DE976707C - Hydro-mechanisches Wendegetriebe, insbesondere fuer Foerderhaspelantrieb - Google Patents

Description

• Hydro-mechanisches Wendegetriebe, insbesondere für Förderhaspelantrieb Die Erfindung betrifft ein hydraulisch-mechanisches Wendegetriebe mit je einer füll- und entleerbaren Strömungskupplung für jede Fahrtrichtung, deren eine unmittelbar oder über ein Zahnradpaar auf die Abtriebswelle treibt, während der anderen zur Umkehrung der Drehrichtung noch ein Zwischenzahnrad zugeordnet ist. Die Erfindung besteht in der Angabe einer Ausführungsform eines solchen Wendegetriebes, die mit einfachen Mitteln ein schnelles und zuverlässiges Steuern bei gutem Übertragungswirkungsgrad ermöglicht.
• Die Erfindung besteht darin, daß als Strömungskupplungen zwei durch eine Fülleinrichtung zu füllende und durch verstellbare Schöpfrohre zu entleerende Kupplungen verwendet werden, deren Schöpfrohre in je einer neben dem eigentlichen Arbeitskreislauf auf gleichem Durchmesser wie diese liegenden und mit der Arbeitskammer ein kommunizierendes Gefäß bildenden umlaufenden Schöpfrohrkammer angeordnet sind, derart, daß die einstellbare radiale Lage der Eintrittsöffnung des Schöpfrohrs jeweils unmittelbar den Füllungsgrad der Schöpfrohrkammer und damit zugleich der Strömungskupplung bestimmt. Als Fülleinrichtung kann etwa eine Kreiselpumpe dienen, durch die das Betriebsöl über ein Steuerventil wechselweise der einen oder anderen Strömungskupplung zugeführt wird. Statt einer Pumpe kann aber auch ein Hochbehälter, ein Windkessel oder ein umlaufender Behälter Verwendung finden.
• Als besonders zweckmäßig hat sich die Steuerung der beiden Turbokupplungen durch einen einzigen Hebel erwiesen, der so mit der Fülleinrichtung bzw. einem Füllventil und den beiden Schöpfrohren gekuppelt ist, daß in seiner Mittellage die beiden Schöpfrohre mit ihren Schöpföffnungen am weitesten außen stehen (beide Kupplungen leer), währenb bei einer Bewegung des Steuerhebels in der einen oder anderen Richtung mit dem vollen Hub oder einem Teilhub das Schöpfrohr der zu füllenden Kupplung ganz oder teilweise nach innen - also auf kleineren Durchmesser - geschoben bzw. geschwenkt oder gedreht und gleichzeitig das Füllventil für die entsprechende Kupplung geöffnet wird.
• Der Steuerhebel wird etwa unter Zwischenschaltung von Drehriegeln (Malteserkreuzen) mit den Schöpfrohren gekuppelt, so daß bei einer Bewegung des Steuerhebels aus der Null-Stellung in der einen Richtung das Schöpfrohr für die Kupplung der anderen Richtung in seiner äußersten Stellung gesperrt bleibt.
• Die Füllventile,. das sind die Absperrventile in den Fülleitungen der beiden Strömungskupplungen, werden zweckmäßig als Kolbenventile ausgebildet und auf einem gemeinsamen Ventilstift angeordnet sowie in einem gemeinsamen Ventilgehäuse geführt.
• Es dient weiterhin dem Erfindungszweck, wenn die Ausführung so gewählt wird, daß bei einer raschen Bewegung des Steuerhebels auch die Füllung der einen bzw. anderen Kupplung rascher erfolgt als bei einer langsamen Betätigung. Dies wird dadurch erreicht, daß das Füllventil etwa aus zwei ineinander angeordneten Kolben gebildet wird, von denen der eine starr mit dem Steuerhebel gekuppelt ist und in seinen beiden Endstellungen eine Füllöffnung bestimmten Querschnitts für die eine bzw. andere Strömungskupplung freigibt. Der andere, eine zusätzliche Füllöffnung steuernde und durch Federn in seiner Ruhestellung gehaltene Kolben ist mit dem ersten kraftschlüssig gekuppelt, derart, daß er von diesem nur bei rascher Bewegung mitgenommen und dann erst allmählich durch die Feder zurückgedrängt wird, während er bei langsamer Betätigung des inneren Kolbens im wesentlichen in Ruhe bleibt. Hierzu kann eine Drosselöffnung in dem zur kraftschlüssigen Kupplung der beiden Kolben dienenden Druckraum mit Rückschlagventil verwendet werden. Zur Sicherung gegen Mitnahme des äußeren Kolbens bei der Zurückbewegung des inneren Ventilkolbens in die Mittelstellung sind Druckausgleichsöffnungen vorzusehen.
• Ein gemäß der Erfindung ausgebildetes Turbowendegetriebe ist für den Antrieb von Förderhaspeln besonders geeignet. Es gestattet durch die besondere Gestaltung eine genügend rasche Füllung und Entleerung des einen bzw. anderen Strömungskreislaufes. Dabei ist es ohne weiteres möglich, unmittelbar von der einen Auslagestellung des Steuerhebels über die Mittelstellung hinweg in die andere Endlage überzugehen, da die Entleerung mit Hilfe der neuen Einrichtung genügend rasch vor sich geht. Es ist dabei möglich, durch eine »Gegenbremsung« die Abtriebswelle schnell zur Ruhe zu bringen .und, falls erforderlich, auf die entgegengesetzte Richtung wieder zu beschleunigen. Um bei negativer Belastung und gleichzeitig geringer Füllung der für eine bestimmte Fahrtrichtung gerade eingeschalteten Strömungskupplung ein Überschreiten der Höchstgeschwindigkeit zu verhindern, wird zwischen der An- und Abtriebswelle der beiden Strömungskupplungen je eine Freilaufkupplung angeordnet, so daß der Abtrieb starr mit dem Motor gekuppelt wird,, sobald der Abtriebsteil der Strömungskupplung rascher zu laufen versucht als der Antriebsteil. Die Geschwindigkeit, bei welcher die starre Kupplung eintritt, liegt entsprechend dem normalen Schlupf der Strömungskupplung mit 2 bis 4% höher als die Höchstgeschwindigkeit bei normaler positiver Belastung.
• Im besonderen werden diese Freilaufkupplungen als durch Klinken gesteuerte Klauenkupplungen ausgebildet, bei welchen zwangläufig durch Hilfsklinken bei eintretendem Synchronismus die Klauenkupplungsmuffe auf einem steilgängigen Gewinde in der Einrückrichtung genau Zahn auf Lücke in den zweiten Klauenkranz eingeschoben wird. Sobald das über die Freilaufkupplung gehende Drehmoment seine Richtung umkehrt, rückt diese wieder aus.
• Die Erfindung ist in der Zeichnung in einem Ausführungsbeispiel dargestellt.
• Abb. I zeigt schematisch die grundsätzliche Anordnung des ganzen Wendegetriebes, Abb. 2 in größerem Maßstab einen Schnitt durch die Vorgelegewelle mit den Strömungskupplungen und den Freilaufkupplungen, Abb. 3 einen Querschnitt zur Darstellung der Schöpfrohrbetätigung und der Füllventilsteuerung. Nach Abb. I treibt die Antriebswelle I über ein Zahnradpaar 2 die Vorgelegewelle 3 ins Schnelle an. Auf der Vorgelegewelle sitzen die Pumpenräder 4 und 5 der beiden Strömungskupplungen I und II. Das Turbinenrad 6 der Kupplung I sitzt auf einer Hohlwelle 7, die über das Zahnradpaar 8 auf die zur Antriebswelle gleichachsige Abtriebswelle 9 treibt. In gleicher Weise sitzt das Turbinenrad Io der Strömungskupplung Il auf einer Hohlwelle II, die über ein weiteres Zahnradpaar mit Zwischenrad I2 ebenfalls auf die Abtriebswelle treibt.
• Wie aus Abb. 2 ersichtlich ist, ist zwischen der zentralen Pumpenradwelle 3 und den beiden Turbinenradhohlwellen 7 und II j e eine Synchronklauenkupplung I3 bzw. I4 angeordnet. Sie bestehen aus je einer auf einem Gewindestück der Welle 3 verschraubbaren Kupplungsmuffe I5 bzw. 16 mit Zahnkranz 17 bzw. 18 und Sperrklinke i9 bzw. 2o sowie einem Gegenzahnkranz 21 bzw. 22 in den Turbinenraähohlwellen 7 bzw. I I.
• Die beiden Strömungskupplungen weisen eine mit dem Pumpenrad verbundene Schöpfrohrkammer 23 bzw. 24 auf, die mit dem Kupplungsinneren durch ausreichend große Öffnungen in Verbindung stehen, so daß der Arbeitsraum der Kupplung mit der zugehörigen Schöpfrohrkammer ein kommunizierendes Gefäß bildet. In die Schöpfrohrkammern ragen die verschiebbar, gelagerten Schöpfrohre 25 bzw. 26 hinein, die, wie besonders aus Abb. 3 ersichtlich ist, mit je einer Zahnstange versehen sind. In diese Zahnstangen greifen Zahnkränze 27 bzw. 28 ein, die auf dem Gehäuseteil 29 bzw. 3o drehbar gelagert sind. Der gleiche Gehäuseteil dient zur Lagerung der benachbarten Laufräder 4 und 5.
• Die die Zahnkränze tragenden Scheiben sind mit Drehriegeln 31 bzw. 32 verbunden., die mit den Sperrhebeln 33 bzw. 34 zusammenarbeiten. Diese Sperrhebel sind an Kegelrädern 35 und 36 befestigt, von denen das eine starr auf der Welle 37 des Schalthebels 38 sitzt, während das andere, 35, vom ersten, 36, über ein Zwischenrad 39 in entgegengesetzter Richtung angetriebene Kegelrad frei drehbar auf der Schalthebelwelle sitzt.
• Ein auf der Antriebswelle aufgekeiltes Kegelrad 40 treibt die Füllpumpe 41 an.
• Zur Steuerung der Füllöffnungen dient, wie in Abb. 3 dargestellt, ein Kolbenventil 42 mit einem zentralen Ventilstift 43. An diesem sitzen zwei Kolbenventile 44 und 45 zur Steuerung der beiden Füllöffnungen 46 und 47, die in je einem zu dem inneren Kolbenventil konzentrischen äußeren Kolbenventil 48 bzw. 49 angeordnet sind. Die äußeren Kolbenventile 48 und 49 sind mit den inneren kraftschlüssig verbunden und stehen unter der Wirkung der Federn 5o und 51. Sie dienen mit ihrer Steuerkante 52 und 53 zur Steuerung der Einlaßöffnungen 54 bzw. 55 zu den beiden Strömungskupplungen I bzw. II. Die Ventilspindel 43 ist mit einer Zahnstange 56 versehen und wird über Zahnräder von einem auf der Steuerhebelwelle 37 sitzenden Ritzel 57 (siehe Abb. 2 und 3) angetrieben.
• In der gezeichneten Stellung gibt das Kolbenventil 45 die Leitung 47 frei und läßt das von der Füllpumpe und durch die Leitung 58 zuströmende Drucköl zu einer der beiden Strömungskupplungen gelangen.
• Bei einer raschen Bewegung des inneren Kolbenventils 45 in die gezeichnete Stellung wirkt das im Raum 59 enthaltene Öl als Druckpolster, so daß auch das äußere Kolbenventil mitgenommen und durch dessen Steuerkante 53 ein größerer Öffnungsquerschnitt freigegeben wird. Bei einer langsamen Bewegung des inneren Kolbenventils dagegen kann das im Raum 59 enthaltene Öl über einen Drosselschlitz 6o nach der anderen Seite des inneren Kolbenventils gelangen.
• Damit bei einer raschen Rückbewegung des inneren Kolbenventils in die Mittelstellung nicht auf der Gegenseite die gleiche Mitnahme des äußeren Kolbenventils bewirkt wird, ist dort eine Ausgleichsöffnung 61 und ein Rückschlagventil 62 vorgesehen. Dem gleichen Zweck dienen die Ausgleichsöffnung 63 und das Rückschlagventil 64.
• Das vorstehend beschriebene Turbowendegetriebe ist geeignet zum Antrieb durch einen Kurzschlußmotor. Der Elektromotor kann hierbei bei entleerten Kupplungen belastungslos hochfahren und im übrigen während des Manövrierens durchlaufen. Die Belastung des Elektromotors vollzieht sich im Betrieb ausschließlich in dem Bereich zwischen seiner Synchrondrehzahl und einer Drehzahl in der Nähe seines Kippmoments. Die Übertragungsfähigkeit der Turbokupplungen ist so bemessen, daß ein Herunterdrücken des Motors unter seine Kippdrehzahl unter allen Umständen ausgeschlossen ist. Hierbei ist es jedoch möglich, für das Anfahren vorübergehend den Motor bis auf sein Kippmoment zu belasten. Auf diese Weise wird erreicht, daß vom Anfahren bis zu voller Geschwindigkeit auf der Abtriebsseite der Motoranker stets mit hoher Drehzahl rotiert und daher eine ausreichende Kühlwirkung bei bereits stark verminderter Stromaufnahme besitzt, im Gegensatz zu direktem elektrischem Antrieb, wobei der Anker längere Zeit im Stillstand oder bei geringer Drehzahl von hohen Strömen bei ungenügender Kühlung durchflossen wird. - Bei negativer Belastung ist ohne weiteres Energierückgewinnung möglich.

Claims (18)

1. PATENTANSPRÜCHE: I. Hydromechanisches Wendegetriebe, insbesondere für Förderhaspelantrieb, mit je einer füll-und entleerbaren Strömungskupplung für jede Fahrtrichtung, von denen die eine unmittelbar oder über ein Zahnradpaar und die andere unter zusätzlicher Verwendung eines Umkehrzahnrades auf die Abtriebswelle treibt, dadurch gekennzeichnet, daß als Strömungskupplungen zwei mit einer Fülleinrichtung (41, 42) und verstellbaren Entleerschöpfrohren (25, 26) versehene Kupplungen (I und II) verwendet werden, deren Schöpfrohre in je einer neben dem eigentlichen Arbeitskreislauf auf gleichem Durchmesser wie diese liegenden und mit der Arbeitskammer ein kommunizierendes Gefäß bildenden, umlaufenden Schöpfrohrkammer (23 bzw. 24) angeordnet sind, derart, daß die einstellbare radiale Lage der Eintrittsöffnung des Schöpfrohres jeweils unmittelbar den Füllungsgrad der Schöpfrohrkammer und zugleich der Strömungskupplung bestimmt.
2. 2. Turbowendegetriebe nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Strömungskreisläufe (I und II) gleichachsig mit gemeinsamer Pumpenradwelle (3) angeordnet sind, die über ein Antriebsvorgelege (2) mit der Motorwelle (i) gekuppelt ist, während die Turbinenradwellen (7 bzw. i i) der beiden Strömungskupplungen als Hohlwellen ausgebildet sind und über entsprechende Zahnräder (8, 12) auf eine zur Antriebswelle gleichachsige Abtriebswelle (9) treiben.
3. 3. Turbowendegetriebe nach Anspruch i oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Steuerung der Füllung und Entleerung der beiden Strömungskupplungen (I und II) ein einziger Steuerhebel (38) vorgesehen ist,, der mit der Fülleinrichtung bzw. einem Füllventil (42) und den beiden Schöpfrohren (25, 26) derart gekuppelt ist, daß in seiner Mittellage die beiden Schöpfrohre mit ihren Schöpföffnungen am weitesten außen stehen, während bei einer Bewegung des Steuerhebels in der einen oder anderen Richtung das Schöpfrohr der einen bzw. anderen Kupplung ganz oder teilweise nach innen verschoben und gleichzeitig das Füllventil für die entsprechende Kupplung geöffnet wird.
4. 4. Turbowendegetriebe nach den Ansprüchen 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Strömungskupplungen (I, II) derart angeordnet sind, daß sie mit ihren Schöpfrohrkammern (23, 24) gegeneinander zeigen und daß die Steuereinrichtung (3I bis 36) zwischen den beiden Strömungskreisläufen angeordnet ist.
5. 5. Turbowendegetriebe nach einem oder mehreren der Ansprüche I bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerhebel (38) über Drehriegel (3I bis 34) mit den Schöpfrohren (25, 26) verbunden ist, derart, daß bei Betätigung des einen Schöpfrohres das andere in seiner Lage gesperrt wird, und umgekehrt.
6. 6. Turbowendegetriebe nach einem oder mehreren der Ansprüche I bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schöpfrohre (25 bzw. 26) in an sich bekannter Weise tangential zu den Getriebewellen verschiebbar angeordnet und mit einer Zahnstange versehen sind, in die ein mit dem Steuerhebel gekuppelter Zahnkranz (27 bzw. 28) eingreift.
7. 7. Turbowendegetriebe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Zahnkränze (27 bzw. 28) auf einem die Steuereinrichtung (3I bis 36) tragenden, zur Achse der Strömungskupplung konzentrischen Gehäuse (29,30) gelagert sind, in dem gleichzeitig die benachbarten Laufräder (4, 5) der Strömungskupplungen gelagert sind. B.
8. Turbowendegetriebe nach einem oder mehreren der Ansprüche I bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Welle (37) des Steuerhebels (38) ein Kegelrad (36) aufgekeilt und ein über ein Zwischenkegelrad (39) in entgegengesetzter Richtung angetriebenes zweites Kegelrad (35) drehbar gelagert ist und daß die beiden Kegelräder (35 und 36) die Sperrhebel (33, 34) tragen, die in die Drehriegel (3I bzw. 32) an den Zahnkränzen (27 bzw. 28) zur Betätigung der Schöpfrohre eingreifen.
9. 9. Turbowendegetriebe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den beiden Kegelrädern (35 und 36) auf der Welle des Schalthebels ein Ritzel (57) zur Betätigung des Füllventils (43) angeordnet ist. Io.
10. Turbowendegetriebe nach einem oder mehreren der Ansprüche I bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerhebel (38) mit der Fülleinrichtung (Füllventil 42) derart gekuppelt ist, daß bei einer raschen Betätigung des Steuerhebels eine schnellere Füllung bewirkt wird als bei langsamer Betätigung.
11. II. Turbowendegetriebe nach Anspruch Io, dadurch gekennzeichnet, daß das Füllventil jeder der beiden Strömungskupplungen aus einem formschlüssig mit dem Steuerhebel verbundenen Ventil (44 bzw. 45) und einem mit diesem kraftschlüssig verbundenen Ventil (48 bzw. 49) besteht.
12. I2. Turbowendegetriebe nach Anspruch Io oder i i, dadurch gekennzeichnet, daß das Füllventil (42) jeder Strömungskupplung aus je zwei ineinander angeordneten Kolben (44, 45 bzw. 48, 49) mit entsprechenden Steuerkanten gebildet wird, von denen der eine (44 bzw. 45) starr mit dem Steuerhebel (38) gekuppelt ist und in je einer Endstellung desselben eine Füllöffnung bestimmten Querschnitts (46 bzw. 47) für die eine bzw. andere Strömungskupplung freigibt, während der andere, eine zusätzliche Füllöffnung steuernde und durch Federn (5o, 5I) in seiner Ruhestellung gehaltene Kolben (48 bzw. 49) kraftschlüssig mit dem ersteren Kolben gekuppelt ist.
13. I3. Turbowendegetriebe nach Anspruch Io, II oder I2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden inneren Kolbenventile (44, 45) auf einer gemeinsamen Ventilstange (43) sitzen und daß ferner die beiden äußeren Kolbenventile (48 und 49) starr miteinander verbunden sind.
14. I4. Turbowendegetriebe nach den Ansprüchen I2 und I3, dadurch gekennzeichnet, daß im Druckraum (59) zwischen den beiden Kolbenventilen (45 und 49 bzw. 44 und 48) eine gedrosselte Auslaßöffnung (6o) angeordnet ist.
15. I5. Turbowendegetriebe nach Anspruch I4, gekennzeichnet durch Druckausgleichsöffnungen (6I bzw. 63) zur Sicherung gegen Mitnahme des äußeren Ventilkolbens (48 bzw. 49) beim Zurückbewegen des inneren Ventilkolbens in die Mittelstellung.
16. I6. Turbowendegetriebe nach einem oder mehreren der Ansprüche I bis I5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der An- und Abtriebsseite der beiden Strömungskupplungen (I und II) j e eine Freilaufkupplung (13 bzw. I4) angeordnet ist, derart, daß der Abtriebsteil nicht schneller als der Antriebsteil laufen kann.
17. I7. Turbowendegetriebe nach Anspruch I6, dadurch gekennzeichnet, daß die Freilaufkupplungen als Klauenfreilaufkupplungen (I3 bzw. 14) mit auf einem steilgängigen Gewinde verschiebbarer Kupplungsmuffe (15 bzw. 16) und Klinkenhilfsantrieb (i9 bzw. 2o) ausgebildet sind.
18. 18. Turbowendegetriebe nach einem oder mehreren der Ansprüche i bis 17 mit Kurzschlußläufermotorantrieb, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragungsfähigkeit der Strömungskupplungen (I, II) so bemessen ist, daß der Motor nur bis in die Nähe seiner Kippdrehzahl heruntergedrückt werden kann.