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Zahnräderwechselgetriebe für Arbeits-, insbesondere Werkzeugmaschinen
Bei Werkzeugmaschinen ist es bekannt, mehrere Getriebeteile bzw. ganze Getriebe
derart hintereinander zu schalten, daß die Übersetzungsmöglichkeiten der nachgeschalteten
Getriebe nach einer geometrischen Reihe zunehmen. So wird beispielsweise für den
Tischvorschub von Fräsmaschinen dem eigentlichen Vorgelege ein dreifach gebundenes
Dreiwellengetriebe vorgeschaltet, wodurch die im Vorgelege vorgesehenen Übersetzungsmöglichkeiten
sich mit neun multiplizieren. In diesen Fällen handelt es sich jedoch um die Verbindung
nicht gleichartiger Getriebe oder Getriebestufen miteinander.
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Im Gegensatz dazu setzt sich das Getriebe nach der Erfindung aus mehreren
gleichartig ausgebildeten Einheiten zusammen, so daß in besonders einfacher und
zweckmäßiger Weise durch Hintereinanderschalten einer entsprechenden Anzahl derartiger
Einheiten Getriebe mit jeder gewünschten Zahl von Übersetzungsstufen erhalten werden
können.
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Die vorerwähnten Einheiten sind erfindungsgemäß derart ausgebildet,
daß jede Einheit auf der Antriebsseite eine der Anzahl der übersetzungsstufen entsprechende
Zahl von Wellen mit ständig im Eingriff stehenden Zahnrädern enthält, von denen
die mit niedrigster Drehzahl umlaufende Welle die Abtriebswelle über eine Überholungskupplung
antreibt, während alle übrigen Wellen über zweckmäßig als Reibungskupplungen ausgebildete
Kupplungen mit der Abtriebswelle kuppelbar sind.
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Auf Grund dieser Ausbildung ist es möglich, bei dem Getriebe nach
der Erfindung jede der vorgesehenen Übersetzungsstufen durch einfaches Ein-bzw:
Ausschalten
der entsprechenden Kupplungen einzustellen. Dabei können die den jeweils niedrigsten
Drehzahlen der Abtriebswellen der einzelnen Einheiten entsprechenden Übersetzungen
ganz ohne die Betätigung von Kupplungen erhalten werden, so daß man mit einer Mindestzahl
von Kupplungen und Kupplungsvorgängen auskommt. Dies hat wiederum zur Folge, daß
auch die Steuerurng des Getriebes, die zweckmäßig auf elektrischem oder hydraulischem
Wege erfolgt, sich entsprechend vereinfacht. Ein besonderer Vorteil besteht dabei-noch
darin, daß bei Verwendung von Reibungskupplungen das Schalten des Getriebes, also
der Übergang von einer Übersetzungsstufe zu einer beliebigen anderen, während des
Laufens des Getriebes erfolgen kann, ohne daß besondere Synchronisierungseinrichtungen
erforderlich sind.
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Das Getriebe nach der Erfindung eignet sich besonders für den Vorschubantrieb
von Werkzeugmaschinen, insbesondere Fräsmaschinen, da bei diesein im allgemeinen
ein sehr feinstufiges Arbeiten erforderlich ist. Die Unterteilung der Übersetzungsstufen
kann bei diesem Getriebe derart weit getrieben werden, daß praktisch die gleiche
Wirkung erzielt wird wie mit einem stufenlosen Getriebe, ohne daß andererseits die
einem solchen anhaftenden Mängel auftreten. Dabei gewährleistet das neue Getriebe
gleichzeitig eine weitgehende Sicherung gegen Überlastung, da bei Überbeanspruchung
die einzelnen Lamellenkupplungen als Rutschkupplungen arbeiten. Andererseits kann
aber auch durch ein etwaiges Versagen einer Kupplung kein Schaden auftreten; denn
in diesem Fall bleibt die Vorschubgeschwindigkeit lediglich hinter der eingestellten
Geschwindigkeit zurück, da die betreffende Einheit mit ihrer niedrigsten Übersetzung
arbeitet.
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Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung erfolgt das Hintereinanderschalten
der einzelnen das Gesamtgetriebe bildenden Einheiten in der Weise, daß die Abtriebswelle
einer jeden Einheit gleichzeitig die Antriebswelle der nachfolgenden Einheit ist
und sämtliche Abtriebswellen, gegebenenfalls mit der Antriebswelle der ersten Einheit,
einen durchgehenden Wellenstrang bilden.
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Es ist in dieser Weise möglich, sämtliche Übersetzungs- bzw. Untersetzungsstufen
des Getriebes in besonders einfacher Weise dadurch zu überbrücken, daß alle Abtriebswellen
direkt miteinander gekuppelt werden. Diese Einrichtung ist von besonderer Bedeutung
für Werkzeugmaschinen, bei denen zusätzlich zu den Vorschubgeschwindigkeiten noch
ein Eilgang für die Bewegung des Werkstückträgers vorgesehen ist. Bisher hat man
in diesem Fall im allgemeinen einen besonderen Motor entweder für den Eilgang oder
den Werkzeugspindelantrieb vorgesehen. Die Erfindung ermöglicht es dagegen, auch
bei Verwendung nur eines Motors für Vorschub, Eilgang und Spindelantrieb einfache
und günstige Bedingungen zu erhalten, da bei Benutzung eines erfindungsgemäßen Getriebes
als Vorschübgetriebe der Eilgang mit Hilfe des erwähnten. direkten Kuppelnis aller
Abtriebswellen unmittelbar durch das Vorschubgetriebe hindurchgeführt werden kann,
anstatt um dasselbe herumgeführt zu werden, so daß zusätzlich Getriebe und Kupplungen
für- den Eilgang in Fortfall kommen.
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In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindungdiargestellt,
und zwar zeigt Abb. i in stark schematisierter Form ein aus drei hintereinandergeschalteten
Einheiten bestehendes Getriebe, bei dem jede Einheit drei Übersetzungsstufen enthält,
während Abb. 2 eine Einheit mit vier Übersetzungsstufen wiedergibt. Beide Getriebe
sind für Fräsmaschinen bestimmt.
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In Abb. i sind die das Gesamtgetriebe bildenden Einheiten mit I, Il
und III bezeichnet. Von diesen soll zunächst die Einheit I beschrieben werden.
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Diese Einheit besitzt auf der Antriebsseite drei Wellen i, 2 und 3,
von denen je nach der Drehzahl des zur Verfügung stehenden Motors jede als Antriebswelle
gewählt werden kann. Mit den Wellen i bis 3 fest verbunden sind die Zahnräder 4,
5, 6 und 7, die ständig miteinander im Eingriff stehen, so daß, wenn das Getriebe
in Betrieb ist, die Wellen dauernd umlaufen. Das Übersetzungsverhältnis der Zahnräder
:4 bis 7 wird entsprechend den gewünschten Bedingungen gewählt. In dem dargestellten
Beispiel besitzt die Welle .2 die niedrigste Tourenzahl. Sie trägt an ihrem Ende
ein Zahnrad 8, das über eine bei 9 angedeutete Überholungskupplung mit der Welle
verbunden ist. Das Zahnrad 8 kämmt mit gleich großen Zahnrädern io und ii, deren
Wellen 12 und i3 koaxial zu den Wellen i und 3 angeordnet sind und mit diesen Wellen
durch Lamellenkupplungen 14 und 15 gekuppelt werden können. Das Zahnrad ii
ist fest mit seiner Welle i2 verbunden, während bei Zahnrad ro eine weitere Überholungükupplung
16 zwischen dieses Zahnrad und der zugehörigen Welle 13 geschaltet ist. Wälhrend
jedoch die ersterwähnte Überholungskupplung 9 im Drehsinne der zugehörigen Welle
2 wirkt, also ein schnelleres Laufen des Zahnrades gestattet, als der Drehzahl der
Welle 2 entspricht, arbeitet die überholungskupplung 16 entgegen dem Drehsinn der
entsprechenden Welle 13 derart, daß das Zahnrad io langsamer laufen kann
als diese Welle.
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Der Aufbau der Einheiten II und III entspricht demjenigen der Einheit
I mit der Ausnahme, daß die Übersetzungsverhältnisse für die ständig im Eingriff
miteinander stehenden Antriebsräder 17
bis 2o für Stufe II bzw. :i bis 24
für Stufe III anders gewählt sind. In jedem Fall hat jedoch wieder die mittlere
Welle, 25 bzw. 26 die niedrigste Drehzahl und treibt über eine Überholungskupplung
27 bzw. 28 und die zwischengeschalteten Zahnräder 29, 3o bzw. 3i; 32 die Abtriebswellen
33, 34, während die Antriebswellen 13, 35 bzw. 33, 36 die Abtriebswellen
33, 34 über Lamellenkupplungen 37, 38 bzw. 39, 4o antreiben, wobei im Antrieb der
Wellen 35 und 36 noch die Zahnräder 41,-9,30 bzw. 42, 31, 322 liegen. Die
Zahnräder 3o bzw. 32 der Abtriebswellen 33 bzw. 34 sind außerdem wieder über Überholungskupplungen
43 bzw. 44 mit ihren Wellen verbunden.
Wie die Zeichnung ferner
erkennen läßt, ist die Abtriebswelle 13 der Einheit I gleichzeitig die Antriebswelle
der Einheit II und die Abtriebswelle 33 der Einheit II die Antriebswelle der Einheit
III.
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Die Arbeitsweise des beschriebenen Getriebes ist folgende: Es sei
angenommen, daß der Antrieb und das Übersetzungsverhältnis der Wellen i bis 3 so
gewählt ist, daß Welle i mit 2240, Welle 2 mit i8oo und Welle 3 mit 2ooo IJ/min
umlaufen. Ist keine der Lamellenkupplungen 14, 15 eingeschaltet, so treibt die Welle
2, über die Zahnräder 8, und io die Abtriebswelle 13 mit gleicher Tourenzahl an,
also mit 180o U/min. Die überholungskupplungen g und 16 bewirken in diesem Fall
die Mitnahme.
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Wird nun die Lamellenkupplung 15 eingeschaltet, so treibt die Welle
3 über die Zahnräder i 1, 8 und io die Abtriebswelle 13 mit 2000 U/min an. Das Zahnrad
8 läuft dabei ebenfalls mit 2000 U/min an. Das Zahnrad 8 läuft dabei ebenfalls mit
2ooo U/min, also schneller als seine Welle 2, was durch die Überholungskupplung
9 ermöglicht wird. Als letzte Möglichkeit kann in Einheit I bei ausgerückter Kupplung
15 die Lamellenkupplung 14 eingerückt "erden. In diesem Falle treibt die Welle i
direkt die Abtriebswelle 13 an, also bei dem angenommenen Beispiel mit 2240 U/min.
Da die Überholungskupplung 16 entgegen dem Drehsinn der Welle 13 wirkt, kann das
Zahnrad in seiner Drehzahl zurückbleiben, also mit der der Welle 2 entsprechenden
Drehzahl von iSoo umlaufen. Für das Arbeitsprinzip des Getriebes ist die Überholungskupplung
16 jedoch nicht erforderlich, da bei dem direkten Antrieb der Welle 13 das Zahnrad
io und damit auch Zahnrad 8 ebensogut mit 2240 Umdrehungen laufen könnte. Diese
überholungskupplung ist lediglich als zusätzliche Sicherung vorgesehen, damit, wenn
infolge eines Fehlers in der Steuerung beide Lamellenkupplungen 14 und 1,5 gleichzeitig
eingeschaltet werden sollten, keine Beschädigung des Getriebes eintreten kann.
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Aus den vorstehenden Ausführungen geht hervor, daß an der Abtriebswelle
13 der Einheit I drei verschiedene Drehzahlen zur Verfügung stehen, und zwar für
das angenommene Beispiel die Drehzahlen von i 80o, 2ooo und 2240. Diese können in
der Einheit 1I auf Grund der in derselben vorhandenen Übersetzungsstufen derart
variiert werden, daß an der Abtriebswelle 33 dieser Einheit neun verschiedene Drehzahlen
verfügbar sind. Für die Abtriebswelle 34 der Einheit III erhöht sich dann die Zahl
der C?bersetzungsmöglichkeiten auf 27, für jede «eitere nachgeschaltete Einheit
wieder um das Dreifache, also auf 81, 243 usw. Praktisch dürfte die zur Zeit in
Frage kommende obere Grenze bei etwa 5o verschiedenen Vorschubgeschwindigkeiten
liegen, was dadurch erreicht werden könnte, daß dein in Abb. i dargestellten Getriebe
noch eine zweistufige Einheit nachgeschaltet wird, wobei dann allerdings einige
der an sich möglichen Übersetzungsstufen ausgenutzt werden.
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Für die Einstellung des Eilganges werden die Lamellenkupplungen 14,
37 und 39 eingerückt. Hierdurch werden alle Untersetzungen des Getriebes ausgeschaltet,
so daß die Abtriebswelle 34 mit der höchsten Tourenzahl, das sind für das angenommene
Beispiel 224o U/min, umläuft.
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In diesem Fall bilden daher die Wellen 1, 13, 33, 34 eine einzige
durchgehende Welle, die unmittelbar vom Motor oder, bei Wahl der Welle :2 als Antriebswelle,
mit einer vorausgehenden Übersetzung ins Schnelle angetrieben werden kann.
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In dem Ausführungsbeispiel der Abb. 2 sind auf der Antriebsseite der
dargestellten Einheit vier Wellen ioi bis i04 vorgesehen, so daß man vier Übersetzungsstufen
erhält. Diese Wellen tragen fest mit denselben verbundene Zahnräder 105 bis i io,
die ständ tig miteinander im Eingriff stehen. Über Lamellenkupplungen i i i bis
113 sind die Wellen ioi, 103 und i04 mit koaxial dazu verlaufenden Wellen
114, 115 und 116 kuppelbar. Die letztgenannten Wellen und die Antriebswelle i0-2
tragen einen weiteren Satz ständig miteinander im Eingriff stehender Räder 117 bis
120, von denen die Räder 117, 119 und i20 fest mit den zugehörigen Wellen verbunden
sind, während zwischen Welle 102 und dem- lose darauf sitzenden Zahnrad 118 eine
Überholungskupplung geschaltet ist, so daß das Rad 118 schneller laufen kann als
seine Welle.
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Die Welle niedrigster Drehzahl ist in diesem Fall die Welle 102, die,
wenn alle Lamellenkupplungen gelöst sind, über die Zahnräder i 18 und 117 und die
Überholungskupplung 121 die Abtriebswelle 114 mit gleicher Drehzahl antreibt.
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Wird eine der Lamellenkupplungen 112 und i 13 eingerückt, so verläuft
der Antrieb über die Abtriebswelle dieser Kupplung und den entsprechenden Rädern
des Radsatzes 117 bis i20 zur Abtriebswelle 114. Dabei laufen sämtliche Räder des
Radsatzes 117 bis 120 mit der durch die entsprechende Antriebswelle gegebenen Geschwindigkeit,
was, wie die Zeichnung erkennen läßt, Üadurch ermöglicht wird, daß die übrigen Lamellenkupplungen
ausgekuppelt sind und zwischen der einzigen stets angetriebenen Welle i02 und dem
zugehörigen Zahnrad i i 8 die Überholungskupplung 121 vorgesehen ist. Beim Einrücken
der Lamellenkupplung i i i wird die Abtriebswelle 114 direkt von der Welle ioi angetrieben,
doch laufen auch in diesem Fall alle Räder des Satzes i 17 bis i 2o mit der entsprechenden
Geschwindigkeit mit.
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Bei Verwendung eines Getriebes, das sich aus Einheiten gemäß Abb.
2 zusammensetzt, erhält man bei gleicher Anzahl der Übersetzungsstufen ein kürzeres,
dafür aber breiteres Getriebe als nach Abb. i. Man kann also durch entsprechende
Ausbildung der einzelnen Einheiten eine weitgehende Anpassung an die bei der betreffenden
Werkzeugmaschine gegebenen Raumverhältnisse erzielen. In der Anzahl der für jede
Einheit auf der Antriebsseite vorzusehenden Wellen ist man nicht beschränkt, es
ist beispielsweise auch möglich, an Stelle von drei oder vier Wellen fünf oder sechs
oder auch noch mehr Wellen zu verwenden.
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Die Erfindung ist natürlich nicht auf die Ausführungsbeispiele beschränkt.
So können an Stelle
der dargestellten Lamellenkupplungen auch andere
Reibungskupplungen verwendet werden, z. B. solche mit- Reibscheiben oder -kegeln.
Die Steuerung dieser Kupplungen kann mechanisch, elektrisch oder hydraulisch erfolgen.
Sofern auf das Einrücken bei laufendem Getriebe verzichtet wird, können schließlich
auch einfache Klauenkupplungen Anwendung finden.