DE1143390B - Vorrichtung zur Ventilsteuerung eines durch ein Druckmittel, insbesondere Druckluft,angetriebenen, als mehrzylindrischer Kolbenmotor ausgebildeten Schaltwerkmotors - Google Patents

Description

• Vorrichtung zur Ventilsteuerung eines durch ein Druckmittel, insbesondere Druckluft, angetriebenen, als mehrzylindrischer Kolbenmotor ausgebildeten Schaltwerkmotors Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Ventilsteuerung eines durch ein Druckmittel, insbesondere Druckluft, angetriebenen, als mehrzylindriger Kolbenmotor ausgebildeten Schaltwerkmotors, der in beiden Drehrichtungen zu betreiben und auf den einzelnen Schaltstufen durch Beaufschlagung mindestens eines Kolbens mit dem Druckmittel stillzusetzen ist und bei dem eine Selbststeuerung der Ventile durch eine über ein Zwischengetriebe von der Kurbelwelle angetriebene Nockenwelle vorgesehen ist.
• Bei elektrischen Triebfahrzeugen verwendet man -insbesondere bei Hoch- und Niederspannungssteuerungen - Schaltwerkdruckluftmotoren, die zum Umschalten der Fahrstufen am Transformator dienen. Der Druckluftmotor ist dabei vielfach als Kolbenmotor mit drei oder vier Zylindern ausgebildet, deren Einlaß- und Auslaßventile durch eine vom handbetätigten Fahrschalter verstellbare Nockenwelle gesteuert werden. Die Ruhestellungen der Kurbelwelle des Druckluftmotors werden hierbei dadurch eindeutig bestimmt und festgehalten, daß ein oder zwei Zylinder mit Luft beaufschlagt werden und dauernd belastet bleiben, bis ein anderes Kommando kommt. Diesen Ruhestellungen sind die einzelnen Schaltstufen des Transformators zugeordnet. .
• Es ist bekannt, die Ventile direkt elektromagnetisch zu betätigen, wobei die Magnete von einer Schaltwalze her gesteuert werden. Wird diese Schaltwalze aber schneller bewegt, als sich der Druckluftmotor drehen kann, also z. B. über mehrere Schaltstellungen durchgerissen, stimmt der Erregungszustand der Magnete zu den Ventilen nicht mehr mit der Stellung der Kurbelwelle überein, so daß der Antrieb außer Tritt fällt und zum Stehen kommt. Bei anderen Druckluftantrieben, bei denen z. B. die geradlinige Bewegung eines durch Druckluft bewegten Kolbens über eine Zahnstange und ein Zahnrad in eine rotierende Bewegung umgewandelt wird, ist es auch bekannt, eine Verriegelung der Ventile gegen eine Umsteuerung von einer Laufstellung in die Ruhestellung bzw. auf Stellungen zwischen den einzelnen Schaltstufen vorzusehen. Diese Verriegelungen erfordern aber einen großen Aufwand an mechanischen und elektrischen Elementen und zwischen den letzteren zahlreiche Verbindungsleitungen.
• Will man bei einem Druckluftmotor eine Nockenwelle nach Art einer Verbrennungskraftmaschine unmittelbar über Stößel auf die Ventile einwirken lassen, um die dazwischengeschaltete Übertragung der Steuerbefehle mit störanfälligen Kontakten usw. einzusparen, so ergeben sich Schwierigkeiten daraus, daß die Um- ; steuerung eines Ventils stets in einem kleinen Winkelbereich der Kurbelwelle kontinuierlich über alle Zwischenstellungen von einer Endstellung in die andere erfolgt. Während dieser Umsteuerung ist der zugehörige Zylinder nicht eindeutig beaufschlagt.
• Wenn im Augenblick einer Umsteuerung der Befehl »Halt« gegeben wird, kann der Druckluftmotor in einer undefinierbaren Kurbelwellenstellung, und ohne festgehalten zu werden, stehenbleiben. Aus diesem Grunde hat man bisher auf diese an sich einfache und wenig störanfällige Anordnung verzichten müssen.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen durch Druckluft angetriebenen Schaltwerkmotor, der nach Art eines selbststeuernden Verbrennungsmotors ausgebildet ist, so einzurichten, daß er auf einen Halt-Befehl eine genau definierte Kurbelwellenstellung einnimmt und in dieser verriegelt wird.
• Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß das Zwischengetriebe durch ein gestützes Zwischenglied in der Weise verstellbar ist, daß für jede Laufstellung und die Ruhestellung eine feste Winkelbeziehung zwischen der Kurbelwelle und der Nockenwelle wahlweise einstellbar ist, daß aber das Zwischenglied gegen die Einstellung der Ruhestellung zwischen den einzelnen Schaltstufen verriegelt ist.
• In vorteilhafter weiterer Ausgestaltung des Gegenstandes der Erfindung wird als verstellbares Zwischengetriebe ein Planetenschaltgetriebe verwendet, wobei das Außenrad mit der Kurbelwelle verbunden ist und einen Zahnkranz trägt, in den in der Ruhestellung ein mechanischer Riegel eingreift. Weiter kann die Umsteuereinrichtung des Motors entweder durch ein ferngesteuertes Antriebsmittel, das aus druckmittelbetätigten Arbeitskolben bestehen kann, oder durch Elektromagnete betätigt werden. Dabei werden zur Verriegelung der Elektromagnete entweder eine mit der Kurbelwelle gekoppelte Schalteranordnung oder zu gleichstromerregten Elektromagneten in Sperr-Richtung geschaltete Gleichrichter verwendet.
• Die Zeichnungen stellen Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung dar. Es zeigt Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Schaltwerksmotor, Fig. 2 eine Verriegelungseinrichtung mit elektrischen Mitteln, Fig.3 und 4 eine mechanische Verriegelungseinrichtung.
• Fig. 1 zeigt eine Gesamtübersicht über einen Schaltwerk-Druckluftmotor mit vier Zylindern 1, 2, 3, 4. Die Kolbenstangen 5, 6, 7, 8 der Zylinder 1 bis 4 sind an einer Kurbelwelle 9 jeweils um 90° gegeneinander im Kurbelwellenwinkel versetzt angelenkt. Die Zylinder 1 bis 4 sind über Ventile 14, 15, 16, 17 an eine Druckluftleitung 12 und einen Auspuff 13 angeschlossen. Die jeweils mit einer Gegenfeder 18 ausgerüsteten Ventile 14 bis 17 werden von einer Nockenwelle 10 gesteuert. Die Nockenwelle 10 wird von der Kurbelwelle 9 gleichlaufend angetrieben, jedoch ist die Beziehung der Winkeleinstellungen von Nockenwelle und Kurbelwelle an einem zwischengeschalteten Planetengetriebe 11, vorzugsweise nur auf fest vorgegebene Werte für »Vor«, »Halt« und »Zurück« einstellbar.
• Das Planetengetriebe 11 wird über ein starr an die Kurbelwelle 9 angeschlossenes Zahnrad 26 an seinem Außenrad 19 angetrieben, an dessen Innenverzahnung die mechanische Antriebsleistung über die beiden Planetenräder 21 auf das starr auf der Nockenwelle 10 befestigte Sonnenrad 20 übergeht. Die beiden zur Verstellung der Planetenräder 21 dienenden Schaltstangen 22 sind auf einem Rad 23 befestigt, das durch eine nicht gezeigte Feder in seiner Ruhelage festgehalten wird. Durch Verdrehung des Rades 23 kann also die Winkelbeziehung zwischen der Kurbelwelle 9 und der Nockenwelle 10 verändert werden. Beim Kommando »Vor« wird ein Elektromagnet 24 erregt, der eine bestimmte Verdrehung des Rades 23 nach der einen Seite bewirkt, beim Kommando »Zurück« wird ein anderer Elektromagnet 25 erregt, der eine gleich große Verdrehung des Rades 23 nach der anderen Seite bewirkt. Beim Kommando »Halt« sind beide Elektromagnete 24, 25 entregt, und die nicht gezeigte Feder stellt das Rad 23 in die Mittellage, entsprechend der Ruhestellung.
• An Stelle der nicht gezeigten Feder kann auch jeder andere geeignete Energiespeicher verwendet werden, ebenso könnten an Stelle der beiden Elektromagnete 24, 25 für die beiden Laufstellungen ein bzw. zwei druckmittelbetätigte Arbeitskolben oder andere Stellorgane vorgesehen sein. Die erfindungsgemäße Verriegelung erfolgt zweckmäßig rein mechanisch im Getriebe 11.
• Fig. 2 zeigt das Beispiel einer elektrischen Verriegelung. Die Anordnung ist dabei dieselbe wie in Fig. 1, und dieselben Teile sind mit denselben Bezugszeichen versehen.
• Die Elektromagnetspulen 24, 25 für die beiden Laufstellungen sind wahlweise von einer Spannungsquelle +- erregbar, wenn zugehörige Einschalter 27 bzw. 28 geschlossen werden. Parallel zum Einschaltkontakt 27 liegen zwei in Reihe geschaltete Kontakte 29. 33, ebenso parallel zum Einschaltkontakt 28 zwei in Reihe liegende Kontakte 30, 34. Die Kontakte 29, 30 sind geschlossen, wenn der jeweils zugehörige Elektromagnet erregt ist. und die Kontakte 33, 34 werden durch eine umlaufende Nockenscheibe 32 geschlossen, die mit dem von der Kurbelwelle angetriebenen Zahnrad 26 auf einer Achse 31 sitzt, d. h. mit der Kurbelwelle starr gekoppelt ist. Die Nocken auf der Nockenscheibe 32 sind derart angeordnet, daß bei gegen das Ausschalten zu verriegelnden Lagen der Kurbelwelle die Kontakte 33, 34 geschlossen werden.
• Wird der Elektromagnet 24 beim Kommando »Vor« durch Schließen des Schalters 27 erregt, so schließt er den Kontakt 29. Wird zu gegebener Zeit der Schalter 27 wieder geöffnet, so bleibt der Magnet 24 über den Kontakt 33 erregt und läßt den Druckluftmotor weiterlaufen, wenn gerade eine zu verriegelnde Einstellung gegeben ist. Ist der Kontakt 33 offen, geht der Druckluftmotor in die Ruhestellung. Beim Kommando »Zurück« verläuft alles genau entsprechend über den Magnet 25 und den Schalter 28.
• Bei gleichstromerregten Elektromagneten 24, 25 kann man die Verriegelung durch Kontakte 29, 30, 33, 34 und Nockenscheibe 32 ersetzen, indem man unmittelbar parallel zu jedem der Magnete 24, 25 einen Gleichrichter in Sperr-Richtung schaltet. Der Magnet 24 verbleibt dann nach dem Öffnen des Schalters 26 in den zu verriegelnden Stellungen, während sich beim Überfahren von Nocken die Beanspruchungskräfte am Planetengetriebe beim Umlauf ändern. Er reißt zuverlässig in den nicht zu verriegelnden Stellungen ab, wodurch sich die Ruhelage des Druckluftmotors eindeutig bestimmt einstellt.
• Eine mechanische Verriegelung zeigt Fig.3. Hier wird das Rad 23, das die Schaltstangen 22 trägt, nicht unmittelbar von den Elektromagneten 24. 25. sondern über ein Zahnrad 35 auf einer Achse 36 angetrieben. Die Achse 36 trägt an ihrem verlängerten Ende einen Hebel 37, an dessen anderem Ende ein zylindrischer Körper 38 befestigt ist. der in einen Zahnkranz 39 mit rechteckigen Zähnen 40 und Lücken 41 eingreift. Der Zahnkranz 39 ist starr auf dem Außenrad 19 des Planetengetriebes angebracht. Bei der regulären Stellung »Halt« befindet sich der Körper 38 in einer Lücke 41 des Zahnkranzes 39. Beim Kommando »Vor« wird der Körper 38 in das Innere des Zahnkranzes 39 geschwenkt, weil sich die Achse 35 ein Stück dreht, und der Zahnkranz 39 kann sich beliebig drehen, ohne Einfluß auf den Körper 38 zu nehmen. Kommt das Kommando »Halt«, so sucht die nicht gezeigte Feder die Achse 36 wieder in die Ausgangswinkellage zu drehen. Das wird aber bei den zu verriegelnden Stellungen verhindert, weil dort der Körper 38 auf einen Zahn 40 trifft, der eine Weiterbewegung hindert und dadurch den Druckluftmotor in der Laufstellung läßt, bis der Körper 38 bei der Weiterdrehung des Zahnkranzes 39 in eine freie Lücke hineingleitet, wobei sich der Druckluftmotor in einer gegen das Kommando »Halt« nicht zu verriegelnden Stellung befindet. Beim Kommando »Zurück« wird der Körper 38 nach außen aus dem Zahnkranz 39 herausgeschwenkt, und alle Vorgänge verlaufen analog.
• Fig. 4 zeigt noch einmal die Verriegelung am Planetengetriebe nach Fig. 3 in axialer Ansicht. Die Stellung »Halt« des Hebels 37 mit dem zylindrischen Körper 38 sind ausgezogen und die beiden Laufstellungen gestrichelt gezeichnet. Der Hebel 37 kann nur diese drei stabilen Lagen und dabei die Stellung »Halte nur einnehmen, wenn eine Lücke 41 an dem Zahnkranz 39 dafür frei ist.

Claims (7)

1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Vorrichtung zur Ventilsteuerung eines durch ein Druckmittel, insbesondere Druckluft, angetriebenen, als mehrzylindriger Kolbenmotor ausgebildeten Schaltwerkmotors, der in beiden Drehrichtungen zu betreiben und auf den einzelnen Schaltstufen durch Beaufschlagung mindestens eines Kolbens mit dem Druckmittel stillzusetzen ist und bei dem eine Selbststeuerung der Ventile durch eine über ein Zwischengetriebe von der Kurbelwelle angetriebene Nockenwelle vorgesehen ist, insbesondere für elektrische Triebfahrzeuge, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischengetriebe durch ein gestütztes Zwischenglied in der Weise verstellbar ist, daß für jede Laufstellung und die Ruhestellung eine feste Winkelbeziehung zwischen der Kurbelwelle und der Nockenwelle wahlweise einstellbar, daß aber das Zwischenglied gegen die Einstellung der Ruhestellung zwischen den einzelnen Schaltstufen verriegelt ist.
2. 2. Vorrichtung zur Ventilsteuerung eines Schaltwerkmotors nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als verstellbares Getriebe ein aus einem Sonnenrad, einem Steg mit Planetenrädern und einem innenverzahnten Außenrad bestehendes Planetenschaltgetriebe dient, von dessen drei Wellen je eine mit der Kurbelwelle des Motors, der die Ventile betätigenden Nockenwelle bzw. der Stehachse der Umsteuervorrichtung für die Drehrichtung bzw. die Ruhestellung starr gekuppelt ist.
3. 3. Vorrichtung zur Ventilsteuerung eines Schaltwerkmotors nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Sonnenrad (20) des Planetengetriebes (11) mit der Nockenwelle (10), die Schaltstangen (22) mit der Stelleinrichtung (23, 24, 25) für die drei Steuerstellungen und das Außenrad (19) des Planetengetriebes (11) mit der Kurbelwelle (9) starr verbunden sind und das Außenrad (19) einen Zahnkranz (39) trägt, in den in der Ruhestellung ein starr mit der Stellvorrichtung (23, 24, 25) verbundener Hebel (37, 38) eingreift, wobei die Zähne des Kranzes (39) in den zu verriegelnden Lagen das Eingreifen und damit das Zurückgehen der Stellvorrichtung (23, 24, 25) in die Ruhestellung verhindert.
4. 4. Vorrichtung zur Ventilsteuerung eines Schaltwerkmotors nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß an der durch einen Energiespeicher, vorzugsweise durch eine Feder, in der Ruhestellung gehaltenen Stehachse der Umsteuervorrichtung ein ferngesteuertes Antriebsmittel für die Einstellung der beiden Laufstellungen durch Auslenkung der Stellachse der Steuervorrichtung um einen vorgegebenen Winkel aus der Ruhestellung vorgesehen ist.
5. 5. Vorrichtung zur Ventilsteuerung eines Schaltwerkmotors nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das ferngesteuerte Antriebsmittel aus je einem Elektromagnet für jede Laufstellung besteht.
6. 6. Vorrichtung zur Ventilsteuerung eines Schaltwerkmotors nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine mit der Kurbelwelle gekoppelte Schalteranordnung vorgesehen ist, die einen eingeschalteten Elektromagnet in den zu verriegelnden Stellungen unter Strom hält.
7. 7. Vorrichtung zur Ventilsteuerung eines Schaltwerkmotors nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Verriegelung durch je einen unmittelbar parallel zu den gleichstromerregten Elektromagneten in Sperrichtung geschalteten Gleichrichter gegeben ist. B. Vorrichtung zur Ventilsteuerung eines Schaltwerkmotors nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das ferngesteuerte Antriebsmittel aus einem oder zwei druckmittelgesteuerten Arbeitskolben besteht. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 462 410, 480 576, 765856-, schweizerische Patentschrift Nr. 147 992.