist es möglich, für das Schalten von 12/22 nach 11/21 eine zweite Positionierscheibe vorzusehen. Will man mit einer Positionierscheibe auskommer die sowohl die Schaitmögiichkeiten von 11/21 nach 12/2? als auch von 12/22 nach 11/21 angibt, so ist diese mit soviel gleichmäßig am Umfang verteilten Markierungen zu versehen, wie der Betrag des größten gemeinsamen Teilers (£ g.T.) von G und Ci ausmacht Werden Ci und Ci zu Null, so gibt es beliebig viele Schaltstellungen.

Bei dem Beispiel in Fig.2 ist zum Unterschied zu F i g. 1 die Positionierscheibe 3 auf der Welle 2 angeordnet Hierbei gilt analog für Jie möglichen Schaltstellungen für das Schalten von 11/21 nach 12/22:

und für das Schalten von 12/22 nach 11/21

-ζ,

Die Positionierscheibe kann auch auf einer anderen WeIL- als in den Figuren gezeigt, angeordnet werden, nur muß dann das Übertragungsverhältnis Berücksichtigung Finden.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel ist in der F i g. 3 dargestellt Hier erfolgt die Schaltung der einzelnen Stufen durch eine auf der Welle 2 axial verschiebbare Zahnkupplung 5. Die Zahnräder 21 und 22 sind durch Wälzlager 8 auf der Welle 2 gelagert und werden über die Kupplungsverzahnungen 6 bzw. 7 mit dieser drehfest verbunden. In Fig.3 befindet sich auf der Welle 1 die Positionierscheibe 3.

Wieviel mögliche Schaltstellungen während 1 Umdrehurg der Welle 1 vorhanden sind, gibt der Wert d der folgenden Gleichung

r = ^i ι 'Z₇ _ Z₁; · Z₇

^■22

für das Schalten vc.i 11/21 nach 12/22,

C =

Z|l

Z _;:

Z₃1

Tür das Schalten von 12/22 nach 11/21, Z₆ = Zähnezahl der Kupplungsverzahnung 6 Z-, = Zähnezahl der Kupplungsverzahnung 7

Befindet sich die Positionierscheibe auf der Welle 2. so gelten folgende Werte:

_ Z₂₁ ■ Z_n ■ Z₇

," _ Z_n ■ Zu ' Z₆

^S

-Z₁

Das genaue Einfahren in die möglichen Schaltstellungen erfolgt mit Hilfe der Positionierscheibe 3. Diese kann mittels ihrer Markierungen 4 über geeignete Hilfseinrichtungen, wie Sensoren, Schalter oder dergl. ein Signal oder auch eine Bremse auslösen, so daß entweder gezielt in eine mögliche Schaltposition eingefahren wird oder in einer Schaltposition angehalten wird.

In Fig.4 ist eine Stellvorrichtung mit Positionierscheibe 3 dargesteiit.

Die Positionierscheibe ist mit Markierungen 4 versehen, die als Klinkverzahnung ausgebildet ist, in die bei Betätigung des Stellzylinders 17 die Klinke 16 eingreift.

In der nicht dargestellten Ruhelage sind Klinke und Klinkverzahnung außer Eingriff. Die Klinkverzahnung weist soviel Zähne auf wie Schaltmöglichkeiten während I Umdrehung der Welle 1 vorhanden sind bzw. genutzt werden. Mittels eines Anschlages 18, der aus einer Schraube besteht, kann der Hub der Klinke so begrenzt werden, daß deren Endlage mit einer möglichen Schaltstellung identisch ist. Sobald diese Endlage erreicht ist, kann der Schaltvorgang eingeleitet werden.

ϊ Ist das Schaltgetriebe mit einer Bremse ausgerüstet, die während des Schaitvorganges über die lü betätigende Schaltstufe belastet ist, so ist es möglich, z. B. in der Druckleitung des Stellzylinders einen Druckschalter vorzusehen, der ab einem bestimmten Druck, der auch

in geeignet ist, das Bremsmoment abzufangen, die Bremse zu lösen und hernach wieder zu schließen. Hier könnte man sich auch anderer bekannter Techniken bedienen.

Das Ausführungsbeispiel beschränkt sich nicht nur auf

die zuvor beschriebene zweistufige Schaltung, es sind

'ϊ auch mehrere Stufen möglich. Solange nur zwei Stufen, aber mit unterschiedlicher Übersetzung vorgesehen sind, sind die Stellungen der Zahnräder zueinander, die sich auf gleicher Welle befinden, beliebig. Bei mehr als zwei Schaltstufen können nur die Stellungen (in

>ii IJm'ängsricniüng) vom zwei Zahnrädern einer Welle beliebig gehalten werden.

Im Rahmen des vorgeschlagenen Getriebes liegen auch-die Schaltgetriebe, deren Zähnezahlen zwar vom exakt mathematisch bestimmbaren Wert abweichen.

.r> wobei aber die Abweichungen so gering sind, daß die daraus resultierenden Fehler vom Zahnspiel ausgeglichen werden können. Besonders bei Kupplungen mit Stirnverzahnungen und sich verjüngenden Zähnen ist das Ai.i'angsspiel besonders groß.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

J, Schaltgetriebe mit zwei oder mehr Schaltstufen mit gemeinschaftlichen nur im Stillstand schaltbaren Schaltverzahnungen, sowie mit einer Einrichtung, die das formschlüssige Einkuppeln in die nächste Stufe gegebenenfalls auch vor dem Auskuppeln aus der momentan eingeschalteten Stufe nur dann erlaubt, wenn die Stirnflächen der zu schaltenden ι ο Schaltverzahnung auf die Verzahnungslücken der Gegen-Schaltverzahnung treffen, dadurch gekennzeichnet, daß auf einer Bezugswelle (1,2) eine Positionierscheibe (3) befestigt ist, auf der die aufgrund der Zähnezahlen der Schaltverzahnungen der jeweiligen Schaltstufen möglichen Schaltstellungen über Markierungen (4) vermerkt sind.
2. Schaltgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltverzahnungen aus verzahnten Kupplungsringen mit stirnseitiger (radial) oder l'.opfseitiger (axial) Verzahnung bestehen.
3. Schaltgetriebe nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Markierungen (4) der Positionierscheibe auch als Angriffsstellen einer Stellvorrichtung dienen.
4. Schaltgetriebe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellvorrichtung beim Einkuppeln oder beim Erreichen einer vorbestimmten Stellkraft eine vorhandene Bremse über ein Stellglied löst