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Pneumatischer Dreistellungs-Schaltantrieb, insbe-
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sondere zum Schalten der Stufen von Wechselgetrieben Die Erfindung
betrifft einen pneumatischen Dreistellungs-Schaltantrieb, vorzugsweise zum Schalten
der Stufen von Wechselgetrieben. Der pneumatische Dreistellungs-Schaltantrieb gemäß
der Erfindung dient hauptsächlich zur Synchronschaltung derjenigen Wechselgetriebe,
bei welchen zwischen zwei einander benachbarten Einrückstellungen eine dritte Ausrückstellung
vorhanden ist.
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Es sind solche pneumatische Dreistellungs-Schaltantriebe bekannt geworden,
bei welchen drei Schaltstellungen vorhanden sind, von denen die mittlere Schaltstellung
- die bei den Wechselgetrieben die Ausrückstellung ist - durch Anwendung von Schraubenfedern
verwirklicht ist. Diese Lösung ist einerseits deswegen nachteilig, weil bei dem
Schalten der Getriebestufen, d.h. der Gänge, der Druck des Druckgases auch gegen
die Federkraft der Schraubenfedern wirken muß, so daß ein Energieverlust auftritt.
Andererseits ist es nachteilig, daß im Falle eines Bruches oder bei der Ermüdung
der Schraubfedern die durch sie bestimmte mittlere Ausrückstellung nicht gewährleistet
ist, so daß derart fehlerhafte Schaltvorgänge auftreten, die schließlich zum Verschleiß
bzw. zum Bruch des Wechselgetriebes führen.
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Es sind auch solche Dreistellungs-Schaltantriebe bekannt geworden,
bei welchen alle drei Schaltstellungen, d.h. die Gänge, durch Druckluft eingestellt
werden können, und zwar derart, daß an einer Schubstange zwei Kolben angeordnet
sind, von denen jeder in axialer Richtung der Schubstange entlang einer Hub-Bewegung
frei bewegbar ist. Nur an deren Ende läuft ein Anschlag an den entsprechend ausgebildeten
Schultern an, so daß über diese der Kolben die Schubstange mit sich nimmt. Eine
mittlere Trennwand, die im Arbeitszylinder ausgebildet ist, stellt sicher, daß durch
Druck-
beaufschlagung der äußeren Oberflächen der Kolben diese bis
zu der Trennwand verschoben und dort zum Anschlag gebracht werden, wodurch die mittlere
Stellung erreicht wird. Der Nachteil dieser Lösung liegt darin, daß die axiale Abmessung
des Schaltantriebes wegen der erforderlichen Ausbildung der mittleren Trennwand
zu groß ist und daß zur Sicherstellung der mittleren Schaltstellung in den Arbeitsräumen
beider Zylinder je ein Druckluftanschluß ausgebildet sein muß.
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Durch die Erfindung wird die Aufgabe gelöst, einen pneumatischen Dreistellungs-Schaltantrieb
zu schaffen, bei welchem die Einstellung der mittleren Schaltstellung ohne Anwendung
von Federn verwirklicht ist und bei jeder Schaltbewegung die auf die Kolbenstange
ausgeübte Kraft - unabhängig von der Lage und Richtung der Bewegung - einen konstanten
Wert aufweist.
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Dies wird gemäß der Erfindung insbesondere dadurch erreicht, daß die
beiden gleich große Druckarbeitsflächen aufweisenden schwimmenden Kolben an einer
derartigen Kolben stange angeordnet sind, in welcher eine in axialer Richtung verlaufende
Druckzuführbohrung ausgebildet ist, welche in eine Radialbohrung einmündet, deren
Ausgangsöffnung an demjenigen Abschnitt der Kolbenstange zwischen den beiden schwimmenden
Kolben angeordnet ist, wo ein mit beiden Kolben zusammenwirkender Anschlag an der
Kolbenstange festgelegt ist.
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Die Erfindung betrifft daher einen Dreitstellungs-Schaltantrieb, insbesondere
zum Schalten der Stufen von mechanischen Fahrzeug-Wechselgetrieben, bei welchem
in einem Zylinder auf einer durch dessen beiden Zylinderdeckel verschiebbar hindurchgeführten
Kolbenstange zwei Kolben angeordnet sind, von denen drei Arbeitsräume des Schaltantriebes
begrenzt sind. Die einzelnen Arbeitsräume sind in ständiger Verbindung mit Druckmittelzuf(ihrkanälen.
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Beide Kolben sind an der Kolbenstange abgedichtet ver-
schiebbar
geführt. Zwischen den Kolben ist an der Kolbenstange ein Anschlagelement angeordnet.
In demjenigen Abschnitt der Kolbenstange, an dem das Anschlagelement angeordnet
ist, ist die Mündung des zum zweiten Arbeitsraum zwischen den Kolben führenden Druckgaskanals
angeordnet, die über einen axial durch die Kolben stange verlaufenden Druckmittelkanal
mit einer öffnung verbunden ist, die am Ende der Kolbenstange in einem Druckgaseinlaßraum
mündet, der dieses Kolbenstangenende umgibt. An dem den Einlaßraum bildenden Gehäuse
ist ein Anschluß für das Druckmittel ausgebildet. Im Zylinder sind zur Begrenzung
der Kolbenstellungen, in denen die Kolben den größten Abstand voneinander einnehmen,
zwei Anschläge angeordnet. In diesen Stellungen der Kolben, in denen dieselben den
größten Abstand voneinander einnehmen, liegen sie spielfrei an zwei die Kolben einschließenden
Anschläge an, die an der Kolbenstange festgelegt sind.
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Vorzugsweise sind die Anschlagschultern, die den größten Abstand der
Kolben voneinander bestimmen, durch die Stirnflächen von sich an den Stirnenden
der den mittleren Arbeitsraum umgrenzenden Wand des Zylinderabschnitts abstützenden
Zylinderabschnitten ausgebildet, von deren Wänden die beiden äußeren Arbeitsräume
umgrenzt sind.
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Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispieles erläutert, das
aus der Zeichnung, in welcher ein erfindungsgemäßer pneumatischer Dreistellungs-Schaltantrieb
im Längsschnitt schematisch dargestellt ist, ersichtlich ist.
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In dem rohrartigen Mittelabschnitt 6 des Zylinders der aus der Zeichnung
ersichtlichen Ausführungsform des pneumatischen Dreistellungs-Schaltantriebes gemäß
der Erfindung sind die beiden Kolben 8a und 8b mittels Dichtungsringen 9a und 9b
gut abgedichtet geführt. Durch die Kolbenbohrungen 24a bzw. 24b ist eine die Schaltstange
des Schaltantriebes bildende Kolbenstange 7 über Dichtungen
34a
und 34b abgedichtet verschiebbar hindurchgeführt. Durch ihre gleichgroßen, einander
zugewendeten Stirnflächen 35a bzw. 35b begrenzen die Kolben 8a und 8b den mittleren
zweiten Arbeitsraum 3.
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Die Kolbenstange 7 ist in den Bohrungen 16a bzw. 16b der Bodenwand
17a bzw. 17b sich an den mittleren Zylinderabschnitt 6 beidseitig anschließender,
topfförmiger Zylinderdeckel 13a bzw. 13b geführt, deren Innendurchmesser kleiner
als der des mittleren Zylinderabschnitts 6 ist, so daß sie mit ihren an den Stirnflächen
ila bzw. lib des Zylinderabschnittes 6 anliegenden Stirnflächen axiale Anschlagschultern
iOa bzw. 10b bilden, durch welche im Zusammenwirken mit den benachbarten Kolbenstirnflächen
12a bzw.
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12b der größte Abstand der Kolben 8a und 8b voneinander bestimmt ist.
In den Bohrungen 16a bzw. 16b ist die Kolbenstange 7 mittels der Dichtungen 15a
bzw. 15b abgedichtet verschiebbar. Der erste Arbeitsraum 2 ist von der Stirnfläche
12b des Kolbens 8b und dem Zylinderdeckel 13b begrenzt. Die Stirnfläche 12a des
Kolbens 8a und der Zylinderdeckel 13a begrenzen den dritten Arbeitsraum 4. An der
Außenseite der Bodenwand 17a des Zylinderdeckels 13a ist ein kappenförmiges Druckmitteleinlaßgehäuse
18 abgedichtet angepaßt, in welchem ein Druckmitteleinlaßraum 15 gebildet ist, welcher
das benachbarte Kolbenstangenende 22 umgibt.
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Die innere Seitc 14a der Bodenplatte 17a bildet eine Anschlagfläche
14a zur Begrenzung des Verschiebewegs der Kolbenstange 7 in die eine Richtung. Der
Verschiebeweg der Kolbenstange 7 in die andere Richtung ist durch die von der inneren
Seite der Stirnplatte 17b des Zylinderdeckels 13b gebildete Anschlagfläche 14b begrenzt.
Die Gegenanschlagflächen, die mit den Anschlagflächen 14a und 14b zusammenwirken,
sind durch die jeweils zugewendeten Stirnflächen 28a bzw. 28b von Anschlagringen
29a bzw. 29b gebildet, die auf der Kolbenstange 7 mittels beidseitig der Anschlagringe
angeordneter, in die Nuten 26b und 32b bzw.
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26a und 32a der Kolbenstange 7 eingreifenden Sicherungs-
scheiben
27a und 33a bzw. 27b und 33b festgelegt sind.
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In der Stirnwand 19 des kappenförmigen Einlaßgehäuses 18 ist ein Druckmittelanschluß
20 ausgebildet. Die Kolbenstange 7 ragt mit ihrem Kolbenstangenende 22 in den Einlaßraum
5 hinein. In der Kolbenstange 7 ist ein axialer Druckgaskanal 23 ausgebildet, dessen
Einlaßöffnung 21 an der Stirnfläche der Kolbenstange 8 in den Einlaßraum 5 mündet.
Am anderen Ende des Druckgaskanals 23 mündet dieser in eine Radialbohrung 42, der
eine Auslaßöffnung 41 aufweist, die in den zweiten Arbeitsraum 3 mündet. In dem
Ausführungsbeispiel erfolgt dies über einen Kreuzkanal 39 eines auf der Kolbenstange
7 sitzenden mittleren Anschlagringes 40, der beidseitig über Sicherungsscheiben
37a und 37b, die in zugeordneten Nuten 36a bzw. 36b der Kolbenstange 7 eingreifen
und an den Stirnflächen 38a bzw. 38b des Anschlagringes 40 abgestützt sind, an der
Kolbenstange 7 festgelegt ist.
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Während somit der zweite Arbeitsraum 3 über die Bohrungen 23, 42 in
der Kolbenstange 7 und den Einlaßraum 5 mit dem Druckmittelanschluß 20 ständig verbunden
ist, sind der Druckgasanschluß 25b des ersten Arbeitsraumes 2 in dem Zylinderdeckel
13b, und der Druckgasanschluß 25a des dritten Arbeitsraumes 4 in dem Zylinderdeckel
13a unmittelbar ausgebildet. Die Kolben 8a und 8b sind an der Kolben stange 7 in
den mit Dichtungsringen 34a bzw. 34b versehenen Kolbenbohrungen 24a bzw. 24b lose,
jedoch abgedichtet angeordnet. Die Anschlagringe 29a und 29b, die an den einander
abgewendeten Seiten der Kolben 8a und 8b angeordnet sind, und der zwischen ihnen
angeordnete Anschlagring 40 bilden im Zusammenwirken mit den Kolben 8a und 8b Mitnehmeranschläge,
an denen die Kolbenstange 7 und die Kolben nach deren Anlaufen an den entsprechenden
Anschlagring gemeinsam verschiebbar sind. Die Stirnflächen der Kolben 8a und 8b
sind daher als Anschlagflächen ausgebildet. Die Stirnfläche 3a des Kolbens 8a, die
den
zweiten Arbeitsraum 3 begrenzt, wirkt mit der zugewendeten Stirnfläche
38a des mittleren Anschlagringes 40 als Anschlagfläche zusammen. Die andere Endstirnfläche
38a des Kolbens 8a wirkt mit der ihr zugewendeten Stirnfläche 31a des zugeordneten
Anschlagringes 29a als Anschlagfläche zusammen. Die den dritten Arbeitsraum 4 begrenzende
Stirnfläche 12a des Kolbens 8a bildet mit der Anschlagschulter iOa des Zylinderdeckels
13a ein Anschlagpaar. Entsprechend bildet die den zweiten Arbeitsraum 3 begrenzende
Stirnfläche 35b des Kolbens 8b mit der ihr zugewendeten Stirnfläche 35b des Anschlagringes
40 ein Anschlagflächenpaar, die Endstirnfläche 30b des Kolbens 8b mit der ihr zugewendeten
Stirnfläche 31b des Anschlagringes 29b ein Anschlagpaar und die den ersten Arbeitsraum
2 begrenzende Stirnfläche 12b des Kolbens 18b ein Anschlayflächenpaar mit der Anschlagschulter
10a des Zylinderdeckels 13b.
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Die Anschlagringe 29a und 29b haben in der dargestellten Ausführungsform
einen derartigen Abstand voneinander, daß sie vorzugsweise spielfrei an den Cegenanschlagflächen
31a bzw. Sib der Kolben 8a bzw. 8b anliegen, wenn diese mit ihren Stirnflächen 12a
bzw. 12b an den Anschlagschultern iOa und 1Ob der Zylinderdeckel 13a und 13b anliegen.
Der mittlere Anschlagring 40 liegt an der Kolbenstange 7 in der Mitte zwischen den
Anschlagringen 29a und 29b.
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Das dem Einlaßraum 5 abgewendete Ende der Kolben stange 7 bildet deren
Schaltkopf, an dem ein in der Zeichnung nicht dargestelltes mcchanisches Schaltgestänge
des Wechselgetriebes mittels der im Kopf 4 der Kolbenstange 7 ausgebildeten Bohrung
43 angeschlossen werden kann.
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Die Wirkungsweise des pneumatischen Dreistellungs-Schaltantriebs gemäß
der Erfindung, der in der Zeichnung in der mittleren Ruhelage dargestellt ist, ist
wie folgt:
An die Druckmittelanschlüsse 20, 25a und 25b ist iiber
in der Zeichnung nicht dargestellte Leitungen ein Ventilsystem angeschlossen, das
in jeder Schaltstellung das Hochdruckarbeitsmittel jeweils zu nur einem der drei
Druckgasanschlüsse fördert, wohingegen die übrigen beiden Anschlüsse zu einem Niederdruckraum,
im allgemeinen zu der umgebenden Atmosphäre hin entlüftet sind.
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Die in der Zeichnung dargestellte Schaltstellung ergibt sich, wenn
das llochdruckmittel dem zweiten Arbeitsraum 3 über den Druckmittelanschluß 20,
den Einlaßraum 5, den axialen Druckkanal 23, den radialen Druckkanal 42 und über
den Kreuzkanal 39 des Anschlagringes 40 zugeführt wird.
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Wenn das Hochdruckgas über den Anschluß 25b in den ersten Arbeitsraum
2 yefördert wird, so wird dadurch aufgrund der auf die Stirnflächen 12b und 30b
des Kolbens 8b ausgeübten Schubkraft der Kolben 8b in Richtung zu dem Kolben 8a
hin verschoben. Da der Kolben 8b als Schwimmkolben ausgebildet ist, bewegt er sich
in dem Zylinder 6 in der Weise, daß er solange auf der durch die Kolbenbohrung 24b
hindurchgeführten Kolbenstange 7 verschoben wird, bis er mit seiner Stirnfläche
35b an die zugewendete Stirnfläche 38b des Anschlagringes 40 anschlägt. Dann nimmt
er die Kolbenstange 7 solange mit, bis die andere Stirnfläche 38a des Anschlagringes
40 an der Stirnfläche 35a des Kolbens 8a zum Anschlag kommt. Durch diese Stellung
ist die eine seitliche Schaltstellung der Kolbenstange 7 gebi 1et. Aus dieser Stellung
gelangt die Kolbenstange 7 wieder in die Mittelstellung, falls über den Druckgasanschluß
20, den Einlaßraum 5, den axialen Kanal 23, den Radialkanal 42 und den Kreuzkanal
39 des Anschlagringes 40 das Hochdruckmittel wieder in den zweiten Arbeitsraum 3
gefördert wird.
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Das Hochdruckgas beaufschlagt die Stirnfläche 35b des Kolbens 8b,
so daß dieser in der entgegengesetzten Richtung von dem Kolben 8a weg bewegt wird.
Da der Kolben 8b als Schwimmkolben ausgebildet ist, bewegt er sich im Zylinder 6
in der Weise, daß er solange auf der durch seine Kolbenbohrung 24b hindurchgeführten
Kolben stange 7 verschoben wird, bis er mit seiner Stirnfläche 30b an der zugeordneten
Stirnfläche 31b des Anschlagringes 29b anschlägt. Bei seiner weiteren Verschiebung
im Zylinder 6 nimmt der Kolben 8b die Kolbenstange 7 solange mit, bis die Stirnfläche
12b an der Anschlagschulter 1Ob des Zylinderdeckels 13b anschlägt, so daß dann wieder
die in der Zeichnung dargestellte mittlere Schaltstellung vorliegt.
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Wenn das Hochdruckgas über den Druckgasanschluß 35a in den dritten
Arbeitsraum 4 gefördert wird, wird unter dem auf die Stirnflächen 12a und 30 a des
Kolbens 8a ausgeübten Druck dieser Kolben 8a in Richtung zu dem Kolben 8b hin verschoben.
Da der Kolben 8a in Form eines Schwimmkolbens augebildet ist, bewegt er sich in
dem Zylinder 6 in der Weise, daß er auf der durch seine Kolbenbohrung 24a hindurchgeführten
Kolbenstange 7 solange verschoben wird, bis er mit seiner Stirnfläche 35a an der
ihm zugewendeten Stirnfläche 38 des Anschlagringes 40 zum Anschlag kommt.
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Von hier aus nimmt er die Kolbenstange 7 solange mit, bis die Stirnfläche
38b des Anschlagringes 40 an der Stirnfläche 35b des Kolbens 8b anschlägt. Durch
diese Stellung der Kolbenstange 7 ist die andere seitliche Schaltstellung gebildet.
Aus dieser Lage gelangt die Kolbenstange 7 wieder in die mittlere Lage, falls über
den Druckgasanschluß 20, den Einlaßraum 5, den Axialkanal 23, den Radialkanal 42
und den Kreuzkanal 39 des Anschlagringes 40 das Hochdruckmittel wieder in den zweiten
Arbeitsraum 3 gefördert wird.
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Hierdurch übt das Hochdruckmittel eine Schubkraft auf die Stirnfläche
35a des Kolbens 8a aus und bewegt diesen in der vom Kolben 8b wegweisenden Richtung.
Da der Kolben 8a in Form eines Schwimmkolbens ausgebildet ist, bewegt er sich im
Zylinder G in der Weise, daß er auf der durch seine Kolbenbohrung 24a hindurchgeführten
Kolbenstange 7 solange verschoben wird, bis seine Stirnfläche 30a an der Stirnfläche
31 des Anschlagringes 29a anschlägt. Von hier aus nimmt er die Kolbenstange 7 mit,
bis seine Stirnfläche 12a an der Anschlagschulter 10a des Zylinderdeckels 13a anschlägt
und daher wieder die in der Zeichnung dargestellte mittlere Schaltstellung zustandekommt.
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