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Elektrische Gangschaltung für Stufengetriebe Es sind elektrische Gangschaltungen
für Stufengetriebe bekannt, die durch Betätigen eines Schalters unmittelbar oder
mittelbar über Schütze die Wicklung eines Elektromagneten oder eines Motors derart
unter Spannung setzen, daß unter dem Einfluß der dadurch ausgelösten mechanischen
Kräfte, Schaltkupplungen ein- oder ausgerückt werden. Dabei wird oft für unmittelbare
Einwirkungen auf die Schaltkupplung von einer Kraftverstärkung elektrischer, hydraulischer
oder pneumatischer Art Gebrauch gemacht. Allen diesen Schaltungen ist gemeinsam,
daß jeder Getriebestufe (Gang) eine entsprechende Stellung des Betätigungsschalters
oder jeweils ein bestimmter Schaltknopf zugeordnet ist, bei deren Kontaktgebung
ein bestimmter Gang eingerückt wird. Solche Schaltungen haben den Nachteil, daß
für jeden Gang ein eigener Steuerkontakt (Schalter, Druckknopf) mit den entsprechenden
Leitungen vorgesehen werden muß. Für Vielganggetriebe oder bei gleichzeitiger Steuerung
mehrerer solcher, aber voneinander antriebsmäßig unabhängiger Getriebe bedeutet
diese Tatsache einen großen Aufwand von Schaltgeräten und Leitungen, die in jedem
Fall unerwünscht und im Flugmotoren- oder Zellenbau aus Raum- und Gewichtsgründen
bei Fernsteuerung nicht tragbar sind.
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Diese Nachteile vermeidet die vorliegende Erfindung dadurch, daß das
die Ein- und Ausrückbewegungen der Kupplungen unmittelbar beeinflussende Schaltorgan
mittelbar nur von zwei Steuerkontakten, von denen der eine stets den Gangwechsel
zum nächsthöheren, der andere zum
nächstniederen einleitet, und
von einem durch eine mit dem Schaltorgan kraftschlüssig verbundene Steuerscheibe
beeinflußten Unterbrecherkontaktgesteuert wird, der den Gangwechsel beendet. Dabei
können die beiden Steuerkontakte von Hand betätigt oder selbsttätig unter dem Einfluß
eines Reglers geschaltet werden. Durch diese Anordnung ist ein Schalten von beliebig
vielen -Gängen ohne Änderung der Zahl der Schaltelemente möglich, lediglich die
Steuerscheibe des Unterbrecherkontaktes muß entsprechend der jeweiligen Gangzahl
ausgebildet werden. Bemerkenswert ist, daß das Schaltorgan zwangläufig stets nur
in einer vorgeschriebenen Stellung stehen kann, so daß unzulässige Zwischenstellungen,
die ungewollten Leerlauf oder Schleifen der Kupplungen zur Folge haben, unmöglich
sind. Durch die angewandte Schaltung der Schützewird außerdem eine sofortige Umkehr
der Drehrichtung des Steuermotors bei irrtümlich eingeleitetem Gangwechsel erreicht.
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Ein weiteres Merkmal ist die Anordnung von an sich bekannten Endschaltern,
derart, daß die diese beeinflussenden Steuerscheiben mit dem Schaltorgan kraftschlüssig
verbunden sind und einen weiteren Steuerimpuls über die beiden Endstellungen (höchster
und niedrigster Gang) hinaus verhindern und daß die jeweilige Stellung des Schaltorgans
durch an sich bekannte Merkzeichen angezeigt wird, die ebenfalls durch kraftschlüssig
verbundene Steuerscheiben gesteuert werden.
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Kennzeichnend ist für die Erfindung ferner die Möglichkeit, auch.
bei gleichzeitiger Steuerung mehrerer Getriebe wahlweise von Hand oder durch einen
Regler selbsttätig den Gangwechsel eines jeden Getriebes vorzunehmen, und zwar derart,
daß durch einen besonderen Schalter die Wirksamkeit der Selbstregelung eingeschaltet
wird und so lange erhalten bleibt, bis sie durch Ansprechen eines der von Hand zu
betätigenden Steuerkontakte oder eines selbsttätig arbeitenden Sicherheitsschalters
wieder ausgeschaltet wird. Dabei wird durch an sich bekannte Merkzeichen die jeweilige
Schaltart angezeigt.
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Weiterhin ist die Anordnung eines Zeitschaltwerkes bemerkenswert,
das den von Reglern selbsttätig eingeschalteten und den Gangwechsel bewirtenden
Steuerstrom nach einer bestimmten Wirkzeit so lange unterbricht, bis der durch diesen
Strom hervorgerufene Gangwechsel erfolgt sein und sich auf das Regelorgan selbst
ausgewirkt haben kann. Für den Fall, daß ein weiterer Gangwechsel notwendig ist,
schließt er den Stromkreis wieder für bestimmte Zeit und unterbricht ihn danach
wieder usw. Hierdurch wird die Möglichkeit eines Pendelns zwischen den Steuerimpulsen
vermieden, die infolge der Trägheit des Gangwechselvorgangs durch die zeitliche
Verschiebung zwischen dem Regelimpuls und dem sich neu einstellenden Regelzustand
besteht. Ferner ist hervorzuheben, daß in Reihe oder parallel zu den Steuerkontakten,
aber unabhängig von ihnen, noch Sicherheitsschalter vorgesehen sind, die abhängig
von bestimmten Drehzahlen der antreibenden oder abtreibenden Welle sowie bei Ladergetrieben
von Zustandsgrößen der durch den Lader geförderten Luft ein vorzeitiges oder unzulässiges
Schalten verhindern oder bei Oberdrehzahl ein selbsttätiges Schalten auf eine kleinere
Gangstufe bzw. gänzliches Abschalten des Laders bewirken.
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Der Aufbau und die Arbeitsweise der Erfindung wird an Hand von Ausführungsbeispielen
erläutert. Die in der Abb. i dargestellten Getriebestufen i, 2, 3 sollen durch die
Kupplungen 4, 5, 6 wahlweise hydraulisch geschaltet und dadurch das -Übersetzungsverhältnis
zwischen dem Antriebsrad 7 und der Abtriebswelle 8 geändert werden. Durch einen
Drehschieber 9 wird Drucköl jeweils in eine der drei Steuerleitungen io, 1i, i2
geleitet. Durch die Druckwirkung des Öls auf die verschiebbare Kupplungshälfte
13 wird die Reibfläche 14 gegen die Fläche 15 gepreßt, wodurch die Kupplung
eingerückt ist. Das Ausrücken der Kupplungen erfolgt in der dargestellten Kupplung
durch einfaches Absperren des Ölzuflusses durch den Schieber 9, da das im Zylinder
16 vorhandene Öl stets durch eine kleine Öffnung 17 abfließen kann und bei
entleertem Zylinder der Teil 13 durch eine Rückholfeder 18 zurückgeschoben
wird. Erfindungsgemäß ist der Schieber 9 mit drei Steuerscheiben i9, 2o, 2,1 kraftschlüssig
verbunden und durch den Steuermotor 22 im Sinne bzw. entgegen der eingezeichneten
Pfeilrichtung gedreht. Die Steuerscheiben i9, 2o, 21 sind im Ausführungsbeispiel
mit Nocken versehen, derart, daß die Scheibe 2o so viel Nocken hat, wie Gänge geschaltet
werden sollen (im Beispiel: drei Gänge und einen Leerlaufgang gleich vier Nocken).
Die Scheibe i9 ist so ausgebildet, daß sie bei Erreichen des höchstmöglichen Ganges
(3. Gang) ein weiteres Schalten in gleicher Richtung verhindert, indem sie den Kontakt
27 unterbricht. Die Scheibe 2,1 unterbricht den Kontakt 37 und verhindert so das
Schalten über den Leerlauf hinaus.
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Der Schaltvorgang geht im einzelnen wie folgt vor sich: Im Getriebe
sei der Gang o (Leerlauf) eingeschaltet. Wird der Druckknopf 25 zum Kontakt 26 betätigt,
so wird das Schütz 28 angezogen. Dadurch bekommt der Steuermotor 22 über die Kontakte
3i und 42 Spannung und dreht den Schieber 9 in Pfeilrichtung. Nach kurzer Drehung
wird der Kontakt 33 durch die Scheibe 20 geschlossen, wodurch auch nach Öffnen des
Kontaktes 26 die an die Schützenwicklung 28 angelegte Spannung über den Ruhekontakt
4o und den Arbeitskontakt 29 erhalten bleibt. Der Steuermotor 22 läuft nun so lange,
bis die Scheibe 20 wieder den Kontakt 33 unterbricht. Dadurch wird die Wicklung
28 spannungslos und damit auch der Steuermotor 22. Der Schieber 9 steht jetzt
in Gangschaltung i, d. h. das Drucköl fließt jetzt in die Steuerleitung io ein und
rückt damit die Kupplung 4 ein.
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Wird der Druckknopf 25 wieder betätigt, so wiederholt sich der eben
beschriebene Vorgang. Ist der Druckknopf auch während der Laufzeit des Steuermotors
22 beim Gangwechsel zwischen o und i nicht ausgeschaltet gewesen, so bleibt der
Schieber nicht in Gangstellung i stehen, sondern
schaltet ohne Unterbrechung
weiter, bis entweder der Druckknopf 25 losgelassen und die Scheibe 2o in der nächsten
Stellung den Kontakt 33 unterbrochen hat oder die Scheibe i9 bei Erreichen der höchsten
Gangstellung den Kontakt 27 unterbricht. Ein weiteres Schalten im gleichen Drehsinn
des Schiebers 9 ist durch keinerlei Kontaktbetätigung mehr möglich.
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Soll ein kleinerer Gang eingeschaltet werden, so wird der Druckknopf
35 betätigt und dadurch das Schütz 38 angezogen. Der Schaltvorgang spielt sich entsprechend
der oben beschriebenen Art sinngemäß ab, wobei der Steuermotor 22 im dem Pfeil entgegengesetzten
Sinne dreht. Bei Erreichen der Leerlaufstellung unterbricht die Scheibe 21 den Kontakt
37 und verhindert dadurch ein Schalten über den Leerlauf hinaus.
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In dem weiteren Ausführungsbeispiel der Abb. 2 sind noch zusätzliche
drehzahlabhängige Sicherheitsschalter vorgesehen, die als Fliehkraftschalter ausgebildet
sind. Durch die Schalter 51 und 52 wird bis zu einer bestimmten Drehzahl der Kontakt
43 bzw. 44 geschlossen gehalten. Bei größerer Drehzahl werden diese Kontakte unterbrochen
und bei Schalter 52 der Kontakt45 geschlossen. Schalter 51 wird von der Antriebsdrehzahl
des Getriebes, der Schalter 52 von der Drehzahl des Abtriebes beeinflußt. Durch
die Steuerscheibe 53 wird der Kontakt 34 gesteuert, der als Zwischenendschalter
nach Erreichen der zweiten Gangstufe wirkt. Die kraftschlüssig mit dem Schaltorgan
verbundenen Steuerscheiben 54, 55 betätigen die Kontakte 47, 48, 49, 5o, die wiederum
die Merkzeichen 56, 57, 58, 59 so steuern, daß jeweils eines die eingerückte Gangstellung
anzeigt.
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Die Wirkungsweise des Beispiels der Abb. 2 ist folgende: Der Schieber
9 sei auf Gangstellung 2 gestellt, was infolge des geschlossenen Kontaktes 48 durch
das Merkzeichen 57 angezeigt wird. Die höchstzulässige Abtriebsdrehzahl sei gerade
erreicht. Hierbei ist der Schalter 52 in Ruhestellung, während der Schalter 51 den
Kontakt 43 unterbrochen hat, um ein an sich noch mögliches Schalten auf den 3. Gang
zu sperren, da j a sonst die zulässige Höchstgrenze des Abtriebes überschritten
werde und der Schalter 52 den Kontakt 45 schließen und einen Gangwechsel zu einem
niederen Gang einleiten würde. Ein Schalten auf die nächsthöhere Gangstufe ist daher
nicht möglich, da trotz Schließung des Kontaktes 26 durch die Steuerscheibe 53 der
Kontakt 34 und durch den Sicherheitsschalter 5 i der Kontakt 43 unterbrochen ist.
Wird nun die Drehzahl des Antriebsrades gesteigert und dadurch die höchstzulässige
Drehzahl überschritten, so wird zunächst der Kontakt 44 unterbrochen und nach weiterer
Steigerung der Kontakt 45 geschlossen, der damit über den in dieser Gangstellung
geschlossenen Kontakt 37 die Wicklung 38 unter Spannung setzt und so den Motor entgegen
der Pfeilrichtung drehen läßt. Dadurch wird der nächstniedere Gang eingeschaltet
bzw. bei Bedarf derjenige Gang eingerückt, bei dem die Drehzahl auf einen zulässigen
Wert sinkt. Soll jedoch die größte Übersetzungsstufe eingeschaltet werden, so muß
die Antriebsdrehzahl erst auf eine entsprechende niedere Höhe gebracht werden, so
daß der Sicherheitsschalter 51 den Kontakt 43 schließt. Dadurch kann ein über den
Kontakt 26 gegebener Steuerimpuls auf die Wicklung 38 weitergeleitet werden, da
der Kontakt 34 durch den Zwischenendschalter unterbrochen ist, und so der Wechsel
zum größten Gang vorgenommen werden.
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Im Ausführungsbeispiel der Abb. 3 ist der Aufbau einer Steuerung von
zwei Getrieben a, b dargestellt, die wahlweise von Hand oder einem von einer
Zustandsgröße beeinflußten Regler, beispielsweise einem vom Druck der Luft nach
dem Verdichter od. dgl. abhängigen Regler, vorgenommen wird. Da die Getriebesteuerungen
a und b im Aufbau vollkommen gleich sind, werden gleichartige Steuerelemente mit
derselben Zahl bezeichnet, mit dem Unterschied, daß für Getriebe a der Zeiger' und
für Getriebe b der Zeiger " gilt.
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Die Selbstregelung wird durch Betätigen des Druckknopfes 6o wirksam,
indem durch Schließen des Kontaktes 64 über die Ruhekontakte 61', 62', 62", 61",
65', 65" Spannung sowohl an die Wicklung 68 gelegt wird, die über den Haltekontakt
67 bestehenbleibt, als auch an die Kontaktblätter 71, deren Stellung von der Bewegung
der Regler 72 abhängig sind und die die Spannung über die Kontakte 73 bzw. 74 nach
Kontakt 75 bzw. 76 weiterleiten. Bei Berührung der Kontakte 73 ist der niedrigste,
bei Berührung der Kontakte 74 der höchstzulässige Druck nach dem Lader erreicht.
Parallel zu den Kontakten 73 bzw. 74 liegen die Kontakte 75 bzw. 76, die den Motor
66 eines Zeitschaltwerkes unter Spannung setzen, mit dem die Steuerscheiben 77 kraftschlüssig
verbunden sind. Durch die Drehung des Motors 66 werden die Unterbrecherkontakte
78 bzw. 79 abwechselnd eine Zeitlang geschlossen und wieder geöffnet, solange die
Kontakte 75 bzw. 76 geschlossen sind. Dabei sind die Steuerscheiben 77' bzw. 77"
so angeordnet, daß stets nur die Unterbrecherkontakte 78 bzw. 79 für ein Getriebe
geschlossen sind, während sie in dieser Zeit für das andere Getriebe geöffnet sind.
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Die Wirkungsweise der Steuerung ist folgende: Der Schieber 9 sei auf
Gangstellung i gestellt, und die Haltewicklung 68 ist durch Einschalten der Selbstregelung
unter Spannung. Das Merkzeichen 70 zeigt die entsprechende Schaltart an.
Die Kontaktblätter 71 stehen in Mittelstellung, die Kontakte 73 bis 76 sind daher
unterbrochen, und es findet kein Gangwechsel statt, d. h. der Ladedruck ist ausreichend.
Sinkt der Druck nach dem Lader durch äußere Betriebsbedingungen unter den zulässigen
Mindestwert, so muß die Drehzahl des Laders und damit auch der Ladedruck gesteigert
werden. Durch Regelbewegungen des Kontaktblattes 71 des jeweils ansprechenden Reglers
72, und zwar unabhängig für beide Getriebe a und b,
wird über die Kontakte
73 und 78 und den Unterbrecherkontakt 44 Spannung an die Wicklung 28 gelegt, die
damit das Schließen des Kontaktes 3i bewirkt und so in oben beschriebener Weise
den
Schaltwechsel einleitet. Gleichzeitig mit dem Kontakt 73 wird
auch der Kontakt 75 geschlossen. Der Motor 66 dreht sich und unterbricht nach kurzer
Wirkzeit den Stromimpuls über den Kontakt 78 für eine bestimmte Zeit, ohne daß der
Motor 66 stehenbleibt, solange der Regler 72 in der gleichen Kontaktblattstellung
bleibt. Ist jetzt der nächsthöhere Gang eingerückt und hat sich eine ausreichende
Drucksteigerung nach dem Lader eingestellt, so geht der Regler 72 wieder in Mittelstellung,
wodurch die Verbindung zwischen Kontakt 73 und 75 und dem Kontaktblatt 71 unterbrochen
ist. Der Kontakt 77 und der Motor 66 sind spannungslos, der Schaltvorgang ist abgeschlossen.
Genügt jedoch der bei der zunächst eingeschalteten Gangstufe sich einstellende Ladedruck
noch nicht, dann bleibt der Regler 72 weiterhin in Kontaktstellung des Blattes 71
mit den Kontakten 73 und 75. Es bleibt somit über den zeitweilig unterbrochenen
Kontakt 78 sowie über Kontakt 44 Spannung auf die Wicklung 28 bestehen und damit
ein Weiterschalten auf den nächsthöheren Gang. Ist der höchste Gang erreicht und
ist der Regler 72 noch immer nicht in die Mittelstellung zurückgegangen, da ihm
durch gegebene äußere Umstände der Ladedruck noch zu niedrig ist, so wird ein Weiterschalten
des Drehschiebers g durch den Endnocken 1g in oben beschriebener Weise unterbunden.
Sinngemäß in gleicher Weise geht das Schalten des Getriebes auf die kleineren Gangstufen
vor sich, indem durch die Bewegung des Reglers 72 die Kontakte 74 und 76 mit dem
Kontaktblatt 71 verbunden werden. Dadurch wird der Motor 66 unter Spannung gesetzt,
ebenso der Kontakt 79, der durch die sich drehende Scheibe 77 abwechselnd geöffnet
und geschlossen wird. Hierdurch erhält die Wicklung 38 über den Kontakt 37 Spannung
und bewirkt das Einschalten des nächstniederen Ganges. Ein Weiterschalten bei Erreichen
der Leerlaufstellung wird durch den Endnocken 21 verhindert. Überschreitet eine
durch den Regler 72 eingestellte Verdichterdrehzahl die höchstzulässige Grenze,
so tritt der Fliehkraftschalter 52 in oben beschriebener Weise in Tätigkeit und
schaltet die nächstniedere zulässige Drehzahlstufe. Hierdurch wird gleichzeitig
die Wicklung 8o unter Spannung gesetzt, indem außer dem Kontakt 45 auch Kontakt
46 durch den Regler 52 geschlossen wird, und der Kontakt 65 unterbrochen. Damit
wird die Haltewicklung 68 spannungslos und der Kontakt 64 unterbrochen, wodurch
die Selbstregelung außer Kraft gesetzt ist, da nun auch bei Arbeiten des Reglers
72 die Kontaktblätter 71 spannungslos sind. Das Schaltender Getriebe kann nun weiter
durch Drücken der Knöpfe 25 und 35 oder durch Wiedereinschalten der Selbstregelung
durch Drücken des Knopfes 6o erfolgen. Ist die Selbstregelung eingeschaltet und
wird aus gegebenen Gründen von Hand geschaltet, d. h. einer der Knöpfe 25 und 35
betätigt, so fällt ebenfalls sofort die Selbstregelung aus, da die Kontakte 61 und
62, die durch Drücken der Knöpfe 25 und 35 unterbrochen werden, in Reihe mit den
Kontakten 65 und der Haltewicklung 68 geschaltet sind und diese somit spannungslos
gemacht wird. Die Merklampe 69, die durch den Kontakt 67 betätigt wird, zeigt den
Zustand der ausgeschalteten Selbstregelung an.
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Es empfiehlt sich, die Schalter 25, 35 und 6o mit der Haltewicklung
68 und die Anzeigelampen für die jeweilige Gangstellung und Schaltart in einem Gerät
zusammenzufassen.