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Schalteinrichtung für Geschwindigkeitswechselgetriebe von Werkzeugmaschinen,
insbesondere Revolverdrehbänken Gegeristar_d der Erfindung ist .ine @c@@a@teinric:@-tung
fi'xr Ges.chwindigkei:tswechselgetrie:be mit durch ein Druckmittel über ein gemeinsames
Schaltorgan gesteuerter Drehzahlschaltung für Werkzeugmaschinen, insbesondere Revolverdrehbänke,
bei der nach zwei Richtungen schaltbare Reibscheibenkupplungen auf ihren Wellen
lose drehbare und umverschiebbare Getrieb,e!räder mit ihren ZVell.en verbinden.
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Bekanntlich müssen- Geschwindig1ceitsw;chselgetriebe für Werkzeugmaschinen
eine Vielzahl von Drehzahlen der Arbeitsspindel od. dgl. ermöglichen, um eine Arbeit
mit der jeweils wirtschaftlichsten Schnittgeschwindigl,#eit ausführen zu können.
Das ist insbesondere bei Revolverdrehbänken der Fall, hei denen in meist Sehr kurzen
Zeitabständen die verschiedensten Arbeitsvorgänge für die jeweils -°ine andere Drehzahl
der Arbeitsspindel erforderlich ist, aufeinanderfolgen. Um die Gesamtfert.igumgszeit
für ein Werkstück abzukürzen, muß der Wechsel der Drehzählen schnell und sicher
erfolgen können.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrund.-, bei Werkzeugmaschinen,
insbesondere Revolverdrehbänken, die Gesamtfertigungszeit für ein zu bearbeitendes
Werkstück durch ein 'hydraulisch gesteuertes Getriebe, das ein Schalten der zahlreichen
Geschwindigkeitsstufen mit Hilfeeines einzigen
Schaltorgans während
des Weiterlaufens der Maschine ohne Einhaltung einer bestimmten Stufenfolge ermöglicht,
soweit wie möglich abzukürzen und dabei Fehlschaltungen zu verhindern. Außerdem
soll mit diesem einen Schaltorgan während des Arbeitens mit irgendeiner Drehzahl
das bekannte Vorwählen einer neuen Drehzahl möglich sein. Es ist bei Geschwindigkeitswechselgetrieben
zum Antrieb der Arbeitsspindel von Werkzeugmaschinen bekannt, die lose auf ihren
Wellen drehbaren und unverschiebbaren Getrieberäder durch Reibscheibenkupplungen
mit ihren Wellen zu verbinden. Bei diesem bekannten Getriebe, bei dem zwar ein Schalten
der Geschwindigkeitsstufen ohne Verlangsamung des Getriebelaufes möglich war, erfolgte
jedoch das Betätigen der Kupplungen mit Hilfe mechanischer Mittel, und zwar durch
Schaltgabeln, die mittels durch ein Handgetriebe einstellbarer und dann durch ein
zweites Handgetriebee zu bewegender Schaltscheiben verschoben werden mußten, wodurch
das richtige Schalten Zeit und Sorgfalt erforderte, wennFehlschaltun:gen vermieden
werden sollten. Da außerdem diese Schaltscheiben nach jedem Schaltvorgang sofort
in ihre Ruhestellung zurückbewegt werden mußten, um das Vorwählen einer neuen Drehzahl
zu ermöglichen, konnten bei diesem bekannten Getriebe nur solche Reibscheibenkupplungen
verwendet werden, die nach dem Kuppeln von sselbst im Eingriff blieben. Ein Regeln
des Anpressungsdruckes bzw. ein Anpassen dieses Druckes an veränderte Verhältnisse
war somit hierbei nicht möglich.
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Es ist ferner bei Sehalträdergetrieben für Werkzeugmaschinen bekannt,
hydraulisch gesteuerte Reibscheibenkupplungen zum Schalten des Getriebes auf Vorwärts-
und Rückwärtslauf zu verwenden. Bei diesen bekannten Getrieben wurden jedoch für
die einzelnen Geschwindigkeitsstufen stets positive Mitnahmemittel> wie Schieberäder
oder Klauenkupplungen, zum Kuppeln der Getrieberäder mit ihren Wellen verwendet.
Infolge des Vorhandenseins derartiger Mitnahmemittel, selbst wenn diese durch Drucköl
betätigt wurden, war ein Schalten der Geschwindigkeitsstufen nur bei Stillstand
des Getriebes oder zum mindesten bei stark verminderter Drehzahl möglich. Hierdurch
ergaben sich aber zu lange Schaltzeiten, die namentlich bei Revolverdrehbänken -
infolge der bei diesen Maschinen häufig aufeinanderfolgenden Schaltungen - die Gesamtferti:gungszeiteines
Werkstücks nachteilig bevinflußten. Außerdem waren beJ diesen bekannten Getrieben,
insbesondere wenn das Vorwählen einer anderen Drehzahl vorgesehen war, mehrere Schaltorgane
zu betätigen, wodurch sich Fehlschaltungen mit ihren Folgen ergeben konnten.
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Es ist auch vorgeschlagen worden, bei einem Zahnräderwechsel- und
--,vend@egetr ieb-e die Radsätze mit ihren Reibkupplungen in einzelnen abgeschlossenen,
je mit einem Zuflu.ßventil versehenen Flüssigkeitskammern anzuordnen und beim Schalten
die jeweils in Betracht kommende Kammer über das betreffende Zuflußventil vollständig
unter Flüssigkeitsdruck ztn setzen. Das Öffnen der einzelnen Zuflußventile sollte
mittels eines Schaltorgans erfolgen, das aus einem in einer Hülse verschiebbaren
sowie drehbaren und nach Art eines Schlüssels mit einem seitlichen Ansatz v°rsa:°nen
Bolzen bestand. Durch Verschieben des Bolzens mußte der seitliche Ansatz unter den
Stößel des betreffenden Ventils gebracht werden, um durch Drehen des Bolzens das
Ventil zu öffnen. In der eingestellten Lage mußte der Bolzen gesichert werden, um
das Zuflußventil in der geöffneten Stellung zu halten. Eine derartige Schalteinrichtung,
die auch nicht das Vorwä,baen einer anderen Drehzahl ermöglichte, würde bei einer
Werkzeugmaschine für das Ändern der Drehzahlen zu lange Schaltzeitern erfordern.
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Die Schalteinrichtung nach der Erfindung, hei der in bekannter Weise
jede Reibscheibenkupplung je für sich durch das Druckmittel während der Dauer des
Arbeitens der eingeschalteten Geschwitidigkeitsstufe unter gleichbleibendem Druck
gehalten wird, ist daher zur Lösung der gestellten Aufgabe dadurch gekennzeichnet,
daß dass Druckmittel durch eine Pumpe dem Druckzylinder der eingeschalteten Ges,chwindigkeitss-tufe
über nur ein Schaltorgan zugeführt wird, bei dem in einer undrehbaren Büchse ein
Steuerkolben längs verschiebbar und drehbar isst, derart, daß die bei der jeweils
eingeschalteten Drehzahl mit Druckmittel gefüllten Leitungen des. beaufsehlagten
DruckkGlb:ens durch Längsversthieben des Steuerkolhens unter Druck abschließbar
sind, so daß durch Drehen dieses Steuerkolbens eine neue Drehzahl vorwä r1-bar und
durch Zurückschieben dieses Steuerkolbens einschaltbar ist.
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Hierdurch wird erreicht, durch ein hydraulisch gesteuertes Getriebe
ein Schalten der Geschwindigkeitsstufen mit Hilfe eines einzigen Schaltorgans ohne
Verlangsamung des Laufes der Maschine durchzuführen und mit diesem einen Schaltorgan
eine neue Drehzahl während des Arbeitens mit einer anderen Drehzahl vorzuwählen.
Dadurch, daß das Schalten der Drehzahlen ohne Verlangsamung des Laufes der Maschine
mit nur einem gleichzeitig dem Vorwählen einer neuen Drehzahl dienenden Schaltorgan
ermöglicht ist, wird eine Verkürzung der Sehaltzeiten erreicht, und es werden Fehlschaltungen
verhindert.
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Die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Schalteinrichtung kann ferner
derart sein, daß ein Polumscha1ter für den Antriebsmotor durch einen Druckzylinder
gesteuert wird, dessen Druckmittelleitungen von dem gemeinsamen Schaltorgan für
die Drehzahlschaltung beeinlußt werden. Es ist somit auch das Verstellen des Polumschalters
durch ein und dasselbe Schaltorgan ermöglicht, wodurch. eine weitere Verkürzung
der Sehaltzeiten erreicht wird.
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In der Zeichnung ist der Gegenstand der Erfindung in einer beispielsweisen
Ausführungsform dargestellt, und zwar in Anwendung bei einer R evolverdrehbank zum
Schalten der Drehzahlen der Arbeitsspindel. Es zeigt
Abb. i schematisch
einen Schnitt durch einen Teil-eines Spindelkastens einer Revolverdrehbank, Abb.
2 in größerem Maßstabe einen Längsschnitt durch eine der Wellen des Spindeilkastens,
Abb. 3 einen ähnlichen Schnitt bei anderer Stellung der Teile, Abb. q. in weiterer
Vergrößerung einen Längsschnitt des Schaltorgans für die Schalteinrichtung nach
der Erfindung, Abb. 5, 6 und 7 Ansichten und Längsschnitte von Einzelteilen des
in Abb. q. dargestellten Schaltorgans, Abb. 8 und 9 zwei Querschnitte des in Abb.
5 dargestellten Teiles, Abb. io und i i zwei Ouerschnitte des in Abb. 6 dargestellten
Teiles, Abb. 12 und 13 zwei Querschnitte des in Abb. 7 dargestellten Teiles und
Abb. 14 eine schematische Darstellung der Gesamtordnung des Gegenstandes der Erfindung.
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In dem Spindelkasten i (Abt. i) sind= im angenommenen Beispiel die
Wellen 2, 3, q., 5, 6 und 7 gelagert, von denen die Antriebswelle 2 mittels der
außen angeordneten Riemenscheibe 8 angetrieben wird. Mittels der auf der Antriebswelle
2 befestigten Zahnräder 9 und i i werden die lose auf ihren Wellen drehbaren Zahnräder
io, 1,4 angetrieben. Alle übrigen Kupplungszahnräder sind ebenfalls lose auf ihren
Wellen angeordnet und erhalten, soweit erforderlich, durch Vorlegeräder Antrieb,
so daß sämtliche für die Drehzahlschaltung der Arbeitsspindel 7 in Betracht kommenden
Zahnräder ständig laufen. Durch Lamellenkupplumgen 12, 13, 121, 131, 122, 132, die
auf den betreffenden Wellen fest angeordnet sind, können die Getrieberäder, z. B.
io oder 14 sowie 16 oder 17, mit ihren Wellen 3 bzw. q. gekuppelt werden, um diese
anzutreiben und dadurch der Arbeitsspindel 7 die jeweils erforderliche Drehzahl
zu erteilen. Das Betätigen jeder der Lamrellenkupplu.ngen, z. B. i2 bzw. 13, erfolgt
durch Verschieben einer im Innern der betreffenden Welle, z. B. 3 (Abt. 2), angeordneten
Kupplungsstange 18, in der ein Kupplungsstift i9 befestigt ist. Dieser befindet
sieh in der Ruhestellung in der Mitte zwischen den beiden Lamel'lenkupp-lungen,
z. B. 12 und 13, und durch Verschieben der Kupplungsstange 18 in der einen oder
anderen Richtung wird mittels des Stiftes i9 die Kupplung 12 oder 13 betätigt. Hierdurch
wird entweder das Getrieberad 1q. oder das Getrieberad io mit der Welle 3 gekuppelt
und diese entsprechend angetrieben. Das Verschieben der Kupplungsstange 18 bzw.
der Kupplungsstangen 181, 182 der anderen Wellen erfolgt durch ein Druckmittel,
z. B. Drucköl. Zu diesem Zweck ist die Kolbenstange 2o eines in einem Druckzylinder
21 befindlichen Kolbens 22 mit der Kupplungsstange 18 verbunden. Der Druckzylinder
21 isst an der Wandung des Spindel'kastens i befestigt, und für jede der `Fellen,
z. B. 3, q. und 6, auf der sich zu schaltende Getrieberäder befinden, ist je ein
Druckzylinder 21 bzw. 211 bzw. 21zum Verschieben der die Lamellenkupplungen betätigenden
Kupplungsstangen 18 bzw. 181 bzw. i82 (Abt. i) vorgesehen. Zu jedem der Druckzylinder
führen zwei Rohrleitungen 23, 24 bzw. 231, 2q.1 bzw. 232, 242 (Abt-. i und 1q.),
um das Drucköl auf die eine oder andere Seite des betreffenden Kolbens.22 zu leiten
und dadurch die Kupplungsstange, z. B. 18, in der einen oder anderen Richtung zu
verschieben. Je nach dem mit einem retriebe zu erzielenden Dreh.zahIsprung wird
erforderlich, den Kolben 22 in dem einen oder anderen Druckzylinder oder unter Umständen
gleichzeitig in mehreren Druckzylindern mittels des Druckmittels in der erforderlichen
Richtung zu verschieben.
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Um alle erforderlichen Schaltungen zur Wahl der einzelnem Drehzahlen
von einer Stelle aus vorzunehmen, ist folgende Einrichtung vorgesehen: In dem Spindelkasten
i ist ein Schaltorgan 25 befestigt, das mittels eines Handrades 26 beim Wählen der
jeweils benötigten Drehzahl eingestellt werden kann. Zu diesem Schaltorgan führt
eine Druckölleitung 27, in die das Drucköl mittels einer Pumpe 28 (Abt. 1q.) gedrückt
wird. Diese saugt das C51 aus einem Sammelbehälter 29 über ein Filter 30, ein Rückschlagventil
31 und einen Steuerschieber 32 für Rechts- oder Linkslauf und drückt es über ein
Vorspannventil 33 mit einem Druck von beispielsweise io atü in die Druckleitung
27 zum Schaltorgan 25. Mit diesem sind;, wie aus Abb. 14. ersichtlich, die beiden
Ölleitungen 23, 24 und 231, 241 sowie 232, 24, der drei im Ausführungsbeispiel vorgesehenen
Druckzylinder 21, 211 und 212 verbunden. In Abb. i sind der Deutlichkeit halber
nur die beiden Ölleitungen 23, 24 des Druckzylinders 21 mit dem Schaltorgan 25 in
Verbindung dargestellt, weil die einzelnen zu den Druckzylindern führenden Ölleixungen
an verschiedenen Stellen des Umfangs des zylindrischen Schal@torgans 25 an diesem
angeschlossen sind.
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Das Schaltorgan bezweckt, die zur Erzielung einer bestimmten Drehzahl
der Arbeitsspindel 7 erforderlichen Getrieberäder mit ihren Wellen zu kuppeln und
hierzu die von der Pumpe 28 kOmmende Druckölleitung 27 mit einer oder eventuell
mehreren der zu den Druckzylindern 21, 211, 212 führenden Leitungen in Verbindung
zu bringen.
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Das SGhalitorgan besteht aus einem festliegenden Außenzylinder 25
(Abt. q. bis 13), einer in diesem fest angeordneten Büchse 3q., die mit Umfangsnuten
und verschiedenen Bohrungen versehen ist, und dem eigentlichen Steuerkolben 33,
der mittels des Handrades 26 in der Büchse 34 drehbar und ebenfalls mit Kanälen
und Bohrungen versehen ist. Der Zweck dieser Kanäle und Bohrungen wird nachstehend
beschrieben.
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Um beispielsweise das Zahnrad 14 (Abb. i bi-s 3) mit der Welle 3 zu
kuppeln, wird der Steuerkolben 35 mittels des Handrades 26 in diejenige Stellung
gedreht, die der durch diese Schaltung zu erzielenden Drehzahl entspricht. Zu diesem
Zweck ist auf einem mit dem Steuerkolben 35 fest verbundenen Ring 36 eine Skala
angebracht, die gegenüber einer festen Marke eingestellt werden kann. Nach erfolgter
Einstellung tritt das durch die Leitung 27
zugeführte Drucköl (Abb.4
bis 13) durch eine Bohrung 37 des Außenzylinders 25 beispielsweise in eine Ringnut
38 (Abb. 4, 6. und io) der festen Büchse 34. Durch eine Bohrung 39 (Abb. io) dieser
Büchse gelangt das Öl in eine Ringnut 40 des Steuerkolbens 35 und von dieser durch
eine Bohrung 41 (A1A). 4, 7 und 12) in einen Längskanal 42 des Steuerkolbens 35.
Von diesem führen mehrere radiale Bohrungen nach außen, die aber bis auf eine Bohrung
43 durch die Büchse 34 geschlossen sind. Mit der radialen Bohrung 43 steht unmittelbar
oder durch eine Ringnut eine Bohrung 44 der Büchse 34 in Verbindung, mit der sich
eine radiale Bohrung 45 des Außenzylinders 25 des Schaltorgans deckt. An die Brohrung
45 ist die zum Druckzylinder 21 führende Ölleitung 23 angeschlossen (Abb. 9). In
Abb. 4. sind die Ölzufüh.rleitung 27 und die Verbindungsleitung 23 zum Druckzylinder
21 der Deutlichkeit halber als in der Schnittebene liegend dargestellt. Durch die
Leitung 23 gelangt das Drucköl zur rechten Seite des Kolbens 22 und schiebt diesen
nach links. (Abb.2), wodurch in der oben beschriebenen Weise die Lamellenkupplüng
12 betätigt und das ständig laufende Zahnrad' 14 mit der Welle 3 gekuppelt wird.
Da die Pumpe 28 ständig arbeitet, wird na-eh erfolgtem Schalten das weiterhin geförderte
Drucköl über das Vorspannventil 33 zu einem Verteilerblech 47 (Abb. 14) zur Schmierung
des Getriebes oder unmittelbar in den Sammelbehälter 29 befördert. Der Druck auf
den Kolben 22 bleibt infolge des Vorspannventils. 33 unvermindert bestehen.
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Das Einstellen einer anderen Drehzahl kann durch Vorwählschultung
während des Arbeitens mit der vorher geschalteten Drehzahl erfolgen. Der Steuerko@lb,en
35 ist zu diesem Zweck längs vers hiebbar. Mittels . des Handrades 26 kann der Steuerkolben
35 um einen geringen Betrag aus dem Zylinder 25 herausgezogen werden, wobei ein
nicht dargestellter federnder Sperrbolzen aus einer Rastenreihe 48 (Abb, 4) in eine
Ra.stenreihe 49 "einspringt. Die unter Druck stehende, mit der rechten Seite des
Kolbens 22 in Verbindung stehende Ölleitung 23 wird durch das Längsverschieben des
St.u,erkolb-ens 35 geschlossen, so, daß der volle Druck auf den -Kolhen 22 erhalten
bleibt. Außerdzm ist die Anordnung derart, daß auch alle übrigen Kanäle durch den
St#-°uerkolben gesperrt sind, so daß das Drucköl nicht in eine andere Leitung gelangen
kann. Der Steuerkolben kann nu.nme;hr an Hand der Skala des Ringes 35 mittels des
Handrades 26 in de neue Schaltstellung gedreht werden, beispielsweise um das Zahnrad
io (Abb. i) mit der Welle 3 zu kuppeln. Durch Zurückschieben des in seine neue Schaltstellung
gedrehten Steuerkolbens 35 ist die Verbindung zwischen der Ölzuleitung 27 und der
Verbindungsleitung 23- zwischen Schaltorgan und Druckzylinder 21 unterbrochen. Gleichzeitig
ist die Bohrung 44 der Büchse 34 des Schaltorgans mixt einer Ringnut 5o (Abb.
13) des Steuerkolbens 35 in Verbindung gekommen, die zu -einer radialen Bohrung
51 des. Steuerkolbens 35 führt. Diese Bohrung 51 mündet in die zentrale Längsbohrung
52 des Steuerkolbens 35, und das Drucköl kann von der rechten Seite des Kolbens
22 durch Leitung 23 und den durch ein federbelastetes Rücksc.'hlagventil 53 (Abb.4)
geschlossenen Kanal 52 aus dem Steueirkolben 35 abfließen, an den eine Abflußletung
54 angeschlossen ist. Es tritt also eine sofortige Entlastung des Kolbens 22 an
seiner rechten Seite ein. Durch Verdrehen und Zurückschieben des Steuerkolbens 35
ist ferner die Leitung 27 über die entsprechenden Kanäle und Bohrungen des Steuerkolbens
35 mit der anderen Verbindungsleitung 24 (Abb. 1, ä und 14), die zur linken Seite
des Kolbens 22 führt, in Verbindung gebracht worden (Abb. 3). Der Kolben 22 wird
dadurch nach rechts verschoben und die Lamellenku,pplu:ng 13 betätigt, die das Zahnrad
io mit der Welle 3 kuppelt. Die Kupplung 12 wird dadurch frei.
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Für das Betätigen der Lamellenkupplungen 121, 131 'und i->s,
ras bzw. mehrerer derselben ist die Handhabung und Wirkungsweise dieselbe, wie in
bezug auf die Kupplungen 12 und 13 beschrieben. Die Zuleitung 27 für das Druckmittel
wird in jedem Falle durch Einstellen des Steuerkolbens 35 mit den vom Steuerorgan
zu den betreffenden Druckzylindern 21, 211 bzw. 21., führenden Druckmittelleitungen
in Verbindung gebracht, während gleichzeitig die vorher unter Druck stehenden Räume
dieser Druckzylinder mit dem zentralen Kanal 52, der Entspannungskammer, des Steuerkolbens
35 in Verbindung kommen. Infolge dieser sofortigen Entlastung der bei einer Drehzahl
belasteten Druckzylinder und der hierdurch ausgerückten Lamellenkupplungen kann
unter Umständen auch ohne Vorwählung aus einer Drehzahl in eine andere geschaltet
werden.
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Zur Erhöhung der Anzahl der zu erzielenden Drehzahlen kann auch für
einen Polumschalter 55 (Abb,. 14) des Antriebsmotors ein Druckzylinder 213 mit seinen
Druckmittelleitungen 23, und 234 an das Schaltorgan 25 angeschlossen sein.