Steuerungseinrichtung für ein durch ein Handstellglied regelbares Getriebe. Die Erfindung bezieht sich auf eine Steue rungseinrichtung für ein durch ein Hand stellglied regelbares Getriebe, beispielsweise ein Flüssigkeitsgetriebe.
Derartige Getriebe dienen dem Zweck, die an ihrer Abtriebswelle angeschlossenen Ein richtungen, z. B. Arbeitsmaschinen, Hub werke, Fahrzeugantriebe oder dergleichen, mit einer durch das Handstellglied willkür lich zu bestimmenden Geschwindigkeit anzu treiben. Es ist dabei erwünscht, dass jeder Stellung des Handstellgliedes genau oder annähernd eine bestimmte Dauerdrehzahl der Abtriebswelle des Getriebes zugeordnet ist. Mangels besonderer Vorkehrungen lässt sich das aber nicht erreichen, wenn die Geschwin digkeit, mit der die Antriebswelle des Ge triebes umläuft, irgendwelchen Schwankun gen unterliegt, etwa infolge der Abhängigkeit des Antriebsmotors von der Belastung oder aus andern Gründen.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es nun, auch in solchen Fällen zu ermög lichen, dass das Handstellglied in jeder Stel- lung wenigstens annähernd eine bestimmte Dauer-Abtriebsdrehzahl des Getriebes fest legt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass zur Änderung des Über setzungsverhältnisses zwischen dem Hand stellglied und dem Getrieberegelglied Mittel mit einem geschwindigkeitsabhängigen Gerät vorgesehen sind, um die Geschwindigkeits schwankungen der Antriebswelle auszuglei chen und dadurch die Abtriebswelle hinsicht lich ihrer Dauergeschwindigkeit von diesen Schwankungen wenigstens angenähert un abhängig zu machen.
An sich ist es möglich, die Mittel zur Änderung des Übersetzungsverhältnisses von Hand, etwa nach Massgabe der Anzeige eines Messgerätes für die Antriebsdrehzahl des Ge triebes einzustellen. Vorzugsweise sind diese Mittel jedoch mit einem von der Antriebs drehzahl abhängigen Gerät verbunden, so dass sie von diesem selbsttätig eingestellt werden.
Das zuletzt genannte Gerät kann auf Fliehkraftwirkung beruhen. Vorzugsweise jedoch ist es durch den Flüssigkeitsdruck einer Hilfspumpe verstellbar, die mit der Antriebswelle des Getriebes gekuppelt ist und ausserdem zur Schmierung oder Betätigung anderer Steuerglieder dienen kann.
Für die Ausgestaltung der Mittel zur Änderung des Übersetzungsverhältnisses zwi schen dem Handstellglied und dem Getriebe regelglied gibt es verschiedene Möglichkeiten. So kann das zwischen dem Handstellglied und dem Getrieberegelglied eingeschaltete Gestänge mindestens einen Hebelarm verän derlicher wirksamer Länge aufweisen. Vor zugsweise ist dann das die wirksame Länge dieses Hebelarmes bestimmende verstellbare Glied z. B. mit. dem erwähnten, von der An triebsdrehzahl des Getriebes abhängigen Ge rät verbunden.
Bei einer andern Ausführunsform be stehen die Mittel zur Änderung' des Über setzungsverhältnisses zwischen Handstellglied und Getrieberegelglied aus einer schwenk baren Gleitführung von veränderlicher Nei gung, die ihre jeweilige Winkeleinstellung z. B. durch das genannte, von der Antriebs drehzahl des Getriebes abhängigen Gerät erfährt.
In der beiliegenden Zeichnung sind meh rere bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung wiedergegeben. In ihnen zeigt Fig. 1 in schematischer Darstellung das Handstellglied, das Getrieberegelglied und die Mittel zur Änderung ihres gegenseitigen Übersetzungsverhältnisses gemäss einer ersten Ausführungsform, Fig. \? in Seitenansicht die konstruktive Ausgestaltung, wobei auch ein von der An triebsdrehzahl abhängiges Gerät im Schnitt abgebildet ist, Fig. 3 die Seitenansicht einer andern Aus führungsform, Fig. 4 den dazugehörigen Schnitt nach der Linie 4-4 der Fig. 3, Fig. 5 einen Teilgrundriss der in den Fig. 3 und 4 gezeigten Einrichtung, teilweise im Schnitt nach der Linie 5-5 der Fig. 3 und Fig. 6 eine weitere Ausführungsform der Erfindung.
Das Übersetzungsverhältnis eines nicht näher gezeigten Getriebes ist bei der Aus führungsform nach Fig. 1 und ? durch Dre hung einer Welle 10 stetig regelbar. Die An- triebswelle dieses Getriebes ist mit einem Mo tor gekuppelt, dessen Drehzahl erheblichen Schwankungen in Abhängigkeit voll der Be lastung unterliegt.
Die Abtriebsdrehzahl des Getriebes soll durch einen Handhebel 11 will- kürlich einstellbar sein. und zwar in. der Weise, dass zu jeder Stellung des Hebels<B>11</B> eine ganz bestimmte, keinen merklichen Schwankungen unterliegende Dauergeschwin digkeit der Abtriebswelle gehört. Um das zu erreichen, ist folgende Anordnung getroffen: Zwischen den Hebel 11 und die Welle 1.0 ist ein Gestänge eingeschaltet, das mindestens einen Hebelarm veränderlicher Länge auf weist. Zu dieseln Zweck trägt die Welle 10 im vorliegenden Falle einen auf ihr verstif- teten Bloch 1?, in (lern zwei zueinander par allele Stangen 13 befestigt sind.
Auf diesen Gleiten Hülsen 14. die durch einen Querzap fen 15 miteinander verbunden sind. Auf dem Querzapfen ist drehbar ein Stein 16 gelagert, der in einer Kulisse 17 verschiebbar ist. Diese Kulisse ist an der Welle 18 des Bandhebels 11 befestigt. Wird die Kulisse durch den Handhebel uni die Achse der Welle 18 in der einen Drehrichtung geschwenkt, so erfahren die Stangen 1,3 eitle Verschwenkung um die ,1chse der Welle 10 in der entgegengesetzten Drehrichtung.
Das Übersetzungsverhältnis zwischen dem Handlieber 11 und der Welle 10 wird dabei von dem Abstand des Zapfens 1.5 v an der Welle 10 bestimmt.
In der senkrechten. durch die Wellen 10 und 18 verlaufenden Ebene ist nun ein Zap fen 19 gleitend geführt und durch ein Gerät verstellbar, das von der Geschwindigkeit des Motors bezw. der Ant'riebsdrelizahl abhängig ist. Dieser Zapfen 19 ist mit dem Zapfen 15 durch eine Stange '?0 verbunden. Steigt die Ceschwindigkei.t des Motors, dann wird da durch der Zapfen 19 angehoben, etwa, bis zur Stellung 19'.
Wie Fig. 1 zeigt, hat das die Wirkung, dass, wenn der Hebel 11 aus seiner senkrechten Ruhelage um den Winkel a ausgeschwenkt wird, die Welle 10 nur eine Drehung um den kleineren Winkel ss erfährt, während sie bei der geringeren Geschwindig keit des Antriebsmotors um den grösseren Winkel y gedreht wurde.
Die Abmessungen der Teile sind so ge wählt, dass durch den Unterschied der Win kel ss und y eine solche Verstellung des Ge triebes herbeigeführt wird, wie es zum Aus gleich der Schwankungen der Motorgeschwin digkeit erforderlich ist. Die Abtriebswelle des Getriebes läuft daher mit einer Geschwin digkeit um, die im wesentlichen nur durch den Winkel a beeinflusst wird, nicht aber durch Schwankungen der Motorgeschwindig keit.
Im vorliegenden Fall besitzt das ge schwindigkeitsabhängige Gerät einen Kolben 21, dessen Stange 22 durch den Deckel des Zylinders 23 hindurchgeführt und durch ein Querhaupt 25 mit dem Zapfen 19 verbunden ist. Unten in den Zylinder mündet eine Rohr leitung 24, die an eine Hilfspumpe, z. B. Zahnradpumpe, angeschlossen ist und einen gedrosselten Auslass besitzt. Die Pumpe ist mit der Antriebswelle des Getriebes gekup pelt. Sie erzeugt daher in der Leitung 24 einen Druck, der von der Antriebsgeschwin digkeit abhängt. Die Höhe dieses Druckes wird durch den Kolben 21 gemessen, da die ser durch eine Feder 26 herabgedrückt wird. Die Pumpe kann gleichzeitig dazu dienen, das Getriebe oder auch andere Einrichtungen zu schmieren und beliebige andere Steuer glieder zu betätigen.
Wenn das Übersetzungsverhältnis des durch die Welle 10 gesteuerten Getriebes sich proportional mit dem Winkel y ändert, dann müsste streng genommen das Verhältnis a : y proportional der Drehzahl der Antriebs welle geändert werden. Um das zu erreichen, muss vor allem die Charakteristik der Feder 26 dem nichtlinearen Druckanstieg durch Drosselung in Abhängigkeit von der Förder menge der Zahnradpumpe angeglichen wer- den, wobei der Schlupf der Zahnradpumpe zu berücksichtigen ist. Im allgemeinen wird es genügen, zwei ineinanderliegende Schrauben federn zu benutzen, die verschieden stark vorgespannt sind und bei denen die Summe der Federkräfte angenähert dem paraboli schen Druckanstieg entspricht.
Die durch die Hebelanordnung bedingten Abweichungen von der linearen Verstellung können durch geeignete Wahl der Hebelabmessungen ge nügend klein gehalten werden. Verwendet man als geschwindigkeitsabhängiges Gerät an Stelle der Druckflüssigkeitsvorrichtung 21, 22, 23, 26 einen Fliehkraftregler, so wird dessen Stellgestänge mit dem Querhaupt 25 verbunden. Sofern die Reglerkennlinie nicht annähernd linear ist, müssen in das Gestänge entsprechende Kurven, Nocken oder Lenker eingeschaltet werden.
Bei der in den Fig. 3 bis 5 dargestellten Ausführungsform besteht das Getrieberegel glied aus einem in Richtung der Achse der Welle 27 verschiebbar geführten Teil 28. An diesem Teil ist die in der Richtung ihrer Achse gleitende Welle 27 angeschlossen, an welcher der Handstellhebel 30 befestigt ist. Die Welle 2,7 trägt einen Arm 31 mit einem kugeligen Kopf 32, der in eine Gleitführung in Gestalt einer U-förmig profilierten Schiene 33 hineinragt. Diese ist mittels einer die Welle 27 rechtwinklig schneidenden Achse 34 drehbar im Traggestell der Vorrichtung gelagert und mit einem Stellarm 35 verbun den, an welchem das Geschwindigkeitsmess- gerät 36 angreift.
Die Gleitführung 3,3 kreuzt die Welle 27 in einem Winkel ö, dessen Grösse durch das Messgerät 36 bestimmt wird. Von der Grösse dieses Winkels hängt es aber ab, welche Verschiebung der Teil 28 erfährt, wenn der Handhebel 30 um den Winkel a verschwenkt wird. Jeder Antriebsdrehzahl des Getriebes ist ein bestimmter Winkel 8 zu geordnet. Je grösser dieser Winkel ist, um so grösser ist die Verstellung des Getriebes bei einem bestimmten Ausschlag a des Handstell gliedes 30.
Die Abmessungen sind so gewählt, dass durch die Änderungen des Winkels d der Einfluss ausgeglichen wird, den Schwankun- gen der Motorgeschwindigkeit auf die Ab triebsdrehzahl des Getriebes haben könnten.
Beide beschriebenen Ausführungsformen eignen sich für solche Getriebe, deren Ab triebswelle in der Mittellage des Handhebels, bei der a = 0, ist, keine Drehung erfährt und in der einen oder der andern Richtung umläuft, je nachdem ob der Handhebel in der einen oder der andern Richtung verschwenkt wird. Solche Getriebe sind beispielsweise Flüssigkeits getriebe, deren Pumpenteil durch die Nullage hindurch gegenläufig verstellbar ist. Die Er findung ist aber auf derartige Regelgetriebe nicht beschränkt, sondern ebensogut auf be liebige andere, stetig oder annähernd stet-;, regelbare Getriebe anwendbar.
Die Erfindung kann in mannigfacher Weise abgeändert werden. So ist es z. B. mög lich, die Anordnung zu einem geschlossenen Regelkreis auszugestalten. In diesem Falle misst ein Fühlglied die Abtriebsgeschwindig keit und vergleicht diese mit dem durch den Handhebel eingestellten Sollwert. Je nach der Grösse der dabei festgestellten Abweichung -wird eine Hilfskraft wirksam, die den Zap fen 19 (Feg. 1, ?) oder den Arm 35 (Feg. 4, 5) verstellt. Diese Verstellung bewirkt dann das Verschwinden der festgestellten Abweichung. Dieser Regelkreis kann dabei mit Stellungs zuordnung oder Geschwindigkeitszuordnung arbeiten.
Ein derartiges Ausführungsbeispiel ist in Fig. 6 veranschaulicht. Die Antriebswelle 40 des Getriebes 41 wird durch einen Motor 42 angetrieben, während die Abtriebswelle -1.3 zum Antrieb einer nicht näher dargestellten Arbeitsmaschine dient. Das Übersetzungs verhältnis zwischen den Wellen 40 und .13 ist durch eine in ihrer Längsrichtung verschiebbare Stehstange 44 veränderlich. Nimmt diese ihre dargestellte Ausgangslage ein, so steht die Abtriebswelle 43 still, wäh rend der Motor 42 mit normaler Geschwindig keit läuft. Geht die Stange 4.1 herab, so läuft die Welle 43 in der einen Richtung, geht sie aufwärts, in der andern Richtung um.
Die Abtriebsgeschwindigkeit beeinflusst ein Gerät 45. Dieses enthält eine Zahnrad- pumpe 46, die von der Welle 43 aus durch Schraubenräder 47 angetrieben wird und deren Leitungen 48, 49 an die beiden Enden eines Zylinders 50 angeschlossen sind, in wel chem ein Kolben von Federn 51 nachgiebig zentriert wird. Die Kolbenstange 52 über trägt ihre Bewegung auf ein später zu er läuterndes Gestänge.
Die beiden Leitungen 48 und 49 sind durch eine Umgehungsleitung 53 mit einem Drosselventil 54 miteinander verbunden. Die Pumpe 46 sucht die Flüssig keit aus dem einen ins andere Ende des Zy linders zu fördern, wobei es von der Dreh richtung der Welle 43 abhängt, an welchem Ende des Zylinders sie Überdruck erzeugt. Die Kolbenstange 52 verschiebt sich dann so zweit, bis sie in eine Gleichgewichtslage ge langt, in der die Federn 51 dein Druckunter schied die Waage halten.
In diesem Gleich gewichtszustand fliesst der geförderte Öl strom durch die Leitung 53 und das Drossel ventil 54, so dass die Kolbenstange 52 in ihr verharrt.
Der Sollwert der jeweiligen Geschwindig- heit der Abtriebswelle 43 wird durch einen Handhebel 55 eingestellt, der uni eine orts feste Achse schwenkbar und mit einem ver zahnten Sektor 56 verbunden ist. Dieser kämmt mit einer in ihrer Längsrichtung glei tend geführten Zahnstange 57. Parallel zu dieser Zahustange erstreckt sich eine zweite Zahnstange 58, die durch ein Querhaupt 59 mit der Kolbenstange 52 verbunden ist. Mit beiden Zahnstangen kämmt ein Zahnrad 60, das in einer Gabel 61 einer parallel zu den beiden Zahnstangen verschiebbar geführten Schieberstange 62 gelagert ist.
Diese Schie berstange geht durch ein Schiebergehäuse 63 hindurch, das mit dem Schieber 62 zusammen dem Ziereck dient, eine Zahnradhilfspumpe 64 ü-ecliselseitig an das eine oder andere Ende eines Zylinders 65 anzuschliessen. Der Kolben 66 dieses Zylinders ist auf der Stellstange 44 befestigt und dient dem Zweck, jeweils das jenige Übersetzungsverhältnis des Getriebes 41. einzustellen, das bei Schwankungen der Drehzahl des Motors 42 erforderlich ist, um die Drehzahl der Welle 48 wenigstens ange nähert unverändert aufrechtzuerhalten.
Die Pumpe 64 wird entweder durch einen besonderen Motor- oder vom Motor 42 aus ständig angetrieben. Im letzteren Falle kann ihre Welle 68 durch irgendein Zwischen getriebe mit der Welle 40 verbunden sein. Die Pumpe 64 ist mit einem unter Feder spannung stehenden Überlaufventil versehen, so dass sie einen unveränderlichen Überdruck liefert.
Zunächst sei angenommen, dass die später zu erläuternde, durch Pfeil 67 angedeutete Rückführung nicht vorhanden sei. Dann ist die Wirkungsweise folgende: Es sei angenommen, dass der Handhebel 55 um drei Teilstriche nach rechts ver- schwenkt wird. Die Zahnstange 57 wird da durch nach links verschoben und wälzt das Zahnrad 60 auf der zunächst noch still stehenden Zahnstange 58 nach links ab. Der Steuerschieber 62 wandert ebenfalls nach links, bis sein Stellring 70 am Schieber gehäuse 63 anstösst. Alsdann führt die wei tere Verschwenkung des Handhebels 55 dazu, dass die Zahnstange 58 mit der Kolbenstange 52 nach rechts verschoben wird und die eine Feder 51 unter Vorspannung setzt.
Die Druckleitung der Pumpe 64 steht nun in Verbindung mit der Leitung 71, während die Leitung 72 mit der Auslassleitung 72 ver bunden ist. Infolgedessen wandert der Kol ben 66 herab und verstellt das Getriebe 41 so, dass die 'Welle 43 in der Richtung des Pfeils 73 zu laufen beginnt. Die Pumpe 46 beginnt daher zu fördern, und zwar durch die Leitung 48 in das linke Ende des Zylinders 50. Die Verstellung des Getriebes 41 setzt sich so lange fort, bis die dadurch beschleunigte Welle 43 schliesslich eine Geschwindigkeit erreicht, bei welcher der im linken Ende des Zylinders 50, entstehende Überdruck die Kol benstange 52 mit der Zahnstange 58 nach rechts wandern lässt.
Hierbei wälzt sich das Zahnrad 60 an der stillstehenden Zahnstange 5 7 ab und bringt den Schieber 62 wieder in die gezeigte Mittellage, in der die Leitungen 71 und 72, verschlossen sind und der Kolben 66 still steht. Jeder Stellung der Zahnstange 5± entspricht daher eine bestimmte Geschwin digkeit der Welle 43, und die Verstellung der Stange 58 vom Gerät 45 aus läuft auf eine Veränderung des Übersetzungsverhältnisses zwischen den Teilen 55 und 44 in Abhängig keit von der Antriebsdrehzahl hinaus.
Wenn die Welle 43 schwere Massen an treibt, deren Beschleunigung erhebliche Zeit erfordert, dann neigt der beschriebene Regler zu Pendelerscheinungen, wenn nicht beson dere Vorkehrungen- gegen diese getroffen werden. Bevor nämlich die Istgeschwindig keit der Welle 43 die durch den Hebel 55 gegebene Sollgeschwindigkeit erreicht, ge langt der Kolben 66 in seine eine äusserste Grenzlage und stellt das Getriebe 41 so ein, dass der Motor 42 die grösstmögliche Bela stung erfährt und daher die angetriebene Ein richtung mit dem äussersten Mass beschleu nigt. Erreicht dann die Istgeschwindigkeit den Sollwert, so setzt sich die Beschleunigung zunächst fort, weil das Stellglied 44 dis äusserste Grenzlage einnimmt.
Es tritt dann eine weitere Verschiebung des Schiebers 62 über seine dargestellte Abschlusslage hinaus ein, wodurch dann der Kolben 66 wieder zurückgeführt wird. Der Kolben 66 wird dann wieder über diejenige Lage hinausschie ssen, die der gewünschten Getriebeeinstellung entsprechen würde und dauernd hin und her pendeln. Um das zu verhindern, stehen ver schiedene in der Reglertechnik bekannte Mass nahmen zur Verfügung. So kann man durch entsprechend geringe Bemessung der Förder menge der Pumpe 64 im Verhältnis zur Grösse des Kolbens 66 dafür sorgen, dass die Kolben stange 44 nur eine sehr langsame Verstellung erfährt.
Eine andere Möglichkeit besteht in der Anordnung einer Rückführung, durch welche jedem Regelunterschied, d. h. jeder Stellung des Schiebers 62, eine bestimmte Lage des Kolbens 66 zugeordnet wird (Stel lungszuordnung). Im Gegensatz zu einer sol chen Stellungszuordnung ist bei der insoweit beschriebenen Ausführung jeder Stellung des Sehiebers 62 eine bestimmte Geschwindigkeit des Kolbens 66 zugeordnet (Geschwindig keitszuordnung).
Um die Stellungszuordnung zu erzielen, wird eine Rückführung vorgesehen. Das kann in der Weise geschehen, dass das Gehäuse 63 in seiner Achsenrichtung verschiebbar ge lagert und durch eine Kuppelstange 7 5 mit dem einen Arm eines Winkelhebels 7 6 ver bunden ist, der auf einem ortsfesten Zapfen gelagert ist und mit seinem gabelförmigen andern Arm über einen Bund 77 der Stange 44 greift. Geht diese infolge einer Verstel lung des Schiebers 62 nach links herab, so verschwenkt sie den Winkelhebel 76 im Uhr zeigersinn und verschiebt das Gehäuse 63 so lange ebenfalls nach links, bis der Schieber 62 und das Gehäuse 63 wieder die dar gestellte relative Grundstellung einnehmen, in welcher der Kolben 66 stehen bleibt. Eine derartige Anordnung neigt weniger zu Pen delerscheinungen.
Pendelerscheinungen sind übrigens auch bei den eingangs erläuterten Ausführungs beispielen der Fig. 1 bis 5 zu berücksichtigen. Das wird ersichtlich, wenn man die Wirkung einer Lastzunahme auf die Steuerung in Be tracht zieht. Diese führt nämlich zu einer Verlangsamung der Antriebswelle. Diese Verlangsamung aber wird durch den Kolben 21 gemessen und bewirkt eine Getriebever stellung im Sinne einer Beschleunigung der Abtriebswelle. Dadurch wird der Antriebs motor noch stärker belastet und wird daher unter Umständen nun erst recht verlangsamt. Darauf reagiert das geschwindigkeitsabhän gige Gerät mit einer weiteren Getriebeverstel lung, so dass unter Umständen die äusserste Grenzstellung des Getriebes erreicht wird.
Diese belastet den Motor im Höchstmass und führt zu einer entsprechenden Beschleuni gung der angetriebenen Einrichtung. Es kann dann ein Hinausschiessen über den Soll zustand mit der entgegengesetzten Wirkung erfolgen.
Auch in diesem Falle kann man die Pen delerscheinungen dadurch bekämpfen, dass die Fördermenge der Hilfspumpe, welche den Zylinder 23 bezw. das Gerät 36 speist, der Massenwirkung der vom Getriebe angetriebe nen Einrichtung entsprechend gering bemes sen wird.
Ob das Übersetzungsverhältnis des Getrie bes bei Sinken der Drehzahl seiner Abtriebs welle durch die beschriebene Steuerung er höht oder verringert werden muss, hängt von der Leistungskennlinie der antreibenden Kraftquelle ab. Wenn deren Leistung mit fallender Drehzahl steigt, wie es bei den mei sten Elektromotoren der Fall ist, gilt hierfür die entgegengesetzte Regel wie in demjenigen Fall, in welchem die Leistung mit sinkender Drehzahl abfällt, wie es bei Brennkraft- maschinen zutrifft.