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Steuervorrichtung für hydromechanische Wendegetriebe Hydromechanische
Wendegetriebe, an denen die Umkehr der Abtriebsdrehrichtung durch Aus- bzw. Einschalten
eines für die Vorwärtsdrehrichtung und eines für die Rückwärtsdrehrichtung vorgesehenen
(etwa mit einem Umkehrzahnrad ausgerüsteten) Kraftweges durch je eine Strömungskupplung
erfolgt, werden in zunehmendem Maße in der Technik verwendet. Durch mehr oder weniger
starkes Einschalten der der jeweiligen Abtriebsdrehrichtung entsprechenden Strömungskupplung
(mittels Schöpfrohren, Ringschiebern, Drehschaufeln od. dgl.) hat man es dabei außerdem
in der Hand, die Drehzahl der Abtriebswelle zwischen einem Höchst- und Tiefstwert
beliebig zu verändern. Bei solchen Ausführungen ergeben sich dann gewisse Schwierigkeiten,
wenn während des Betriebes auch auf der Abtriebsseite antreibende Kräfte auftreten,
die bei nur teilweise oder nicht eingeschalteten Strömungskupplungen und demzufolge
mangelhafter bzw. fehlender Motorbremsung eine unzulässige Erhöhung der Abtriebsdrehzahl
bewirken. Derartige negative Lasten kommen insbesondere an Haspelantrieben von Fördermaschinen
vor, wenn der abzusenkende Förderkorb schwerer ist als der zu hebende.
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Für Fahrzeugwendegetriebe ist bereits eine Einrichtung bekannt, die
nach Einschalten einer Bremsvorrichtung die der jeweiligen Fahrtrichtung entsprechende
Kupplung einrückt und gleichzeitig die andere Kupplung in ausgeschalteter Stellung
blockiert, so daß dann ein Bremsen durch den Motor erfolgt. Diese Steuervorrichtung
spricht aber erst nach willkürlicher Betätigung an, und ein sicherer A,#rbeitsbetrieb
ist stets von der Sorgfalt des
Bedienungspersonals abhängig. Im
Gegensatz hierzu hat nun die Erfindung eine Steuervorrichtung für hydromechanische
Wendegetriebe zum Gegenstand, die vollkommen selbsttätig arbeitet und die auch den
Schaltzeitpunkt selbst bestimmt.
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Gemäß der Erfindung besteht diese Steuervorrichtung für hydromechanische
Wendegetriebe mit je einer stufenlos regelbaren Strömungskupplung für jede Abtriebsdrehrichtung
aus einer die An-und Abtriebsdrehzahl vergleichenden Einrichtung, die stets die
der jeweiligen Abtriebsdrehrichtung entsprechende Strömungskupplung voll einschaltet,
sobald deren Abtriebsseite (Sekundärseite) die Antriebsseite (Primärseite) zu überholen
beginnt.
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Wenn also die abtriebsseitige Hälfte einer Strömungskupplung aus irgendeinem
Grunde ihre antriebsseitige Hälfte überholt, wird diese Kupplung durch die Impulse
oder Ausschläge der Drehzahlvergleichseinrichtung voll eingeschaltet, sofern sie
dies nicht schon vorher war. Die Abtriebswelle ist nunmehr mit dem geringsten Schlüpf
an den Antriebsmotor od. dgl. hydraulisch gekuppelt und wird durch diesen etwa auf
die Motor- (Antriebs-) Drehzahl abgebremst. Die wohl in allen Fällen vorgesehene
Bremse kann sehr geschont werden, da sie nurmehr zum Stillsetzen der Abtriebsseite
oder zum Abbremsen auf eine langsamere Drehzahl als der Antriebsdrehzahl benötigt
wird. Die Steuervorrichtung arbeitet selbsttätig und unabhängig von der Bedienungsperson,
so daß keine zusätzlichen Schaltarbeiten erforderlich und auch keine Fehlschaltungen
möglich sind.
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Für die Einrichtung zum Vergleichen der Drehzahlen der An- und Abtriebswelle
sind die meisten Drehzahlvergleichs- oder Meßelemente verwendbar, wie beispielsweise
Differentialgetriebe oder eine von uns bereits früher vorgeschlagene, auf einem
Steilgewinde der einen Welle verschraubbare Gewindemuffe, die in Umfangsrichtung
über Freiläufe oder Reibbacken mit der zweiten Welle verbunden ist; ferner alle
Arten von Meßpumpen, Meßgeneratoren, Fliehkraftpendeln u. a. m., deren Meßwerte
über doppelseitige Kolben od. dgl. verglichen werden und dann entsprechende Ausschläge
erzeugen. Die rein mechanischen Vergleichseinrichtungen werden in günstiger Weise
dort angeordnet, wo je eine treibende und getriebene Welle unmittelbar hinter- oder
nebeneinanderliegen, also etwa dicht an oder innerhalb der Strömungskupplungen.
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Das Übertragen der Ausschläge der Vergleichseinrichtung auf die Strömungskupplungen
bzw. deren Regeleinrichtungen kann mittelbar oder unmittelbar, mit mechanischen
Gestängen, hydraulisch, elektrisch oder in kombinierter Weise erfolgen. Da die erzeugten
Ausschläge in den überwiegenden Fällen nur klein und kräftemäßig schwach sind, wird
die Zwischenschaltung eines Kraftverstärkers (Servomotors) angebracht sein. Nach
einer Weiterbildung der Erfindung greift daher an einem Verstellorgan jeder Strömungskupplung
mittelbar oder unmittelbar ein Servomotor, insbesondere ein hydraulischer Servomotor
an; dessen Steuerorgan (Steuerschieber öd. dgl.) von der Drehgeschwindigkeitsvergleichseinrichtung
betätigt wird. Hierbei können für das Verstellen der Vorwärts- und der Rückwärtskupplung
je ein besonderer oder ein gemeinsamer Servomotor vorgesehen sein, gegebenenfalls
auch zwei Servomotoren mit gemeinsamem und entsprechend ausgeführtem Steuerorgan
(Steuerschieber od. dgl.).
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Bei Steuervorrichtungen mit hydraulischen Servomotoren wird die für
den Betrieb der Servomotoren erforderliche Druckflüssigkeit in vorteilhafter Weise
von einer oder mehreren vom Wendegetriebe angetriebenen Pumpen erzeugt.
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Gemäß einer Fortbildung der letztgenannten Vorrichtung mit Druckflüssigkeitspumpen
ist an jeder Druckleitung zwischen der Pumpe und dem Steuerorgan (Steuerschieber
od. dgl.) des bzw. der Servomotoren ein Überdruckventil angeordnet. Bei geschlossenem
Steuerorgan oder geöffnetem Steuerorgan, aber bereits voll betätigtem Servomotor
kann nunmehr das überschüssige Druckmittel durch das gegebenenfalls einstellbare
Überdruckventil in den Flüssigkeitsvorratsbehälter zurückfließen. Ein Überlasten
der Pumpe und ein unnötiger Leistungsverbrauch werden dadurch vermieden.
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Eine andere Verbesserung des Erfindungsgegenstandes besteht darin,
daß jede Pumpendruckleitung über das Steuerorgan (Steuerschieber od. dgl.) des bzw.
der Servomotoren entweder mit einem Servomotordruckraum oder mit einem überdrucklosen
Raum, insbesondere mit dem Druckmittelvorratsbehälter verbunden ist. Da nämlich
die Steuervorrichtung nur während verhältnismäßig kurzer Zeitspannen in Tätigkeit
zu treten braucht, sind die Servomotoren und damit die Druckmittelzuflüsse zu den
Servomotoren die weitaus meiste Zeit nicht eingeschaltet. Das von den Pumpen geförderte
Druckmittel kann wohl über die Überdruckventile abfließen, wobei aber trotzdem noch
eine bestimmte Pumpenleistung nutzlos verbraucht wird. Bei der vorgenannten Ausführung
der Steuerschieber kann nun die geförderte Druckflüssigkeit immer dann, wenn sie
nicht benötigt wird, ohne jeden Widerstand zum Vorratsbehälter zurücklaufen. Die
Druckpumpe läuft dann in diesem Betriebszustand leer mit und ergibt so einen nochmals
verringerten Kraftverbrauch.
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Nach einer erfindungsgemäßen Fortbildung besteht die Druckmittelquelle
in einer von der Abtriebsseite des Wendegetriebes angetriebenen, bei entgegengesetzter
Drehrichtung in entgegengesetzter Richtung fördernden Pumpe, beispielsweise in einer
Zahnradpumpe, wobei die beiden Pumpenanschlüsse über je ein Saugventil mit dem Druckmittelvorratsbehälter
und über je ein Druckventil und das entsprechende Steuerorgan (Steuerschieber od.dgl.)
mit dem Servomotordruckraum jener Strömungskupplung verbunden sind, die der an dem
betreffenden Pumpenanschluß Druck erzeugenden Abtriebsdrehrichtnngg zugeordnet ist.
Diese Richtungspumpe liefeit ;also bei jeder Abtrieb@sd@rehrichtung jeweils nur
für jenen Servomotor Druckflüssigkeit, der auf die für eine Regelung In Frage kämmende
Kupplung
einwirkt, wobei natürlich der Eintritt des Druckmittels
in den Servomotordruckraum noch von dem Steuerschieber des Servomotors endgültig
gesteuert wird. Die Pumpendruckleitung für den anderen Servomotor ist jeweils drucklos.
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Die Richtungspumpe wählt bereits entsprechend der Abtriebsdrehrichtung
den zur Wirkung kommenden Servomotor vor, während das Steuerorgan (etwa der Steuerschieber)
nur noch den Verstellzeitpunkt bestimmt. Es ist hierbei ohne weiteres möglich, für
beide Servomotoren oder Servomotordruckräume ein gemeinsames Steuerorgan für die
Druckflüssigkeit zu verwenden, das von den Ausschlägen der Drehzahlvergleichseinrichtung
bei beiden Abtriebsdrehrichtungen stets im gleichen Sinn betätigt wird. In vorteilhafter
Weise wird dann eine Drehzahlvergleichseinrichtung verwendet, welche bei Vorwärts-
und Rückwärtsdrehung der Abtriebswelle stets gleichgerichtete Ausschläge oder Impulse
erzeugt. Derartige Vergleichseinrichtungen sind, beispielsweise mit Fliehkraftpendeln
oder Meßgeneratoren ausgerüstet, sehr einfach, da sie nur ein einziges Drehzahlvergleichselement
zwischen je einer Stelle der An- und Abtriebswelle erfordern.
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Das Verstellen der Geschwindigkeit und der Drehrichtung von hydromechanischen
Wendegetrieben erfolgt insbesondere bei Haspelantrieben meist durch einen einzigen
von der Bedienung verstellbaren Fahrhebel (Handverstellhebel), der bei Ausschwenken
aus der Mittellage in die eine oder andere Richtung nur die eine oder nur die andere
Kupplung entsprechend der Ausschlaggröße auf entsprechenden Schlupf und Abtriebsgeschwindigkeit
einstellt. Nach einer günstigen Ausbildung ist nun an derartigen hydraulischen Wendegetrieben
der gemeinsame Handverstellhebel mit den Verstellorganen der Kupplungen in beiden
Verstellrichtungen zwangsläufig verbunden, und ferner sind die Verstellkräfte der
Verstellmittel (Servomotoren od. dgl.) der Drehzahlvergleichseinrichtung wesentlich
größer bemessen als die größten bei Handverstellung üblichen Verstellkräfte. Sobald
die selbsttätige Steuervorrichtung anspricht, verstellt sie das Regelorgan der entsprechenden
Kupplung und damit zwangsläufig auch den Handverstellhebel auf volle Kraftübertragung.
Falls die Bedienungsperson den Fahrhebel festhalten sollte, wird die Handkraft durch
die größeren Verstellkräfte der Steuervorrichtung überwunden.
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Mitunter ist es wünschenswert, daß bei hoher Abtriebsdrehzahl auch
die entgegengesetzt antreibende Kupplung eingeschaltet werden kann, um eine Gegenbremswirkung
zu erzielen. Bei der letztgenannten Anordnung ist dies aber nicht möglich; da beim
Einschalten der einen Kupplung die andere stets zwangsläufig ausgeschaltet wird.
Gemäß einer anderen Ausbildungsform ist daher das Regelorgan jeder Strömungskupplung
mit dem für beide Kupplungen gemeinsamen Handverstellhebel (Fahrhebel) und den Verstellmitteln
der Drehzahlvergleichseinrichtung derart verbunden, daß bei Einschaltung einer der
Strömungskupplungen durch die Drehzahlvergleichseinrichtung auch die jeweils andere
Strömungskupplung durch den Handverstellhebel eingeschaltet werden kann. Beispielsweise
sind etwa die Kupplungsverstellorgane mit dem gemeinsamen Handverstellhebel nur
je in Einschaltrichtung zwangsläufig verbunden und außerdem mit einer in Ausschaltrichtung
wirkenden Rückzugeinrichtung (Rückzugfeder od. dgl.) versehen, die die Kupplungsverstellorgane
nach Aufhören einschaltender Kräfte stets wieder in Ausschaltstellung zurückführt.
Nunmehr kann unabhängig von der durch die Drehzahlvergleichseinrichtung voll eingeschalteten
und der jeweiligen Abtriebsdrehrichtung entsprechenden Kupplung auch die andere
entgegengesetzt antreibende Kupplung mit dem Fahrhebel eingeschaltet werden, so
daß eine beliebige Gegenbremsung erzielbar ist. Es sind dann gleichzeitig beide
Strömungskupplungen eingeschaltet.
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In den Zeichnungen ist die Erfindung an einigen Ausführungsbeispielen
näher erläutert. Hierbei stellt dar Abb. I das Schema eines Haspelantriebes mit
hydromechanischem Wendegetriebe, Abb. 2 die Verstellservomotoren mit Steuerschieber
und Druckmittelpumpe einer erfindungsgemäßen Steuervorrichtung, Abb. 3 die Anordnung
der Verstellservomotoren einer abgewandelten Steuervorrichtung und Abb. 4. eine
Drehzahlvergleichseinrichtung mit Fliehkraftpendeln.
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Die Abb. I zeigt in schematischer Weise einen Förderhaspel mit Antrieb
durch ein hydromechanisches Wendegetriebe. Der stets mit gleicher Drehrichtung laufende
Antriebsmotor I treibt die Haspeltrommel 2 entweder über die Strömungskupplung 3
im gleichen Sinn (in Richtung des voll gezeichneten Pfeiles) oder über eine Vorgelegewelle
4 mit Strömungskupplung 5 im entgegengesetzten Sinn (entsprechend dem gestrichelten
Pfeil) an. Falls beispielsweise der abzusenkende Förderkorb 6 schwerer ist als Korb
7, so kann die Haspeltrommel und die Abtriebswelle 8 des Getriebes infolge des antreibend
wirkenden Korbübergewichtes eine unzulässig hohe Drehzahl erreichen. Die an der
Kupplung 3 vorgesehene Drehzahlvergleichseinrichtung g erzeugt nun bei höherer Abtriebs-
als Antriebsdrehzahl einer der Kupplungen einen entsprechenden Ausschlag, welcher
auf in der Abbildung nicht gezeigte Weise die der Abtriebsdrehrichtung .entsprechende
Strömungskupplung (bei abzusenkendem Korb 6 also Kupplung 3) auf volle Kraftübertragung
einstellt und dadurch eine Motorbremsung bewirkt.
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Der in der Abbildung gezeigte Antrieb der Vergleichseinrichtung über
je eine von der An- und Abtriebswelle abzweigende Kegelradwelle wurde lediglich
zur besseren Darstellung gewählt. In günstigerer Weise könnte die Vergleichseinrichtung
etwa im Kupplungsinnern angeordnet sein. Falls die Vergleichseinrichtung 9 nur auf
die vorwärts gerichtete Abtriebsdrehrichtung anspricht, muß noch eine zweite, etwa
an der Kupplung 5 angebrachte
Vergleichseinrichtung Io für die
Rückwärtsdrehrichtung vorgesehen werden. Bei Drehzahlvergleichseinrichtungen mit
Meßpumpen oder Meßgeneratoren ist man natürlich in der Anordnung der Meßstellen
viel freier als bei mechanischen Vergleichseinrichtungen.
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Abb. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit für beide Kupplungen gemeinsamem
Fahrhebel und mit zwei Servomotoren mit gemeinsamem Steuerschieber und Druckmittelpumpe.
Eine nicht gezeigte Drehzahlvergleichseinrichtung steuert etwa durch einen Schaltkontakt
den Stromfluß in den Leitungen II und dem Hubmagnet I2, und zwar bei Vorwärts- und
Rückwärtsdrehung stets im gleichen Sinn, so daß auch der für beide Servozylinder
gemeinsame Steuerschieber I3 nur nach oben verschoben wird. Die von der Abtriebswelle
getriebene Richtungspumpe I4 erzeugt infolge der entsprechend angeordneten Saug-
und Druckventile bei Vorwärtsabtrieb (volle Drehrichtungspfeile) in der Leitung
I5 Druck, bei Rückwärtsabtrieb dagegen in der Leitung I6 Druck. Diese entsprechend
der Abtriebsdrehrichtung vorgewählten Drücke können aber erst nach angehobenem Hubmagnet
und Steuerschieber auf den Servokolben I7 bei Vorwärtsfahrt bzw. auf den Servokolben
I8 bei Rückwärtsfahrt einwirken und verstellen dadurch den für beide Kupplungen
gemeinsamen Fahrhebel I9 auf »voll voraus« (Stellung V) bzw. »voll rückwärts« (Stellung
R).
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Die Verbindung zwischen jedem Servokolben und dem Fahrhebel (und damit
auch den Kupplungsverstellorganen) kann entweder nur in Einschaltrichtung (Gestänge
2o) oder in beiden Verstellrichtungen (Gestänge 2I) zwangsläufig ausgestaltet sein.
Die Überströmkanäle 22, 23 gestatten bei nicht eingeschalteten Servodruckzylindern
einen widerstandslosen Rückfluß der von der Pumpe geförderten Flüssigkeit zum Vorratsbehälter,
während die Überdruckventile 24, 25 ein Entweichen des überschüssigen Druckmittels
bei eingeschalteten Servomotoren ermöglichen.
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Eine Anordnung mit abgewandelter Gestängeverbindung zwischen den Verstellservomotoren
und den Regelorganen der Kupplungen ist in Abb. 3 dargestellt. Die Verstellwelle
26 bzw. 27 der Vorwärts- bzw. Rückwärtskupplung ist mit dem zugeordneten Servokolben
I7 bzw. I8 in Einschaltrichtung (Gestänge 28) oder in beiden Verstellrichtungen
(Gestänge 29) zwangsläufig verbunden, während der Fahrhebel 3o nur in Einschaltrichtung
auf die Kupplungsverstellwellen wirken kann. Durch die Rückzugfedern 3I bzw. 32
werden die Kupplungsverstellorgane nach Aufhören der Einschaltkräfte stets wieder
zurückgeführt. Diese Anordnung gestattet auch dann, wenn durch die Steuervorrichtung
eine der beiden Kupplungen auf volle Kraftübertragung verstellt wurde, ein Gegenbremsen
durch Einschalten der entgegengesetzt treibenden Kupplung.
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In Abb.4 ist eine von den Drehrichtungen unabhängige und bei Vor-
und Rückwärtsdrehung stets gleichgerichtete Ausschläge erzeugende mechanische Drehzahlvergleichseinrichtung
gezeigt. Eine antriebsseitige Welle 33 und eine abtriebsseitige Welle 34 treiben
je ein Fliehkraftpendel 35 bzw. 36 an, deren Ausschläge über einen Waagebalken 37
verglichen werden und auf einen elektrischen Synchronschalter 38 einwirken. Die
dadurch gesteuerten Stromimpulse in der Leitung II können etwa einen Hubmagnet I2
gemäß Abb. 2 verstellen.