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Kraftübertragungsvorrichtung für Wickelmaschinen Die Erfindung bezieht
sich auf eine Kraftübertragungsvorrichtung mit steuerbarem Verhältnis von Abtriebs-
zu Antriebsdrehzahl für Wickelmaschinen und Maschinen mit ähnlichen Antriebsbedingungen,
bei denen eine feinfühlige Steuerbarkeit der Kraftübertragungsvorrichtung erforderlich
oder wünschenswert ist.
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Die bisher bekannten Kraftübertragungsvorrichtungen für Wickelmaschinen
bestehen im allgemeinen aus einem Reibradgetriebe mit zwei im Winkel von 90" angeordneten
Achsen und zwei auf den Enden der Achsen aufsitzenden Reibrädern, von denen das
Abtriebsrad auf dem Radteller des Antriebsrades abrollt. Das Abtriebsrad ist auf
seiner Achse derart in Längsrichtung verschiebbar, daß der Berührungspunkt beider
Reibräder längs des Durchmessers des Antriebsrades beliebig einstellbar ist. Das
Übersetzungsverhältnis ist dementsprechend gleich dem Verhältnis des Abstandes zwischen
Berührungspunkt und Mittelpunkt des Antriebsrades zum Radius des Abtriebsrades und
wird Null, wenn der Berührungspunkt mit dem Mittelpunkt übereinstimmt.
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Diese bekannten Reibradgetriebe haben den wesentlichen Nachteil,
daß der Verschleiß, insbesondere des Antriebsrades in der Nähe des Mittelpunktes,
derart hoch ist, daß nach kurzer Betriebsdauer ein gleichmäßiger Anlauf nicht mehr
zu erzielen ist. Die Oberfläche des Antriebsrades ist dann in der Nähe des Mittelpunktes
derart uneben geworden, daß die Drehung der Abtriebsachse ungleichmäßig erfolgt,
so daß ein häufiges Auswechseln des Antriebsrades notwendig ist. DerGrund für diesen
hohenVerschleiß liegt darin, daß die Übertragung des hohen Anlaufdrehmomentes letzten
Endes über einen einzigen Punkt erfolgen muß, und daß daher das Abtriebsrad beim
Anlauf einen großen Schlupf gegen das Antriebsrad aufweist, der zu einer verstärkten
und ungleichmäßigen Abnützung des Antriebsrades in der Nähe des Mittelpunktes führt.
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Es bestand daher das Bedürfnis nach einer für Wikkelmaschinen geeigneten
Kraftübertragungsvorrichtung, die diesen Nachteil des hohen Verschleißes nicht aufweist
und trotzdem den Bedingungen genügt, die an eine solche Kraftübertragungsvorrichtung
gestellt werden müssen, die also einerseits beim Anlauf die Übertragung eines hohen
Anlaufdrehmomentes und andererseits eine feinfühlige Steuerung des Ubersetzungsverhältnisses
kontinuierlich von Null an aufwärts mittels nur eines Betätigungsorganes gestattet
und vorzugsweise die Möglichkeit einer diskontinuierlichen Anderung des Übersetzungsverhältnisses
ausschließt.
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Aus der Kraftfahrzeugtechnik waren nun zwar Kraftübertragungsvorrichtungen
bekannt, die einen
Teil dieser Bedingungen erfüllten. So ist beispielsweise eine
aus der Kombination eines stufenlosen Keilriemengetriebes mit einer Kupplung bestehende
Kraftübertragungsvorrichtung für Fahrzeuge bekanntgeworden, bei der mit dem gleichen
Betätigungsorgan zuerst die Kupplung in Eingriff gebracht und anschließend dasübersetzungsverhältnis
des stufenlosenKeilriemengetriebes geändert wird. Bei einer anderen bekannten Kraftübertragungsvorrichtung
für Motorfahrzeuge, bei der ebenfalls eine Kupplung mit einem stufenlosen Keilriemengetriebe
kombiniert ist, läßt sich die als Lamellenkupplung ausgebildete Kupplung bei jedem
Obersetzungsverhältnis des stufenlosen Getrieb es ausrücken. Diese für Motorfahrzeuge
vorgesehenen Kraftübertragungsvorrichtungen gestatten zweifellos die Übertragung
eines hohen Anlaufdrehmomentes, und bei der erstgenannten Vorrichtung kann zudem
auch die Steuerung des Obersetzungsverhältnisses vom Stillstand der Abtriebswelle
bei ausgedrückter Kupplung bis zu dem höchsten Ubersetzungsverhältnis des stufenlosen
Getriebes mittels nur eines Betätigungsorgans bewirkt werden.
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Diese aus der Kraftfahrzeugtechnik bekannten Kraftübertragungsvorrichtungen
sind jedoch nur für Motorfahrzeuge geeignet, weil bei diesen die Anforderungen an
die Kontinuität des Anlaufs bei weitem nicht so hoch sind wie beispielsweise bei
Wickelmaschinen. Denn beim Motorfahrzeug sind Antriebs-und Abtriebswelle der Kupplung
sozusagen frei beweglich, eine versehentliche zu schnelle Betätigung der Kupplung
führt höchstens dazu, daß das Fahrzeug eine ruckartige Vorwärtsbewegung macht, wobei
die Rückwirkung der Massenträgheitskräfte auf den Fahrzeugmotor meistens dazu führt,
daß dieser wieder stehenbleibt. Obwohl eine solche Art der Betätigung der Kupplung
zweifellos unerwünscht und auch nicht vorgesehen ist, wird aber letzten Endes dadurch
kein wesentlicher Schaden verursacht.
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Würde man dagegen eine Wickelmaschine z. B. zur Bewicklung eines
Transformators auf die gleiche Weise anfahren, so könnte man mit einiger Sicherheit
damit rechnen, daß der zur Bewicklung vorgesehene Draht reißt. Aus diesem Grunde
müssen also an die Feinfühligkeit der Steuerung bei Kraftübertragungsvorrichtungen
für Wickelmaschinen und Maschinen mit ähnlichen Antriebsbedingungen wesentlich höhere
Anforderungen gestellt werden, wobei Möglichkeiten der erwähnten Art, wie sie bei
jeder Fahrzeugkupplung gegeben sind, von vornherein ausgeschaltet oder zumindest
beschränkt werden müssen.
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Kraftübertragungsvorrichtungen für Motorf ahrzeuge weisen also die
notwendige feinfühlige Steuerbarkeit des Übersetzungsverhältnisses von Null an aufwärts
nicht auf und schließen auch die Möglichkeit einer diskontinuierlichen Anderung
des Übersetzungverhältnisses, insbesondere im Bereich von Null bis zum untersten
Übersetzungsverhältnis des Getriebes, nicht aus. Daher sind die aus der Kraftfahrzeugtechnik
bekannten Kraftübertragungsvorrichtungen für Wickelmaschinen und Maschinen mit ähnlichen
Antriebsbedingungen ungeeignet.
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Es ist jedoch auch schon eine Kraftübertragungsvorrichtung für Wickelmaschinen
bekanntgeworden, bei der mit einem stufenlos regelbaren Reibradgetriebe eine Kupplung
kombiniert ist und bei der diese beiden Teile mit dem gleichen Betätigungsorgan
gesteuert werden, indem zunächst die Kupplung in Eingriff gebracht und anschließend
das Übersetzungsverhältnis erhöht wird. Diese bekannte Kraftübertragungsvorrichtung
hat jedoch neben den bereits oben erläuterten Nachteilen von Reibradgetrieben den
Mangel, daß eine von Null an kontinuierliche Steuerbarkeit der Antriebsdrehzahl
nicht gegeben ist. Vielmehr läßt sich bei der verwendeten normalen Kupplung im Bereich
von Null bis zum untersten Übersetzungsverhältnis des Getriebes nur ein mehr oder
weniger stetiger zeitlicher Anstieg der Abtriebsdrehzahl erzielen, wobei wegen der
direkt mechanischen Kopplung zwischen Betätigungsorgan und Kupplung auch ein ruckartiges
Einrücken der Kupplung und damit ein Reißen des zur Bewicklung vorgesehenen Drahtes
durchaus im Bereich des Möglichen liegt. Die direkt mechanische Kopplung zwischen
dem Betätigungsorgan und der Kupplung sowie dem stufenlosen Getriebe hat zudem noch
den Nachteil, daß auch im Übersetzungsbereich des stufenlosen Getriebes eine diskontinuierliche
Anderung des Übersetzungsverhältnisses und damit ein eventuelles Reißen des zur
Bewicklung vorgesehenen Drahtes möglich ist, weil sich das Übersetzungsverhältnis
bei mechanischer Kopplung im gleichen Moment ändert, in dem das Betätigungsorgan
betätigt wird, und zwar im gleichen Ausmaß wie diese Betätigung. Außerdem ist bei
der bekannten Vorrichtung das Zusammenwirken der Kupplung und des stufenlosen Getriebes
durch das zwischen diesen und dem Betätigungsorgan vorgesehene mechanische Hebelgetriebe
bereits fest vorgegeben, so daß hinsichtlich dieses Zusammenwirkens eine Anpassung
der bekannten Vorrichtung an verschiedene Arbeitsbedingungen nicht ohne größeren
Aufwand möglich ist.
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Diese Mängel und Nachteile der bekannten Vorrichtung werden auch
dadurch nicht beseitigt, daß anstatt des stufenlos regelbaren Reibradgetriebes wie
bei anderen bekannten Kraftübertragungsvorrichtungen für Wickelmaschinen ein stufenlos
regelbares Keilriemengetriebe verwendet wird.
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Der durch die Möglichkeit eines ruckartigen Einrückens der Kupplung
gegebene Nachteil der bekannten Vorrichtung ließe sich zwar dadurch beseitigen,
daß anstatt des vorgesehenen Reibradgetriebes mit Konus und Gegenkonus, dessen tXbersetzungsverhältnis
bekanntlich nicht gleich Null gemacht werden kann, ein Reibradgetriebe der oben
erwähnten Art in auf dem Radteller des Antriebsrades abrollendem Abtriebsrad verwendet
würde und die Kupplung nur beim Übersetzungsverhältnis Null einrückbar wäre.
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Der schon erwähnte Nachteil des hohen Verschleißes solcher Reibradgetriebe
würde aber dabei bestehenbleiben.
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Die bei einer anderen bekannten Kraftübertragungsvorrichtung für
Wickelmaschinen angewendete Form einer hydraulischen Steuerung der Kupplung bietet
ebenfalls keinen sicheren Schutz gegen ein ruckartiges Einrücken derselben.
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe war daher, eine Kraftübertragungsvorrichtung
zu schaffen, die bei geringem Verschleiß die Übertragung hoher Anlaufdrehmomente
gestattet, bei der eine feinfühlige Steuerung des Übersetzungsverhältnisses kontinuierlich
von Null an aufwärts bis zum maximalen Übersetzungsverhältnis mittels nur eines
Betätigungsorgans möglich ist, und die vorzugsweise die Möglichkeit einer diskontinuierlichen
Änderung des Ubersetzungsverhältnisses im gesamten Übersetzungsbereich ausschließt.
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Erfindungsgemäß wird das bei einer Kraftübertragungsvorrichtung mit
einem hydraulisch steuerbaren stufenlosen Getriebe und einer hydraulisch steuerbaren,
in einem Schmiermittelbad laufenden Kupplung für Wickelmaschinen und Maschinen mit
ähnlichen Antriebsbedingungen, bei der mit dem gleichen Betätigungsorgan über einen
Steuerschieber auf einem ersten Teilstück des Betätigungsweges die Kupplung in Eingriff
gebracht und auf dem anschließenden zweiten Teilstück des Betätigungsweges eine
kontinuierliche Erhöhung des Übersetzungsverhältnisses bewirkt wird, dadurch erreicht,
daß der Steuerschieber mit zwei Steuerflächen (»a« und »b«) versehen ist, die so
angeordnet und ausgebildet sind, daß die eine (»a«) eine längs des ersten Teilstückes
des Betätigungsweges stetig veränderbare Ansteuerung des für die Kupplung vorgesehenen
hydraulischen Steuerorgans und die andere (»b«) eine längs des zweiten Teilstückes
des Betätigungsweges stetig veränderbare Ansteuerung des für das Getriebe vorgesehenen
hydraulischen Steuerorgans bewirkt, wobei durch entsprechende Ausbildung des Verlaufes
der Steuerflächen in Bewegungsrichtung des Steuerschiebers beliebige stetige Kurven
der Abtriebsdrehzahl über dem Betätigungsweg erzielbar sind.
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Vorzugsweise sind in dieser Vorrichtung hydraulische Steuerorgane
mit getrenntem Arbeits- und Steuerkolben vorgesehen, bei denen der Arbeitskolben
dem Steuerkolben nachläuft und sich die Steuerwirkung des Arbeitskolbens daher nur
stetig ändert, so daß diskontinuierliche Anderungen des tÇbersetzungsverhältnisses
der Kraftübertragungsvorrichtung auch bei ruckartiger Betätigung des Betätigungsorgans
bzw. der mit diesem gekoppelten Steuerkolben ausgeschlossen sind.
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Das Zusammenwirken der die erfindungsgemäße Kraftübertragungsvorrichtung
bildenden Organe ergibt den Kombinationseffekt. daß die Abtriebsdrehzahl der Kraftübertragungsvorrichtung
von Null bis zur Maximaldrehzahl
kontinuierlich steuerbar ist und
zwischen dem Übersetzungsverhältnis der Krafttibertragungsvorrichtung und dem Betätigungsweg
des Betätigungsorgans (Fußhebel 7) eine eindeutige und bei geeigneter Ausbildung
der Steuerflächen auch knickstellenfreie funktionelle Abhängigkeit besteht, die
allein durch die Ausbildung der Steuerflächen »a« und »b« bestimmt ist und daher
zufolge der Auswechselbarkeit des Steuerschiebers 12 beliebig wählbar ist.
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In diesem Zusammenhang ist darauf hinzuweisen, daß die einzelnen
Organe der erfindungsgemäßen Kraftübertragungsvorrichtung, zumindestens ihrem Prinzip
nach, durchweg bekannt sind. Es wird dementsprechend nicht etwa Elementenschutz
für diese einzelnen Organ bzw. die dieeinzelnen im Patentanspruch niedergelegten
Merkmale, sondern nur Patentschutz für das Zusammenwirken dieser Organe beansprucht.
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Die erfindungsgemäße Kraftübertragungsvorrichtung ist also ein aus
bekannten Elementen bestehendes stufenloses Getriebe mit von Null an kontinuierlich
steuerbarer Abtriebs drehzahl, dessen Steuercharakteristik praktisch ohne Aufwand
veränderbar ist und das also leicht an beliebige Arbeitsbedingungen anpaßbar ist.
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An Hand der Figur ist die erfindungsgemäße Kraftübertragungsvorrichtung
im folgenden an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.
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Im Prinzipschema nach der Figur stellt 1 den Antriebsmotor, 2 die
Antriebsregelscheibe, 3 die Abtriebsregelscheibe und 4 ein im Ölbad der Kupplungseinrichtung
befindliches festes Untersetzungsgetriebe dar. Ferner ist 5 ein Ölbehälter, 6 eine
Lamellenkupplung, 7 ein Pedal, 8 ein kontinuierlich steuerbares Oberdruckventil,
9 ein Druckkolben, 10 die anzutreibende Maschine, 11 eine Zahnradpumpe mit Motor,
12 ein Steuerschieber mit der Steuerfläche »a« für das Überdruckventil 8 und mit
der Steuerfläche »b« für die Betätigung des Druckkolbens 9, und 13 ein Hebel.
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Zur Inbetriebnahme der Maschine 10 werden der Motor 1 und die Zahnradpumpe
11, die den Öldruck erzeugt, eingeschaltet. Das geförderte Ö1 fließt durch das unbelastete
Überdruckventil 8 drucklos zurück in den Ölbehälter 5. Der Motor 1 treibt über die
Antriebsregelscheibe 2 mittels Riemen die durch eine Federvorspannung in ihrer Grundstellung
stehende Abtriebsregelscheibe 3, das Untersetzungsgetriebe 4 und die gelöste Kupplung
6. Bei Betätigung des Fußhebels 7, der hier das Betätigungsorgan darstellt, wird
der Steuerkolben des Oberdruckventils 8 mittels der schrägen Fläche a des Steuerschiebers
12 verschoben, und der drucklose Ölfluß wird zunächst unterbrochen.
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Der entgegen der Federspannung durch den steigenden Öldruck dem Steuerkolben
nachlaufende Hauptkolben läßt den Öldruck, entsprechend dem Weg und der Charakteristik
der Feder-steigen. Je nach dem Betätigungsgrad des Fußhebels 7 wird über die beschriebenen
Bauelemente die Kupplung 6 vom leichten Schleifen zum vollen Einrücken gebracht,
und es werden Drehzahlen der anzutreibenden Maschine von Null an aufwärts ermöglicht.
Sobald die Kupplung 6 voll eingerückt ist, bleibt bei weiterer Betätigung des Pedals
7 in gleicher Richtung der Öldruck konstant infolge Übergang der schrägen Fläche
a des Schiebers 12 in eine gerade Fläche, und die zweite schräge Fläche b bewegt
den Steuerkolben für den Druckkolben 9. Dieser eilt der Bewegung seines Steuerkolbens
auf Grund des in den Druckzylinder einfließenden
Öles nach und erzeugt seinerseits
über den Hebel 13 einen Öldruck im Druckzylinder der Abtriebsregelscheibe 3, der
der Federvorspannung, die die Scheiben der Abtriebsregelscheibe3 zusammenhält, entgegenwirkt
und die Scheiben auseinanderdrückt.
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Der Durchmesser der ebenfalls federvorgespannten Antriebsregelscheibe
2 paßt sich entsprechend der Riemenlänge dem gesteuerten Durchmesser der Regelscheibe
3 an. Mit zunehmendem Betätigungsgrad des Fußhebels 7 in gleicher Richtung wird
also die Drehzahl der anzutreibenden Maschine erhöht.
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Der Verschleiß der im Schmiermittelbad laufenden Lamellenkupplung
ist so gering, daß eine praktisch beliebig lange Lebensdauer garantiert werden kann.
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Durch hydraulische Steuerorgane mit getrenntem Arbeits- und Steuerkolben
ist gewährleistet, daß keine Rückwirkung der zum Einrücken der Lamellenkupplung
sowie zur Steuerung des Keilriemengetriebes erforderlichen, relativ hohen Druckkraft
auf den Fußhebel 7 erfolgen kann.
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Die Kraftübertragungsvorrichtung der vorliegenden Bauart läßt sich
sehr einfach an die unterschiedlichsten Antriebsbedingungen anpassen. Durch eine
Ausbildung des Steuerschiebers 12 und dessen Steuerflächen a und b entsprechend
der Figur wird beispielsweise erreicht, daß zwischen dem Betätigungsgrad des Betätigungsorgans
7 und der Drehzahl der Abtriebsachse der Kraftübertragungsvorrichtung ein linearer
Zusammenhang besteht. In einem Ausführungsbeispiel entsprechend der Figur rotiert
beispielsweise der Antriebsmotor 1 mit einer konstanten Tourenzahl von 1500 Umdrehungen
pro Minute, und das stufenlos regelbare Riemengetriebe 2, 3 weist im gezeichneten
Zustand an der Regelscheibe 3 eine Drehzahl von 500 Umdrehungen pro Minute auf,
welche kontinuierlich bis auf 4500 Umdrehungen pro Minute gesteigert werden kann.
An der Abtriebsachse ist dann eine Drehzahl zwischen 0 und 400 Umdrehungen pro Minute
mit linearem Anstieg über dem Betätigungsweg des Fußhebels 7 erzielbar. Die Drehzahl
von 400 Umdrehungen pro Minute tritt auf, sobald der Fußhebel 7 ganz durchgedrückt
wird, also das Betätigungsorgan zu 100 O/o betätigt ist.
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Der lineare Verlauf der Drehzahl der Abtriebsachse in Abhängigkeit
vom Betätigungsgrad des Betätigungsorgans kann auch in einen Verlauf mit ansteigender
Charakteristik umgeändert werden, indem lediglich der Steuerschieber 12 gegen einen
solchen mit Steuerflächen a und b mit ebenfalls ansteigender Charakteristik ausgetauscht
wird. Eine solche Charakteristik ist besonders in den Fällen erwünscht, bei denen
ein extrem weicher und langsamer Anlauf der angetriebenen Maschine bei großer Leistung
erfolgen soll. Natürlich können auch andere Charakteristiken durch entsprechend
gestaltete Steuerflächen a und b erzielt werden. Von Bedeutung ist, daß bei geeigneter
Wahl der Steigungen des Endes der Steuerfläche a und des Anfanges der Steuerfläche
b Charakteristiken erzielbar sind, die knick-und stoßstellenfrei sind.
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Im Ausführungsbeispiel gemäß der Figur ist die Antriebsmaschine 1
über das stufenlos regelbare Getriebe 2, 3 und über die Kupplungseinrichtung 6 mit
der anzutreibenden Maschine 10 verbunden. Natürlich kann auch umgekehrt die Antriebsmaschine
1 zunächst an eine hydraulisch steuerbare und im Ölbad befindliche Kupplungseinrichtung
angeschlossen sein, die ihrerseits mit einem stufenlos regelbaren Getriebe
verbunden
ist, dessen Abtriebsachse dann die anzutreibende Maschine 10 in Rotation versetzt.
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Es sei auch darauf hingewiesen, daß an Stelle des stufenlos regelbaren
Übersetzungsgetriebes mittels zweier Doppelkegelscheiben und einem Riemen auch jede
andere Art eines stufenlos regelbaren Getriebes verwendet werden kann, wenn dasselbe
geeignet ist, um hydraulisch betätigt zu werden.