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Antriebsmaschine für Werkzeugmaschinen
Die Erfindung betrifft eine Antriebseinrichtung für Werkzeugmaschinen, insbesondere Schälmaschinen oder andere spanabhebende Werkzeugmaschinen, die von einem Elektromotor über einen stufenlos regelbaren Zwischentrieb mit einstellbarer konstanter Drehzahl angetrieben werden.
Zum Antrieb derartiger Maschinen werden regelbare Kraftmaschinen, wie elektrische LeonardAntriebe röhren gesteuerte Gleiohstromantriebe, stufenlos regeljbare Drehstromnebenschlussmotoren, regelbare Gleichstrommotoren u. dgl-oder Kraftmaschinen mit annähernd gleichbleibender Drehzahl. und nachgeschaltetem, stufenlos regelbarem, mechanischem oder hydraulischem, die Drehzahl wandelndem Getriebe verwendet. Die zuerst genannten elektrischen Antriebsmaschinen haben sich bewahrt, sind aber in der Anschaffung verhältnismässig teuer. Die mechanischen und hydraulischen Getriebe zum Wandeln der Drehzahl sind bei höheren Leistungen etwas billiger als, die vorgenannten elektrischen Antriebsmaschinen, haben aber den Nachteil, dass die Lebensdauer dieser Getriebe wesentlich geringer ist als die der elektrischen Maschinen.
Besonders schwierig wird die Verwendung der bekannten Antriebsmaschinen, wenn man an der Arbeitsmaschine eine im gesamten Drehzahlenbereich etwa konstante Leistung benötigt, wie dies beispielsweise'bei Schälmaschinen erforderlich ist und ausserdem eine Absicherung gegen Überlast vorgesehen werden muss.
Da z. B. bei Schälmaschinen Wert darauf gelegt wird, dass die Spanleistung über den gesamten Durehmesserberelch und damit über den gesamten Drehzahlenbereich gleich bleibt, muss die am Messerkopf zur Verfügung stehende Leitsung, über'den ganzen Drehzahlenbereich möglichst konstant sein. Wenn eine Stange od. dgl. von be-
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sich die eingestellteSchälvorganges möglichst nicht ändern, u. zw. auch dann nicht, wenn der Vorschub und damit die Spanleistung geändert wird. Soll eine Stange mit einem andern Durchmesser geschält werden, dann muss auch die Drehzahl geändert werden.
Während des Schälens dieser Stange soll aber die entsprechende Drehzahl konstant bleiben und die volle Leistung zur Verfügung stehen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen billigen, stufenlos regelbaren Antrieb für Werkzeugmaschinen zu schaffen, der die Vorteile des Leonard-Satzes aufweist, mit dessen Nachteilen jedoch nicht behaftet ist.
Man könnte. auf der Antriebswelle des von einem Antriebsmotor angetriebenen, drehzahlregel- baren Getriebes oder auf der Abtriebswelle eines elektrisch regelbaren Antriebes eine das Drehmoment einstellbar begrenzende Kupplung, z. B.
Strömungskupplung oder Induktionskupplung od. dgl. anordnen, deren andere Seite mit der Al1beitsmaschine, wie Schälmaschine od. dgl., verbunden ist. Erst dann hätte man die Sicherheit, dass die Antriebsmaschine selbst und deren Antriebsmittel gegen Bruch und Überlastung ausreichend geschützt sind. Diese Gestaltung des Antriebs ist aber noch teurer. Die bekannten Antriebsmittel, deren Drehzahl von der jeweiligen Belastung abhängt, wie Drehmomentenwandler, Turbinen, elektrischen Hauptstrommotoren, Verbrennungsmotoren, Dampfmaschinen od. dgl., sind im Verhältnis zu den vorher genannten Antriebsmitteln in der Anschaffung wesentlich billiger, gestatten aber nicht ohne weiteres, die Drehzahl in der gewünschten'Weise konstant zu halten.
Erfindungsgemäss wird vorgeschlagen, aus die ser Gruppe solche auszuwählen, die bei Überschreiten einer wählbaren Belastung in der Drehzahl absinken, wie Drehmomentenwandler und Turbinen, und dieses Antriebsmittel selbsttätig so zu regeln, dass eine., gewünschte Drehzahl unab- hängig von der Belastung annähernd oder genau eingehalten wird. Dies heisst anders ausgedrückt,
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dass die Charakteristik dieser Antriebsmittel so geändert wird, dass sie der Charakteristik der eingangs erwähnten teueren Antriebsmaschinen entspricht.
Dies wird dadurch erreicht, dass als Zwischentrieb in an sich bekannter Weise ein Drehmomentenwandler oder ein aus einem mit einer Pumpe in einem Kreislauf liegenden Turbine bestehendes Aggregat, das Verstellglieder für die Änderung des Drehmomentenwandlers enthält, vorgesehen ist, dessen Abtriebsdrehzahl, auf einen bestimmten Wert eingestellt, durch Schaufelverstellung ibzw. Ankerung der Beaufschlagung der Turbine konstant gehalten ist.
Eine notwendige und hinreichende Voraussetzung dafür, dass die Drehzahl konstant bleibt (synchroner Lauf) ist entweder :
1. Das Integral aus der Drehbeschleunigung muss zu jedem Zeitpunk = 0 sein. 2. Die Drehgeschwindigkeit muss konstant sein, oder 3. die Drehwinkeländerung muss in Abhängigkeit von der Zeit einen linearen Verlauf haben.
Würde es möglich sein, eines dieser drei Regelmittel zeitlos ansprechen zu lassen, so wäre die Bedingung des synchronen Laufes erfüllt. Kein Regelorgan ist aber in der Lage, ohne Zeitverzögerung, d. h. mit der Empfindlichkeit gegen unendlich zu regeln. Im einen Fall, wenn man z.
B. in der Arbeitsmaschine sehr starke Beschleunigung und Verzögerungen hat, ist es zweckmässig, über ein Beschleunigungsmessgerät zu regeln. Treten verhältnismässig geringe Beschleunigungen auf, so spricht ein solches Gerät nicht mehr an, und man ist gezwungen, über ein Geschwindigkeitsmessgerät, z. B. Differenzwinkelmessgerät, den synchronen Lauf zu erzwingen. Da man bei einer Arbeitsmaschine in den seltensten Fällen voraussehen kann, ob im wesentlichen starke oder schwache Beschleunigungen, oder starke oder schwache Drehzahländerungen, oder starke oder schwache Winkeländerungen zu erwarten sind, sollte man, um sicher zu gehen, alle drei Regelmöglichkeiten unabhängig voneinander vorsehen.
Zu den Winkeländerungen wird noch bemerkt, dass sie Folgen von Drehzahländerungen sind, wenn vorausgesetzt wird, dass die Winkelgeschwindigkeit keinen unstetigen Verlauf haben soll. Bei der vorgesehenen Steuerung soll diese Unstetigkeit aber noch zugelassen werden, so dass man zwischen Drehzahländerungen und Winkel- änderungen unterscheiden muss. Wenn jeder Re.. gelkreis in sich so empfindlich gemacht ist, wie das möglich ist, kann man sagen, dass man die denkbar beste Synchronisation erreicht hat. Im Antrieb von Werkzeugmaschinen reicht es in den meisten Fällen aus, wenn man zwei Regelmög- lichkeiten ausnutzt, u. zw. wenn man grössere Be-
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des Regeln vermeidet.
Eine Winkeländerung in einem grösseren Zeitintervall ist meistens unwichtig, es sei denn, dass mittels eines solchen An-
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soll. Möchte man z. B. auf einer Drehbank ein Gewinde schneiden und dabei die Hauptwelle und den Vorschub gesondert antreiben, so muss zwischen diesen beiden Antrieben ein synchrones Verhältnis der Drehzahlen bestehen und selbstverständlich damit auch der Drehwinkel in Abhängigkeit von'der Zeit linear verlaufen, was auch genügend genau durch Steuerung des Drehwinkels möglich ist.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden an Hand der Zeichnungen schematisch erläuert. Es zeigen : Fig. 1 eine schematische Darstellung des Antriebes einer Werkzugmaschine, die von einem Motor über einen geregelten Drehmomentenwandler angetrieben wird unter Verwendung von einem hydraulisch beeinflussten Regelmittel, Fig. 2 ein der Fig. 1 ähnliches Ausführungsbeispiel, bei dem an Stelle eines von einem Antriebsmotor angetriebenen Drehmomentenwandlers eine geregelte Turbine vorgesehen ist, Fig. 3 eine dem Ausführungsbei-
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beeinflusstem Regelmittel, Fig. 4 einen Schnitt durch das Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 nach der Linie IV-IV, Fig. 5 einen Schnitt durch das Ausführungsbeispiel nach Fig. 3, nach der Linie V-V, Fig. 6 einen Schnitt durch das Ausführungsbeispiel nach Fig.
3 nach der Linie VI-VI, Fig. 7 ein Ausführungsbeispiel ähnlich dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2, jedoch mit elektrisch beeinflussten Regelmitteln, Fig. 8 ein Schaubild der Momentencharakteristik von Antrieben gemäss. der Erfindung, Fig. 9 den Antriebsmaschinensatz für eine Werkzeugmaschine, welcher ausser einem von einem Hauptmotor angetriebenen Drehmomentenwandler zwei Pumpen aufweist, von denen die eine vom Drehmomentenwandler, die andere von einem stufenlos regelbaren Getriebe angetrieben wird, Fig. 10 einen Antriebsmaschinensatz ähnlich der Fig. 9 mit einer vom Drehmomentenwandler angetriebenen Pumpe und einer zweiten Pumpe, die eine konstante Fördermenge liefert, deren Leistung jedoch wesentlich höher ist als die Leistung der vom Drehmomentenwandler angetriebenen Pumpe, Fig. 11 einen Teilschnitt durch die in den Fig. 9 und 10 dargestellten Drehmomentenwandler, Fig.
12 ein weiteres Ausführungsbeispiel ähnlich dem nach Fig. 9, Fig. 13 einen Schnitt nach der Linie XIII-XIII der Fig. 12.
Die mit konstanter Drehzahl anzutreibende Werkzeugmaschine 1, beispielsweise eine Schälmaschine, wird von einem Motor 2 über einen
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mentrieb 4 angetrieben. Die Antriebswelle 5 der Arbeitsmaschine steht über einen schlupflos arbeitenden Trieb, beispielsweise einem Kettentrieb 6, mit der Pumpe 7 in Verbindung, die unabhängig vom Gegendruck bei jeder Drehzahl eine bestimmte Flüssigkeitsmenge fördert. Die Fördermenge kann ausserdem auf ein bestimmtes Mass
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mittels eines Handrades 8 eingestellt werden. Als Pumpe kann z. B. eine kleine, im Hub regelbare Mehrkolbenpumpe benutzt werden, wie sie z. B. in stufenlos regelbaren, hydraulischen Getrieben Verwendung findet.
Die von der Pumpe 7 geförderte Flüssigkeit fliesst vollständig über eine Leitung 9, einem Regelventil10 zu, wenn ein in, der Leitung 11 vorgesehener Schieber 12 od. dgl. ge-
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men, beispielsweise in einen Vorratsbehälter 14, der mit der Ansaugleitung 15 der Pumpe 7 in Verbindung stehen kann. Die in der Leitung 9 befindliche Flüssigkeit wirkt auf einen Steuerkolben 16 ein, dessen Kolbenstange 17 an einem bei 18 gelagerten Hebel 19 angelenkt ist, der unter Winkung einer Feder 20 steht, deren Spannung durch ein Einstellrad 21 änderbar ist.
Eine Bewegung des Steuerkolbens 16 wird über eine Steuerstange 22 auf die im Wandler befindlichen Regelelemente, beispielsweise verstellbare Leitsohaufeln, Laufschaufeln oder Pumpenschaufeln, übertragen, wenn ein auf dem Föttinger Prinzip und deren Weiterentwicklungen beruhender hydraulischer Drehmomentenwandler vorgesehen ist.
Die Abströmleitung 13 kann durch einen Schieber 23 mehr oder weniger abgesperrt werden. Der Schieber wird beeinflusst von einem durch den Druck in der Leitung 9 beaufschlagten Kolben 24, der unter Wirkung einer Feder 25 steht, de-
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stellt werden kann. An der Riemenscheibe 27 des Riementriebes 4 ist der Stator 28 eines kleinen Drehstromsynchronmotors starr befestigt, dessen Rotor 29 über eine Rutschkupplung 30 mit Überlastungsschutz mit einer ein Gewinde 31 aufweisenden Spindel 32 in Verbindung steht. Auf dem Gewindeteil ist eine Endflansche aufweisende Mutter 33 angeordnet, die sich gegenüber der Welle 32 verschiebt, wenn sich der Rotor 29 dreht.
Zwischen den Endflansches der Mutter 33 fasst das eine Ende eines zweiarmigen Hebels 34 ein, der bei 35 gelagert ist. i-und dessen anderes Ende am Schieber 12 an gelenkt ist. Wirkungsweise des Antriebes nach Fig. 1 : Soll die Arbeitsma-
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1 mitgerweise mit. einer Drehzahlskala versehen ist, auf die gewünschte Drehzahl eingestellt. Wird der Motor 2 angelassen, so steht der Steuerkolben J ! 6 zunächst in seiner obersten Stellung, das bedeutet, der Drehmomentenwandler ist auf höchstes Drehmoment geregelt. Gleichzeitig fördert die Pumpe 7 Flüssigkeit in die Leitung 9. Mit steigender Drehzahl nimmt diese Flüssigkeitsmenge laufend zu.
Entsprechend der Einstellung des Regelventils 10. fliesst die Flüssigkeit über die Leitung 13 ab, es stellt sich aber in der Leitung 9 ein Gegendruck ein, der auch auf den Steuerkolben 16 wirkt. Bei weiter steigender Drehzahl erhöht sich der Druck in der Leitung 9, der Kolben 16 wird entsprechend der Vorspannung der Feder 20 in Richtung des Pfeiles 36 bewegt und stellt den Drehmomentenwandler auf ein kleineres Drehmoment ein.
Der Steuervorgang ist erst, dann'beendet, wenn der Gegendruck in der Leitung 9 eine solche Grösse angenommen hat, dass der Steuerkolben 16 in seiner mittleren Lage angekommen ist, und das in dem Drehmomentenwandler 3 jetzt eingestellte Drehmoment mit dem in der Abtriebswelle des Drehmomentenwandlers erlangten Dreh- moment übereinstimmt. Während dieses Anfahrvorganges war der der Regelung der Winkelän- derung dienende Schieber 12 vollkommen offen, es konnte also ein gewisser Teil der Flüssigkeit- menge durch die Leitung 11 abströmen.
Erst nachdem die gewünschte Drehzahl um ein geringes Mass überschritten ist, d. h. die Frequenz des den Synchronmotor 28, 29 speisenden Drehstroms etwas geringer ist als seine der Drehzahl der Arbeitsmaschine entsprechende Frequenz, läuft der Rotor 29 rüokwärts und dreht über die Rutschkupplung'30 die Spindel 32 in umgekehrter Richtung und verschiebt die Mutter 33 im Sinne eines Schliessens des Schiebers 12. Durch dieses Schliessen wird der Druck in der Leitung 9 erhöht, der Steuerkolben 16 bewegt sich weiter in Richtung kleineres Drehmoment, die Drehzahl sinkt dadurch wieder ab.
Der Schieber 12 pendelt im normalen Betrieb um eine Mittellage, wobei die Schnelligkeit des Pendeln durch die Steigung des Gewindes in der Mutter 31 bzw. Spindel 32 gegeben ist.
Während des Anfahrvorganges war der Druck in der Leitung 9 geringer als im späteren Gleich- gewichtszustand, der Kolben 24 wurde durch die Feder 25 so weit zurückgezogen, dass der Schieber 23 die Leitung 13 offenhielt. Sobald der Gleichgewichtszustand erreicht ist, steht der Schieber 23 in einer Mittellage. Setzt in der Arbeitsmaschine der Arbeitsprozess der Drehbewegung plötzlich einen grösseren Widerstand entgegen, so tritt in der Arbeitsmaschine ein Drehverzöge- rung ein, die sich auf die Pumpe 7 in der Form überträgt, dass der Druck in der Leitung 9 entsprechend der Verzögerung absinkt.
Dadurch wird der Kolben 24 plötzlich zurückgezogen, der Druck in der Leitung 9 sinkt dadurch noch stär- ker ab, und der Kolben 16 geht in Richtung stärkeres Drehmoment schnell zurück. Dadurch wird der Arbeitsmaschine ein erhöhtes Drehmoment zugeführt, so dass der Gleichgewichtszustand in kürzester Zeit wieder erreicht wird, die Verzögerung wird wieder Null, der Gleichgewichtszustand in der Leitung 9 stellt sich durch das Bewegen des Schiebers 23 in seine Normallage und das Verschieben des Kolbens 16 in seine Normallage wieder ein. Zur Regelung der Beschleunigung oder Verzögerung dient also der Steuerschieber 23, zur Regelung der Drehzahl das Re-
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An Stelle des Antriebsmotors 2 und des Drehmomentenwandlers 3 kann auch eine Turbine 37
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der andern RegelgliederAusführungsbeispieles nach Fig. 1.
Befindet sich der Steuerkolben 16 am Anschlag 39, so fliesst aus der Düse 40 (Fig. 2) die grösstmögliche Flüssigkeitsmenge aus : Das Moment an der Turbine
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des Steuerkolbens 16 ist die Düse 40 geschlossen, das Moment ist Null. Diese Verhältnisse liegen vor, wenn es sich bei der Turbine um eine solche handelt, die mit konstantem Druck arbeitet. Wird im Gegensatz dazu die Turbine von einer Pumpe
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ist der Förderdruck am grössten bei fast geschlossener Düse 40. In diesem Fall kann als Pumpe eine Zahnradpumpe, Schraubenpumpe oder Kolbenpumpe mit gleichbleibendem Hub verwendet werden. Der Druck ist am geringsten bei weit geöffneter Düse 40. Entsprechend ist auch das an der Turbine zur Verfügung stehende Drehmoment umso grösser, je weiter die Düse geschlossen ist.
Diese Tatsache erscheint merkwürdig, so dass dazu noch folgendes bemerkt wird : Verringert man den Austrittsquerschnitt der Düse, so erhöht sich der Druck vor der Düse, da die Pumpe ja stets die gleiche Fördermenge liefert. Dementsprechend erhöht sich auch die Geschwindigkeit der aus der Düse ausströmenden Flüssigkeit. Es kann also die gesamte geförderte Flüssigkeitsmenge aus der Düse austreten und erzeugt, da sie mit erhöhter Geschwindigkeit auf die Turbinenschaufeln auftrifft, ein höheres Drehmoment.
In diesem Fall muss der Hebel 19 nicht durch die Feder 20, sondern durch die Feder 20'belastet werden, und die Flüssigkeit nicht über die Leitung 9, sondern über die Leitung 9'zugeführt werden. Das gleiche gilt für den Fall, dass die Pumpe mit veränderlicher Fördermenge arbeitet, wobei aber die Fördermenge für jede Drehzahl fest vorgegeben wird, z. B. bei Verwendung einer Kolbenpumpe mit einstellbarem, veränderlichem Hub, unter der Bedingung, dass z. B. die Leistung im gesamten Drehzahlbereich etwa konstant sein soll.
Soll die Regelung mittels elektrisch beeinfluss- ter Mittel durchgeführt werden, so treibt man mittels des Kettentriebes 6 eine Welle 41 an (Fig. 3), auf der ein Besch1eunigungsmessgerÅat, ein Winkeldifferenzmessgerät und ein Drehzahlmessgerät angeordnet sind. Gegenüber der Scheibe 42 des Beschleunigungsmessgerätes ist eine Masse 43 an Blattfedern 44 gelenkig gelagert. Schlägt die
Masse 43 aus, so kommen, je nach Ausschlags- richtung, die Kontakte 45, 46 (Fig. 4), bzw.
47, 48 in Berührung. Die dadurch geschlossenen
Stromkreise beeinflussen Magnete 49 bzw. 50 (Fig. 7) so, dass der bei gelagerte Hebel 52 nach der einen oder der andern Seite bewegt wird. Der Hebel 52 steht unter Wirkung von zwei ihn in eine Mittellage einstellenden Federn
53, 54. Der Hebel 52 steht in seiner Mittellage, sofern die Kontakte-, 47 mit ihren Gegenkontakten nicht in Berührung stehen. Ein unzulässig hohes Verschwenken der Masse 43 gegenüber der Scheibe 42 wird durch anschlage 55 verhindert
Ein einfaches, wenn auch nicht ganz exaktes. aber für diese Zwecke ausreichendes Winkelmess-
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durch die Feder 58 in einer Mittellage gehalten wird.
Treten Winkelinderungen auf, so ist dit Masse 57 bestrebt, mit der konstanten Winkelgeschwindigkeit weiter zu laufen, während die Scheibe 56 zurückbleibt oder voreilt. Dadurch kommen, je nach Richtung der Winkeländerung. die Kontakte 59, 60 mit den Kontakten 61, 62 il' Berührung (Fig. 5).
Berühren sich die Kontakte 59, 61 bzw. 60,62 so wird ein Verstellmotor 63 (Fig. 7) in Umlauf versetzt, je nachdem, welche Kontakte sich berühren, in der einen oder in der andern Richtung. dadurch schliesst bzw. öffnet das Ventil 38, die Düse 40. Der Verstellmotor ist am Hebel 52 fest angeordnet, macht also dessen Schwenkbewegun-
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Das Drehzahlmessgerät (Fig. 3 und 6) besteht aus zwei Scheiben 64, 65, die auf einer Hülse 6r fest angeordnet sind. Zwischen den Scheiben 64.
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ten, die über eine Stange 69 mit zwei Regelstangen 70, 71 gelenkig verbunden ist. Das freie Ende der Regelstange 70 steht über eine weitere Stange, Draht od. dgl. 72 mit, der Scheibe 64 in Verbindung.
Am freien Ende der Regelstange 71 ist zwischen Kugellagern 73 eine Platte 74 angeordnet, die von einem an einem Ende topfartig gestalteten, nicht drehenden Bolzenteil 75 umfasst wird, welches unter Wirkung einer Zugfeder 76 steht, deren Vorspannung mittels eines Einstellrades 77 veränderbar ist. An der Masse 67 sind Kontakte 78, 79 vorgesehen, die an Kontakten 80, 81 zur Anlage kommen können, wodurch Stromkreise geschlossen werden, die entweder den Verstellmotor 63 (Fig. 7) oder einen mit andern Drehzahlen arbeitenden Verstellmotor in gleicher Weise beeinflussen, wie dies beim Winkelmessgerät bereits beschrieben wurde.
Ist die auf die Masse 67 einwirkende Zentrifugalkraft grösser als die von der Zugfeder 76 ausgeübte Kraft, so wird die Masse in Richtung des Pfeiles 81'nach aussen bewegt, so dass sich die Kontakte 78 und 80 berühren. Sinkt die Drehzahl gegenüber der gewünschten Drehzahl, so berühren sich die Kontakte 79 und 81. Die richtige Drehzahl ist vorhanden, wenn sich, keine Kontakte berühren.
Selbstverständlich können die Kontakte ver- stellbar angeordnet werden, so dass man die Emp- findlichkeit der einzelnen Steuervorgänge leicht beeinflussen kann. Man kann auch die Steifigkeit der Zugfeder 76 durch Einbau einer andern Fe- der mit anderem Charakter verändern.
Die Regelcharakteristik des erfindungsgemässer.
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Antriebes wird an Hand des Schaubildes gemäss Fig. 8 erläutert : In Abhängigkeit von der Drehzahl ist das Drehmoment für einen idealen Drehmomentenwandler aufgezeichnet, u. zw. für volles Drehmoment, 75"/o, 50 At und 25% des Drehmomentes.
Die schwach ausgezogenen Drehmomentenkurven entsprechen den Werten eines nicht in erfin- dungsgemässer Weise gesteuerten Drehmomentenwandlers. Die stark ausgezogene Kurve zeigt die Charakteristik eines erfindungsgemäss gestalteten Drehmomentenwandlers, u. zw. zeigt der gerade Kurventeil den Arbeitsbereich bei normaler Belastung der Arbeitsmaschine und der gekrümmte Kurventeil den Arbeitsbereich nach überschreiten einer wählbaren, gerade noch als zulässig anzusehenden Belastung.
Einen Antriebsmaschinensatz, der wesentlich einfacher und übersichtlicher ist als die vorher be. schriebenen Beispiele, zeigen die Figuren 9-11.
Die von dem Antriebssatz anzutreibende Werkzeugmaschine, beispielsweise eine Schälmaschine, wird mit der Abtriebswelle 82 eines von einem Hauptmotor 83 angetriebenen Drehmomentenwandlers 84 gekuppelt. Der Drehmomentenwandler 84 ist regelbar, beispielsweise mittels eines Steuerkolbens 85 (Fig. 11), der in einem Gehäuse 86 geführt ist, das bei 87 am Drehmomentenwandler gelagert wird. Der Kolben 85 steht mit einer Kolbenstange 88 bei 89 mit einem zweiarmigen Hebel 90 in gelenkiger Verbindung, der selbst, beispielsweise im Gehäuse des Drehmomentenwandlers 84, bei 91 gelagert ist. Auf der Antriebswelle 92 des Drehmomentenwandlers 84 ist eine Muffe 93 angeordnet, die ausser zwei Flanschen 93'und 93" einen mit einer Schrägverzahnung 94 versehenen Flansch 93"' trägt.
Der zweiarmige Hebel 90 ist an der der Gelenkstelle $9'angewandten Seite'gabelförmig so gestaltet, dass er mit Gleitstücken 95 in den von der Muffe 93 und den Flanschen 93'und 93" gebildeten Ringraum einfasst, so dass bei seiner Verschwenkung um die Lagerstelle 91 ein Verschieben der Muffe 93 im Sinne des Pfeiles 96 möglich wird. In die Schrägverzahnung 94 greifen ebenfalls schrägverzahnte Zahnräder 97 ein, die auf Wel- len 97'festgelegt sind, so dass die an den Wellen 97'festgelegten drehbaren Pumpensch'au'feln M des Drehmomentenwandlers verstellt werden können, wenn die Muffe 93 verschoben wird. Die feststehenden Leitschaufeln des Drehmomentenwandlers sind mit 99, 100 und 101 bezeichnet.
Zwischen den Leitschaufeln. 9. 9, J ? 00 und der Schaufel 101 fassen, wie bekannt, die Teile 102, 103 der Turbinen des Drehmomentenwandlers ein. Die Turbine steht mit der Abtriebswelle 82 in fester Verbindung.
Auf den Kolben wirkt Drucköl ein, das in einer Leitung 104 umläuft, u. zw. dadurch, dass die Leitung 104 bei 105 und 106 an das Gehäuse 86 angeschlossen ist. In der Leitung 104 sind zwei Pumpeen107und108angeordnet, vonodenendie
Pumpe 107, beispielsweise über einen Kettentrieb
109 und Kettenräder 110, 111, von der Abtriebs- welle 82 des Ddhmomentenwandlers 84 aus an- getrieben wird. Im Ausführungsbeispiel nach
Fig. 9 ist zum Antrieb der Pumpe 108 ein Motor
112 vorgesehen, der über ein durch ein Handrad 113 steuerbares, stufenlos regelbares Getriebe 114 mit der Pumpe 108 unter Zwischenschaltung von Kupplungen 115, 116 verbunden ist.
Von der Leitung 104 zweigt eine Leitung 117 zu einem als überdruckventil gestalteten Sicherheitsventil 118 ab, die hinter dem Ventil 118 in einen Ölbehälter 119 mündet. Ebenfalls vor der zweiten Pumpe 108 zweigt eine Leitung 120 ab, die über ein Leckölventil 121 zu einem Windkessel 122'führt, in dem Drucköl durch Druckluft beaufschlagt vorgesehen ist. Der Druck dieser Druckluft kann durch ein Manometer 123 albgelesen werden. Hinter dem Windkessel 122 ist eine von einem Motor 124 angetriebene Leckölpumpe 125 angeordnet, die über die Leitung 120' mit dem öl-behälter 119 in Verbindung steht.
Zwischen der Pumpe 107 und der Pumpe 108 steht die Leitung 104 mit einer Leitung 126 in Verbindung, die unter Zwischenschaltung eines weiteren Leckölventils 127 an die Leitung 120 bei 128 angeschlossen ist. Ein weiteres überdruck- ventil 129 ist zwischen den Pumpen 107 und 108 einerseits an die Leitung 104, anderseits über die Leitung 130 an den Ölbehälter 119 angeschlossen.
Während die Pumpe 108 gemäss Ausführungsbeispiel nach Fig. 9 dadurch in ihrer Fördermenge einstellbar ist, dass sie über ein stufenlos regelbares Getriebe (114) angetrieben wird, ist die Pumpe 108' des Ausführungsbeispiels- nach Fig. 10 so ausgelegt, dass ihre Fördermenge zwar auch regelbar, normalerweise aber unveränderlich ist, wobei ihre Förderleistung wesentlich hoher ist als die Förderleistung der Pumpe 107,'u. zw.
bei höchster Abtriebsdrehzahl. Zweckmässig ist es, die Förderleistung der Pumpe 108'doppelt so hoch zu bemessen wie die Leistung, der Pumpe 107.
Wenn die Pumpe 108 z. B. die doppelte Fördermenge der Pumpe 107 bei gleicher Drehzahl hat, so kann man die Pumpe 108 langsamer laufen lassen als die Pumpe 107. Dieses kann eventuell von Bedeutung sein, sofern man das stufenlose Getriebe 114 aus Verschleissgründen mit verhältnismässig niedrigen Drehzahlen laufen lassen will.
Nach dem Ausführungsbeispiel der Fig. 10 stehen die beiden Stränge der Leitung 104'über ein Überströmventil. 131 miteinander in Verbindung. Der zwischen den Pumpen 107 und 108'vorgesehene Leitungsstrang mündet bei 132 bzw. 133 in das Überströmventil 131 ein. Von diesem Leitungsstrang zweigt eine Leitung 134 zu dem andern Strang der Leitung 104'ab. Der Querschnitt dieser Leitung 134 kann durch ein von einem Handrad 135 gesteuertes Nadelventil 136 und durch einen Schieber 137 verändert werden, der mit einem Kolben 138 und einer
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Kolbenstange 139 in Verbindung steht, an der eine Feder 140 angreift. Die Vorspannung der Feder kann mittels des Handrades 141 durch Verdrehen der Spindel 142 geändert werden.
Die Wirkungsweise der Antriebsmaschine wird an Hand des Ausführungsbeispieles nach Fig. 9 erläutert : Zunächst wird der Motor 112, ein normaler Asynchronmotor und in Sonderfällen auch ein Synchronmotor, eingeschaltet. Ober das stufenlos regelbare Getriebe 114 wird die Pumpe 108 auf die Drehzahl gebracht, mit der später die Abtriebswelle 82 umlaufen soll. Die Pumpe 108 fördert jetzt Flüssigkeit in Richtung auf die Pumpe 107. Da diese Pumpe stillsteht, entsteht ein Überdruck, der über die Leitung 106, den Kolben 85 nach rechts bewegt und damit die Schaufeln des Drehmomentenwandlers im Sinne eines maximalen Drehmomentes verdreht. Das Sicherheitsventil 129 sorgt dafür, dass in der Leitung ein bestimmter, einstellbarer Höchstdruck nicht überschritten wird.
Da die Pumpe 108 die Leitung vor ihr leersaugt, wird ihr über das Leckventil 121 laufend neue Flüssigkeit aus dem Flüssigkeits-Windkessel
122 zugeführt. Die Pumpe 125 sorgt dafür, dass in dem Kessel 122 ein bestimmter, einstellbarer,
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nügend Flüssigkeit nachgefördert wird. Beim Ein- schalten des Hauptmotors 83 läuft der Drehmo- mentenwandler also mit grösstmöglichem Dreh- moment und beschleunigt die Abtriebswelle so lange, bis die Pumpe 107 über die Zahnräder und Zahnkette 110, 111 mit einer Drehzahl an- getrieben wird, die etwas'höher ist als die einge- stellte Drehzahl der Pumpe 108, dadurch för- dert nämlich die Pumpe 107 mehr Flüssigkeit als die Pumpe 108.
Es entsteht an der Stelle 105 ein grösserer
Druck als an der Stelle 106. Der Kolben 85 geht (nach links) zurück in Richtung kleineres Dreh- moment. Je nach dem an der Abtriebswelle ab- zugebenden Drehmoment stellt sich der Kolben
85 von nun an immer so ein, dass die Drehzahl der Welle 82 keine oder nur geringfügige An- derungen ausführt, u. zw. unabhängig von der
Belastung, die die Abtriebswelle 82 von der an- zutreibenden spanabhebenden Werkzeugmaschine erfährt. Die überdruckventile 118 und 129 sor- gen dafür, dass ein bestimmter Höchstdruck in den Leitungen nicht überschritten wird, während die Leckventile 121 und 127 dafür sorgen, dass die Leitungen in dem Kreislauf immer mit Flüs- sigkeit gefüllt sind und sich keine Luftpolster in dem Kreislauf bilden können.
Wird während des
Laufes der Maschine eine andere Drehzahl ge- wünscht, so muss lediglich durch Verstellung des stufenlosen Getriebes 114, z. B. mittels Handrad
113, die Drehzahl der Pumpe 108 geändert wer- den. Die Abtriebswelle 82 spielt sich dann auf
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durch116'. Das Getriebe 114'kann beispielsweise durch ein Handrad 113'geregelt werden. Die Pumpe 108 wird von einem polumschaltbaren Elektromotor 112'über eine Kupplung 115'unmittelbar angetrieben.
Auf der Welle der ersten Pumpe 107 ist ein Drehbeschleunigungs-Messgerät angeordnet, das dem Drehbeschleunigungs-Messgerät nach Fig. 4 entspricht. Dieses Messgerät besteht aus einer Scheibe 42'und einer Masse 43', die an Blatte- dern 44'gelenkig gegenüber der Scheibe 42'gelagert ist. Schlägt die Masse 43'aus, so kommen - je nach Ausschlagrichtung-die Kontakte 45', 46'bzw. 47', 48'in Berührung. Die dadurch geschlossenen Stromkreise steuern den polumschaltbaren Motor 112'.
Man erreicht dadurch, dass die beiden Pumpen 107, 108, ganz abgesehen davon, mit welcher Drehzahl die Abtriebswelle 82 umläuft, immer mit fast der gleichen Drehzahl umlaufen, beispielsweise einer Drehzahl von 1000 Umdrehungen pro Minute, wodurch der Wirkungsgrad des Antriebssatzes verbessert wird. Besteht nun die Möglichkeit, dass im Antrieb oder Abtrieb der Arbeitsmaschine, wie dies beispielsweise bei Schälmaschinen der Fall ist, Stösse auftreten, dann würde die Drehzahl absinken und sich dann wie- der auf die normale Drehzahl einstellen. Sieht man, wie vorgeschlagen wird, auf der Welle der Pumpe 107 einen Drehbeschleunigungsmesser 42' - vor und beeinflusst man mit den beiden Stromkreisen den polumschaltbaren Motor 112', so werden auftretende Stösse sehr schnell ausgeglichen.
Nimmt man einmal an, dass der Motor 112'normal mit 1000 Umdrehungen pro Minute umläuft, dann kann man ihn durch Umschalten auf 1500 Umdrehungen pro Minute bringen und ihn, auch auf Gegenstrom setzen. Wenn man Ge- gen strom'gibt, dann müsste der Rotor seine Drehrichtung ändern. Eine solche Drehrichtungsänderung tritt jedoch nicht auf, da der Motor 112' mit der Pumpe 108 ja unmittelbar gekuppelt ist.
Der Rotor des Elektromotors 112'bleibt in die- sem Fall stehen. Schaltet man den Motor auf
1500 Umdrehungen pro Minute um, so fördert er plötzlich wesentlich mehr. Wenn der Beschleunigungsmesser Verzögerung anzeigt, dann wird die Drehzahl des Elektromotors 112'plötzlich von 1000 Umdrehungen pro Minute auf 1500 Umdrehungen pro Minute ansteigen, ohne dass sich am System etwas ändert. Sowie die Verzögerung ausgeglichen ist, läuft der Motor 112'und damit die Pumpe 108 wieder mit 1000 Umdrehungen pro Minute um.
Tritt eine starke Beschleunigung auf, beispielsweise dann, wenn der Antrieb plötzlich entlastet wird, dann wird Ge-
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läuft die Pumpe 108 mit normaler Drehzahl, also im vorliegenden Fall mit 1000 Umdrehungen pro Minute um, und es ist keine besondere Regelung zusätzlicher Art mehr erforderlich, weil sich das System von selbst schnell wieder einregelt.
Wenngleich man die vorbeschriebenen Antriebssätze bevorzugt bei Werkzeugmaschinen verwenden wird, so können sie auch bei andern Antrieben, beispielsweise Walzwerken, Schiffsantrieben usw., Verwendung finden, bei denen es darauf ankommt, dass die Drehzahl konstant gehalten wird.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Antriebseinrichtung für Werkzeugmaschinen, insbesondere Schälmaschinen oder andere spanabhebende Werkzeugmaschinen, die von einem Elektromotor über einen stufenlos regelbaren Zwischentrieb mit einstellbarer konstanter Drehzahl angetrieben werden, dadurch gekennzeichnet, dass als Zwischentrieb in an sich bekannter Weise ein Drehmomentenwandler (3) oder ein aus einem mit einer Pumpe in einem Kreislauf liegenden Turbine (37) bestehendes Aggregat, das Verstellglieder für die Änderung des Drehmomentes enthält, vorgesehen ist, dessen Abtriebsdreh-
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schlagung der Turbine konstant gehalten ist.