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Getriebe für den Antrieb des Werkzeugträgers einer Streckenvortriebsmaschine
Die Erfindung betrifft die Ausbildung eines Getriebes für den Antrieb des Werkzeugträgers
einer Streckenvortriebsmaschine, das für die Aufgabenstellung bei einer Streckenvortriebsmaschine
besonders gut geeignet ist. Diese Eignung beruht vornehmlich darauf, daß sich das
Getriebe der kombinierten Wirkung von mechanisch wirkenden Kraftübertragungsmitteln
und hydraulisch angetriebenen Organen bedient. An das Getriebe für den Antrieb des
Werkzeugträgers einer Streckenvortriebsmaschine werden besondere Anforderungen gestellt,
weil es darauf ankommt, für den Antrieb des Werkzeugträgers ein verhältnismäßig
großes Kräftemoment zur Verfügung zu haben, das unabhängig von der Größe der Geschwindigkeit
regelbar ist. Der Erfüllung dieser Forderung sind schon deshalb Grenzen gesetzt,
weil für das Getriebe nur ein beschränkter Raum zur Verfügung steht.
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Zur Überwindung dieser Schwierigkeit hat man, ohne daß das im Schrifttum
besonders zum Ausdruck kommt, bei verschiedenen Streckenvortriebsmaschinen Getriebe
eingebaut, die in besonders kleinen Geschwindigkeiten schaltbar sind. Es ist auch
bekannt, die Schneidwerkzeuge in einzelne Werkzeuggruppen aufzuteilen, diese Werkzeuggruppen
in verschiedenen Richtungen rotieren zu lassen, um die Reaktionskräfte auf das Maschinengestell
zu verkleinern. Es ist auch bekannt, bei Streckenvortriebsmaschinen Planetenradgetriebe
zu verwenden, um mit möglichst geringen Antriebskräften auszukommen.
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Es wurde auch vorgeschlagen, Getriebe für Strekkenvortriebsmaschinen
derart auszubilden, daß verschiedene Schnittgeschwindigkeiten einzelner Werkzeuggruppen
im Verhältnis zu anderen Werkzeuggruppen erzielbar sind.
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Der größte Nachteil der für Streckenvortriebsmaschinen bisher verwendeten
Getriebe besteht darin, daß die Übertragung der Antriebskräfte für den Werkzeugträger
zwangsläufig in einem bestimmten Verhältnis zu den gefahrenen Schnittgeschwindigkeiten
steht, so daß sich z. B. bei der Maximalgeschwindigkeit das kleinste Drehmoment
am Werkzeugträger ergibt. Ein großer Nachteil ist ferner, daß es bei den für Streckenvortriebsmaschinen
geeigneten Getriebekonstruktionen nicht ohne weiteres möglich ist, . die Werkzeuge
vom Stillstand stufenlos bis zur Maximalgeschwindigkeit bei jeweils größtmöglichem
Drehmoment zu regulieren.
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Andere sonst geeignete Getriebekonstruktionen sind bei Streckenvortriebsmaschinen
deshalb nicht verwendbar, weil sie bei dem verhältnismäßig kleinen zur Verfügung
stehenden Raum kein ausreichend großes Drehmoment auf den Werkzeugträger übertragen
können.
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Dies ist vornehmlich darauf zurückzuführen, daß für Streckenvortriebsmaschinen
Untersetzungsgetriebe erforderlich sind, die bei Anwendung der herkömmlichen Konstruktionen
einen sehr großen Raum beanspruchen. Berechnungen bei Streckenvortriebsmaschinen,
die ein verhältnismäßig großes Drehmoment benötigen,. haben ergeben; daß die einzelnen
Kraftübertragungsmittel Dimensionen benötigen, die deren Anwendung bei Streckenvortriebsmaschinen
verbieten. Insbesondere wäre die Baulänge der Getriebe so groß geworden, daß die
Beweglichkeit der Streckenvortriebsmaschine sehr eingeschränkt worden wäre. Dieser
Nachteil konnte nicht in Kauf genommen werden. Mit den bekannten Getriebekonstruktionen
waren also bei der Herstellung von Streckenvortriebsmaschinen Grenzen gesetzt, die
mit den bekannten Mitteln nicht mehr überwunden werden konnten.
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Die Erfindung betrifft demgegenüber eine Getriebekonstruktion, bei
der nebeneinander in einer bestimmten Anordnung hydraulisch beaufschlagte und mechanisch
wirkende Kraftübertragungsmittel Verwendung finden. Diese Kombination von hydraulischen
und mechanischen Kraftübertragungsmitteln hat zur Folge, daß auf den Werkzeugträger
ein derart großes Kräftemoment übertragen werden kann, daß die volle Ausnutzung
des Werkzeugträgers auch bei einer großen Arbeitsfläche gesichert ist. Ein weiterer
Vorteil des Getriebes nach der Erfindung besteht darin, daß die Schnittgeschwindigkeit
der Schneidwerkzeuge stufenlos aus dem Stillstand bis zu einer technisch erreichbaren
Maximaldrehzahl reguliert werden kann, wobei sich das Drehmoment entsprechend verändert.
Von wirtschaftlicher Bedeutung ist bei dem neuen Getriebe die Möglichkeit, bei verminderter
Antriebsleistung entweder nur den mechanischen Antrieb oder den hydraulischen Antrieb
zu benutzen. Schließlich ist auch noch von großem Vorteil, daß die einzelnen Getriebeteile
nicht zwangsläufig
an bestimmten Stellen des Chassis der Streckenvortriebsmaschine
angeordnet werden müssen. Insbesondere fällt die Notwendigkeit weg, bestimmte Getriebeteile
hintereinander anzuordnen. Es ist vielrr--h: durchaus möglich, daß Getriebeteile
sowohl ?_ebe-!°:nander als auch hintereinander v:°ahlweise angeordnet werden können,
so daß eine unnötig große Baulänge, die die Beweglichkeit einschränken würde, vermieden
wird.
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Die Erfindung besteht demgemäß darin, daß bei Anordnung von zwei Antriebsmotoren
der eine Antriebsmotor über mechanisch wirkende Kraftübertragungsmittel mit einer
Ölpumpe gekuppelt ist, die über eine Druckölleitung auf ein hydraulisch antreibbares
Organ einwirkt, das seinerseits über mechanische Kraftübertragungsmittel die Antriebskraft
auf den Werkzeugträger überträgt. Der zweite Antriebsmotor hingegen ist zum Antrieb
einer zweiten Ölpumpe vorgesehen, die unmittelbar auf das hydraulisch antreibbare
Organ einwirkt, so daß stufenlos die Schnittgeschwindigkeit des Werkzeugträgers
durch Verwendung eines rein mechanischen, rein hydraulischen, eines mechanisch-hydraulischen
oder mechanischen und hydraulischen Antriebes regulierbar ist.
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Die technische Wirkung einer derartigen Getriebekonstruktion hängt
dabei weder von einer bestimmten Ausbildung der mechanisch wirkenden Kraftübertragungsmittel
noch von der Ausbildung der Ölpumpe ab. Auch die Wirkungsweise des hydraulisch unmittelbar
beaufschlagten Organs hängt nicht von der kinematischen Funktion dieses Organs ab.
Es kann z. B. ein Kolbenantrieb und auch ein Turbinenantrieb Verwendung finden.
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Gemäß der weiteren Ausführungsform der Erfindung ist als mechanisch
wirkendes Kraftübertragungsmittel ein Planetenradgetriebe vorgesehen, bei dem die
Planetenräder auf dem inneren Zahnkranz einer Regelscheibe ablaufen, deren äußerer
Zahnkranz über das Zahnrad auf die Ölpumpe einwirkt.
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Gemäß der weiteren Ausführungsform der Erfindung besteht das unmittelbar
hydraulisch beaufschlagte Organ aus einem in einem Zylinder bewegten Kolben. der
über einen Kurbelantrieb und ein Zahnrad auf den Werkzeugträger und die Abtriebsscheibe
einwirkt.
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Erfindungsgemäß ist ferner das hydraulische System derart ausgebildet,
daß sowohl der Öldruck von der ersten Ölpumpe als auch der unmittelbar wirkende
Öldruck von der zweiten Ölpumpe dem Zylinder zuführbar sind, dessen Kolben Bestandteil
des Kurbelantriebs ist.
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In der Zeichnung ist schematisch ein Ausführungsbeispiel der Erfindung
dargestellt.
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Von einem Elektromotor 1 wird über eine Kupplung 2 und eine Antriebswelle
3 ein Sonnenrad 4 angetrieben, das mehrere Planetenräder 5 antreibt, die auf den
Zapfen 6 der Abtriebsscheibe 7 drehbar gelagert sind und außerdem mit der Regelscheibe
8 im Eingriff stehen. Mit der Regelscheibe 8 im Eingriff steht ferner das Zahnritzel
9, das über die Welle 10 eine regelbare Ölpumpe 11 antreibt, die den erzeugten
Öldruck über eine Druckleitung 32, einen Zweiwegehahn 22, über Regelventile 20,
21 und elastische Leitungen 23, 24 abwechselnd den Enden eines Zylinders 14 zuleitet,
so daß das Druckmittel auf einen Kolben 15 einwirken kann. über den Zweiwegehahn
22 und die Rohrleitung 33 kann das Öl drucklos zum Behälter 27 ablaufen. Der Zylinder
14 ist auf einer Welle 17 schwenkbar gelagert. Durch den Öldruck wird auf
diese Weise der Kurbeltrieb 16 in Bewegung gesetzt, der über eine Welle
13 ein Zahnrad 12 antreibt. Dieses Zahnrad 12 überträgt die
Antriebskraft auf die Antriebsscheibe 7 und den Werkzeugträger 18. Die Ölpumpe
11 steht durch eine Ansaugleitung 26' mit einem Ölbehälter 27 in Verbindung,
so daß jederzeit das Druckmittel angesaugt werden kann.
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Außerdem ist ein zweiter Antriebsmotor 25 vorgesehen, der zum Antrieb
einer zweiten Druckpumpe 19 dient. Diese Druckpumpe steht in bekannter Weise über
eine Ansaugleitung 26" mit einem Ölbehälter 27 in Verbindung. Mittels dieser Einrichtung
kann allein oder zusätzlich der Zylinder 14 über die Regelventile 20, 21. mit einem
Druckmittel versorgt werden.
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Der Kolben 15 ist zweckmäßig als Stufenkolben ausgebildet, so daß
auf jeder Seite die beaufschlagte Fläche gleich groß ist. Das Druckmittel wird durch
elastische Leitungen 30, 31 und Regelventile 28, 29 zu dem Ölbehälter 27 zurückgeführt.
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Beim Anfahren ist die Zufuhr vom Druckmittel zum Zylinder 14 über
die Regelventile 20, 21 zunächst gesperrt. Der Zylinder 14 führt infolgedessen
keine Bewegung mit dem Kurbeltrieb 16 aus, so daß das Zahnrad 12 feststeht und dieses
Zahnrad die Abtriebsscheibe 7 und den Werkzeugträger 18 festhält. Beim Einschalten
des Elektromotors 1 wird das Sonnenrad 4 in Bewegung gesetzt, das seinerseits
über die Planetenräder 5, die Regelscheibe 8, das Zahnrad 9 und die Welle
10 die Ölpumpe 11 antreibt. Beim: Öffnen der Regelventile 20, 21 gelangt
das Druckmittel in den Zylinder 14, so daß über die Kurbel 16, die Welle
13 und das Zahnrad 12 die Abtriebsscheibe 7 und der Werkzeugträger
18 in Bewegung gesetzt werden. Die Kraftübertragung kann erhöht werden durch
Einschalten des Elektromotors 25, der über die Ölpumpe 19, den Zylinder
14 und den Kurbeltrieb 16 auf die Abtriebsscheibe 7 und den Werkzeugträger
18 einwirkt.
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Bei der Benutzuno, des Getriebes können folgende Betriebszustände
entstehen: Zustand a - mechanisch-hydraulischer Antrieb Der eingeschaltete Motor
gibt die Kraft über die Kupplung 2 und Welle 3 an das Sonnenrad 4 ab. Das Sonnenrad
4 treibt die Planetenräder 5, die auf den Wellen 6 der Abtriebsscheibe
7 drehbar gelagert sind, die über das Zahnrad 12 und die Welle 13 von dem Kurbeltrieb
14, 15, 16 festgehalten wird. Dadurch wird die Regelscheibe 8 in Bewegung gesetzt,
die über das Zahnrad 9 und die Welle 10 die Ölpumpe 1.1 antreibt. Die Abtriebsscheibe
7 mit dem Werkzeugträger 18 steht still. Das Drucköl aus der Pumpe
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gelangt über den Zweiwegehahn 22 und über Regelventile 20, 21 zum
Zylinder 14, der nunmehr in Bewegung kommt und über den Kolben 15 und den
Kurbeltrieb 16 das Zahnrad 12 antreibt. Der Zweiwegehahn 22 ermöglicht den Durchfluß
des Öls in zwei Richtungen und eine Sperrung der Druckleitung. Damit kommen die
Abtriebsscheibe 7 und der Werkzeugträger 18 ebenfalls in Bewegung.
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Zustand b - rein mechanischer Antrieb Der Ablauf der Ölpumpe 11 wird
blockiert, so daß das Zahnrad 9 zum Stillstand kommt und auf diese Weise die Regelscheibe
8 abbremst. über den Planetentrieb
4, 5, 6 erhalten damit die Abtriebsscheibe
7 und der Werkzeugträger 18 ihre Maximalgeschwindigkeit.
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Zustand c - kombinierter mechanischer und hydraulischer Antrieb Bei
der vorstehend beschriebenen Schaltung kann lediglich das Drehmoment des Elektromotors
1 in Arbeitsenergie umgewandelt werden. Eine Erhöhung des Drehmomentes gegenüber
der beschriebenen Schaltung ergibt sich folgendermaßen: Der Elektromotor 25 treibt
die Druckpumpe 19, die ihrerseits über Regelventile 20, 21 den Zylinder 14 mit Drucköl
versorgt und den Kurbeltrieb 15, 16 und das Zahnrad 12 über die Welle 13 in Umdrehungen
versetzt. Die Kraft, die sich hier ergibt, wird zu der in der vorigen Schaltung
bereits aufgewendeten Kraft addiert, so daß sich damit für die Abtriebsscheibe 7
und den Werkzeugträger 18 die höchste Kraftabgabe aus der installierten Leistung,
Elektromotor 1, Elektromotor 25 über Druckpumpe 19 ergibt. Zustand d - rein hydraulischer
Antrieb Die letzte Antriebsmöglichkeit ergibt sich über die Hydraulik mit Hilfe
des Elektromotors 25 über die Druckpumpe 19, die Regelventile und den Kurbeltrieb
16, 15, 14 und die Welle 13 und das Zahnritzel 12, das nunmehr sowohl den Werkzeugträger
als auch die Abtriebsscheibe 7 antreibt und in Bewegung setzt. Der Planetentrieb
4, 5, 6 läuft dabei leer mit, wobei die Ölpumpe 11 völlig geöffnet ist und das Öl
drucklos über den Zweiwegehahn 22 und die Leitung 33 zum Behälter 27 abläuft. Auf
diese Weise lassen sich mit halbem Drehmoment die Abtriebsscheibe 7 und der Werkzeugträger
18 vom Stillstand aus stufenlos anfahren.