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Umlaufräder-Wechselgetriebe Die Erfindung. betrifft ein Umlaufräder-Wechselgetriebe
für mindestens zwei verschiedene übersetzungen, bestehend aus einem oder mehreren
hintereinander angeordneten Umlaufrädersätzen, wobei jeder Umlaufrädersatz aus einem
ungelagerteri inneren Zentralrad, drei in einem Umlaufräderträger gelagerten Umlaufrädern,
einem urgelagerten und axial verschiebbaren äußeren Zentralrad sowie aus zwei elekrtomagnetischen
_ Kupplungen besteht, die feststehende Magnetspulen aufweisen.
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Der Werkzeugmaschinenbau verlangt zur Erzielung der verschiedenen
Arbeitsbewegungen Getriebe, die ganz bestimmte Eigenschaften aufweiset, müssen.
Es wird von diesen Getrieben häufig verlangt, daß die verschiedenen Drehzahlen geometrisch
gestuft und automatisch zu schalten sind. Der Drehzahl- bzw. Geschwindigkeitswechsel
soll z. B. durch. elektrische Impulse herbeigeführt werden. Bei Vorschubantrieben
wird oft verlangt, daß die Bewegung sehr schnell und mit einer hohen Genauigkeit
stillgesetzt werden kann. Bei Antrieben für die Zustellung des Werkzeuges an das
Werkstück wird verlangt, daß das Getriebe auch sehr kleine, genau vorausbestimmte
Bewegungen ermöglicht. Schnelles und genaues Stillsetzer einer Bewegung und das
Zustellen kleinster Beträge ist nur möglich, wenn entweder die zu bewegenden Massen
oder die Geschwindigkeiten klein sind. Außerdem müssen die Übertragungsglieder vom
Antrieb zum bewegten Teil möglichst starr; d. h. kurz sein. Daraus folgt, daß das
Getriebe möglichst kleine Abmessungen haben soll.
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Im Werkzeugmaschinenbau werden automatische, mittels elektromagnetischer
Kupplungen zu schaltende Stirnrad-Wechselgetriebe verwendet, bei welchen die zur
Erzielung der verschiedenen Drehzahlen erforderlichen Zahnräder ständig miteinander
im Eingriff sind und durch die elektromagnetischen Kupplungen drehfest mit den Wellen
verbunden werden. Bei diesen Getrieben sind die einzelnen Wellenstränge nebeneinander
angeordnet; wodurch der erforderliche Platz sehr groß und die Anwendung beschränkt
ist. Dafür jedes Zahnradpaar eine auf einer Welle gelagerte elektromagnetische Kupplung
gebraucht wird, ist auch der bauliche Aufwand groß.
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Es sind auch Umlaufräder-Wechselgetriebe mit elektromagnetischen Kupplungen
bekannt, die eine geometrisch gestufte Drehzahlreihe aufweisen. Ein derartiges bekanntes
Getriebe z. B. besteht aus mehreren hintereinander angeordneten Umlaufrädersätzen,
denen je zwei elektromagnetische Kupplungen zugeordnet sind, die ein mit dem äußeren
oder dem inneren, urgelagerten Zentralrad verbundenes Kupplungsteil entweder mit
dem Gehäuse öder mit dem Umlaufräderträger reibschlüssig verbinden. Eine der beiden
Magnetspulen eines jeden Umlaufrädersatzes ist bei diesem Getriebe umlaufend, so
daß der Spulenstrom- über Schleifringe zugeführt werden muß.. Solche Schleifringe
sind bekanntlich nicht wartungsfrei und beschränken deshalb die Anwendung des Getriebes
auf Einbaufälle, wo es gut zugänglich ist und ständig überwacht werden kann. Dieses
Getriebe weist auch verhältnismäßig große Abmessungen und schwere umlaufende Massen
auf, was ebenfalls einer vielseitigen Anwendung hinderlich ist. Die großen Abmessungen
sowie die großen-umlaufenden Massen sind bedingt durch die Gestaltung und Anordnung
der elektromagnetischen Kupplungen, die in naheliegender Weise als kreisringförmige
Körper das eigentliche Umlaufrädergetriebe umschlingen und damit den Durchmesser
der gesamten Anordnung. fast verdoppeln. -Ein weiteres Umlaufräder-Wechselgetriebe
-besitzt ebenfalls elektromagnetische .Kupplungen, deren Durchmesser wesentlich
größer - ist als der Durchmesser der äußeren Zentralräder, und auch der Spulenstrom
wird für je eine der -beiden. Magnetspulen eines jeden Umlaufrädersatzes über Schleifringe
zugeführt. Außerdem sind bei diesem Getriebe die inneren und die äußeren Zentralräder-ebenso
wie die Umlaufräderträger .besonders gelagert, was bekanntlich eine sehr genaue
Herstellung der Einzelteile voraussetzt, da infolge der starren Lagerung bei vorhandenen
kleinen Fertigungsungenauigkeiten die Umlaufräder nicht gleichmäßig tragen. Um eine
geometrisch gestufte Drehzahlreihe zu erhalten, besitzt dieses Getriebe in der letzten
Stufe einen doppelten Umlaufrädersatz, dessen erstes innere Zentralrad .angetrieben
wird und dessen zweites innere Zentralrad mit der Abtriebswelle fest verbunden ist.
Außerdem
ist noch ein Umlaufräder-Wechselgetriebe mit mehreren--hintereinander angeordneten
Umlaufrädersätzen bekannt, bei dem für das Schalten der verschiedenen Drehzahlen
jedem Umlaufrädersatz eine elektromagnetische Kupplung und eine federbelastete Kupplung
zugeordnet sind. Die federbelastete Kupplung verbindet die mit dem Umlaufräderträger
reibschlüssig und ist im stromlosen Zustand der elektromagnetischen Kupplung geschlossen,
Erhält die Spule der eJcktromagnetischen Kupplung Strom, so wird eine mit dem äußeren
Zentralrad drehfest verbundene Kupplungsscheibe angezogen und mit dem Gehäuse reibschlüssig
verbunden, während die Verbindung -der Antriebswelle mit dem Umlaufräderträger gelöst
wird. Da hierbei die belastende Federkraft aufgehoben werden muß, steht für die
reibschlüssige Verbindung der Kupplungsscheibe mit dem Gehäuse nur noch die halbe
Magnetkraft zur Verfügung. Aus diesem Grunde müssen bei diesem Getriebe die elektromagnetischen-Kupplungen
besonders groß -bemessen werden.
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Weiterhin ist ein Umlaufräder-Wechselgetriebe bekannt, das mit zwei
elektromagnetischen Kupplungen versehen ist, deren Spulen raumfest im Getriebegehäuse
angeordnet sind. Eine Kupplung dient zur wahlweisen Verbindung des äußeren und des
inneren Zentralrades, während die andere Kupplung zur wahlweisen Abbremsung des
inneren Zentralrades dient. Die elektromagnetischen Kupplungen sind als Magnetspulverkupplungen
ausgebildet und in axialer Richtung hinter dem Umlaufrädersatz angeordnet, wodurch
sich eine sehn raumgreifende Konstruktion ergibt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein mittels elektromagnetischer
Kupplungen besonders schnell schaltbares Umlaufräder-Wechselgetriebe zu schaffen,
das bei einer einfachen Bauart möglichst kleine Abmessungen, aufweist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die eine Magnetspule
über einen Luftspalt wirkend die Verbindung des äußeren Zentralrades mit denn Umlaufräderträger
ermöglicht, während die andere Magnetspule zur wählweisen Abbrenasung des äußeren
Zentralrades dient und daß der Umlauf:-räderträger in den hohlgebohrten Spulenkörpem
gelagert ist, so daß der Durchmesser der mit dem äußeren Zentralrad fest verbundenen
Kupplungsteile nicht oder nur um ein. geringes Maß größer ist als der Druchmesser
des äußeren Zentralrades.
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Dadurch, daß die Lagerung der Umlaufräderträger innerhalb der hohlgebohrten
Spule.iköper vorgenommen wird, können die Spulenkörper selbst einen sehr kleinen
Durchmesser erhalten, ohne daß der für die Magnetspulen erforderliche Platz gemindert
wird. Zwischen den Spulenkörpem und den diesen jeweils zugewandten. Seitenflächen.
der Umlaufräder befinden sich Hohlräume, von kreisringförmigem Querschnitt, in welchen.
außerordentlich günstig die mit dem äußeren Zentralrad drehfest verbundenen Kupplungsteile
untergebracht werden. Diese Kupplungsteile haben den. gleichen oder einen nur um
ein geringes Maß größeren. Durchmesser als das äußere Zentralrad, Es sei, darauf
hingewiesen, daß die Verkleinerung der Kupplungsteile nicht nur eine kleine Bauweise
und eine billige Herstellung, sondern auch eine verbesserte Wirkungsweise ergeben.
Bei dem Umschalten von einer )Drehzahl :auf eine andere muß nämlich das äußere Zentralrad
mit dien daran befestigten Kupplungsteilen beschleunigt bzw. verzögert werden. Das
kann um so schneller und sicherer geschehen, je kleiner die bewegten Massen sind.
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In. weiterer Ausbildung der Erfindung werden die Magnetspulen der
jeweils benachbarten Umlaufrädersätze in einem gemeinsamen .Spulenkörper untergebracht
und s0 gewickelt, daß sich bei Erregung beider Spulen- die Magnetflüsse im Mittelsteg
des Spulenkörpers ganz oder teilweise aufheben. Infolge dieser Maßnahme braucht
der Querschnitt des Mittelsteges nur für den Magnetfluß einer Spule bemessen zu
werden, und die Länge des Spulenkörpers wird nur so ,groß, wie sie zur Aufnahme
der Lager für die Umlaufräderträger sowieso erforderlich ist.
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In Werkzeugmaschinen wirken sich eingebaute Wärmequellen oft störend
aus, Lindem bei ungleichmäßiger Wärmedehnung der Maschine die Genauigkeit geringer
wird,- Da die Magnetspulen elektromagnetischer Kupplungen immer Wärmequellen darstellen,
wird weiter vorgeschlagen, als Getriebegehäuse ein zylindrisches. Rohr zu vexweaden,
dessen Imenfläche mit awialen, durchgehendenKanälen versehen ist, durch die ein
in Glas Getriebe eingebautes Lüfterrad zwecks Wärmeabführung Luft saugt. Die Spulenkörper
und zwischen diese eingebaute Abstandsringe dichten.- die Luftkanäle gegen das Getriebeinnere
ab.
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Wenn in Werkzeugmaschinen Schlitten oder ähnliche Teile, die eine
Längsbewegung ausführen, von Getrieben mit einer rotierende.< Bewegung angetrie-ben
werden, so geschieht die Bewegungsumwandlung im allgemeinen durch Gewindespindelzz,
Die Drehzahl für den Antrieb der Gewindespindeln ist normalerweise niedrig. Es wird
deshalb vorgeschlagen, den schaltbaren Umlaufrädersätzen als letzte Getriebestufe
einen. nicht schaltbaren. Umlaufrädersatz nachzuschalten, der die Drehzahlen entsprechend
herabsetzt, Das äußere Zentralrad dieses Umlaufrädersatzes wird durch ein -elastisches
Glied mit dem Getriebegehäuse verbunden; wobei die Verbindung reibschlüssig ist
und verschieden fest eingestellt werden, kann.
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Es ist weiterhin möglich, einen Drehstrommotor mit dem Ungaufrädergetriebe
zu einer Einheit zusammenzubauen, wobei der Drehstrommator zwei verschiedene Drehzahlen
aufweisen soll, die sich zueinander wie 1.:2 verhalten. Diese Anordnung ermöglicht
es, bei einfacher und gleichartiger Ausführung der Umlaufrädersätze eine geometrisch
gestufte Drehzahlreihe mit kleinem Stufensprung zu erhalten.
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Im folgenden -sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme
auf die Zeichnung näher beschrieben: F,! g,1, zeigt einen Längsschnitt durch ein
Umlaufräder-Wechselgetriebe zeit einem Umlaufrädersatz, F i g, 2 einen Längsschnitt
durch ein. Umlaufräder-Wechselgetriebe mit mehreren hintereinander angeordneten
Umlaufrädersätzen.
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In ein Gehäuse 21 sind zwei .Spulenkörper 9 und 10 eingeschoben und
drehfest mit dieseln verbunden. Eine Buchse 11 hält die Spulenkörper auf einem gewünschten
Abstand, In kreisringförmige Ausuehmungen der Spulenkörper sind je eine aus vielen
Windungen bestehende Magnetspule 7 und 8 eingeschoben: und fest mit den Spulenkörpern
verbunden.
In der Ausnehmung des Spulenkörpers 10 befindet sich
außerdem noch ein Reibbelag 18, der die Magnetspule abdeckt und ebenfalls fest mit
dem Spulenkörper verbunden ist. Die freite Seitenfläche des Reibbelags bildet zeit
der Seitenfläche des Spulenkörpers eine Ebene. Ein Umlaufräderträger 5 bildet mit
der Abtriebswelle 6 eine Einheit und ist in denn Lagern 19 und
20 drehbar gelagert: Die Lager 19
und 20 sind in dem gezeichneten
Ausführungsbeispiel als Wälzlager dargestellt, es können jedoch ebensogut Gleitlager
verwendet werden.. Das Lager 19 befindet sich innerhalb einer weiteren kreisringförmigen
Ausnehmung des Spuleakörpers 9 und das Lager 20 innerhalb des hohlgebohrten Spulenkörpers
10, so daß beide Lager keinen zusätzlichen Platz beanspruchen. Mit dem Umlaufräderträger
und untereinander fest verbunden sind ein innerer Kupplungsring 16, ein Zwischenring
15, ein äußerer Kupplungsring 14 und ein Reibbelag 17, dessen. freie
Fläche mit den Seitenflächen des inneren und äußeren Kupplungsringes eine Ebene
bildet. Der Zwischenring 15 besteht aus einem nicht magnetisierbaren Material. Im
Umlaufräderträger 5 sind gleichmäßig am Umfang verteilt drei Umlaufräder 3 gelagert.
Mit den Umlaufrädern in einer Ebene befinden sich ein inneres, urigelagertes Zentralrad
2 und ein äußeres, ebenfalls urgelagertes und axial verschiebbares Zentralrad
4. Die durch den hohlgebohrten Spulenkörper gehende Antriebswelle 1 ist mit
denn inneren Zentralrad fest verbunden bzw. bildet mit diesem ein einziges Stück.
Mit dem äußeren Zentralrad 4 sind zwei Kupplungsscheiben 12 und 13 fest verbunden.
per innere Durchmesser dieser Kupplungsscheiben ist nur ums ein geringes Maß größer
als der äußere Durchmesser des Umlaufräderträges. Zwischen denn. Umlaufräderträger
und denn. Spulenkörper 9 sowie zwischen dem äußeren Kupplungsring
14 und dem Spulenkörper sind möglichst kleine, unveränderliche Luftspalte
22 und 23.
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Die Wirkungsweise der Erfindung sei an Hand des Ausführungsbeispiels
wie folgt beschrieben: Das mit der Antriebswelle l angetriebene, innere Zentralrad
2 versetzt die Umlaufräder 3 in Drehung. Solange keine der beiden Magnetspulen 7
und 8 von Strom durchflossen wird, läuft das äußere Zentralrad, von den Umlaufrädern
angetrieben, frei um. Ein Drehmoment kann an der Abtriebswelle 6 noch nicht
abgenommen werden. Wird jedoch z. B. die Magnetspule 7 von Strom durchflossen, so
zieht die dadurch entstehende magnetische Kraft die Kupplungsscheibe 13 gegen den
Reibbelag 17. Da der Reibbelag fest mit dem Umlaufräderträger und die Kupplungsscheibe
fest mit dem äußeren Zentralrad verbunden sind, ist dadurch das äußere Zentralrad
reibschlüssig mit dem Umlaufräderträger verbunden. Der Umlauf räderträger läuft
mit der gleichen Drehzahl und gleichsinnig um wie die Antriebswelle 1, d.
h., der Umlaufrädersatz wirkt als Kupplung. Wenn dagegen die Magnetspule 8 von .Strom
durchflossen wird, dann zieht die magnetische Kraft die Kupplungsscheibe 12 gegen
den Reibbelag 18, d. h., das äußere Zentralrad wird im Verhältnis zum Gehäuse festgebremst.
Die Umlaufräder wälzen sich am äußeren Zentralrad ab und nehmen den Umlaufräderträger
mit. An der Abtriebswelle 6 steht eine entsprechend dem übersetzungsverhältnis kleinere
Drehzahl zur Verfügung.
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In weiterer Ausbildung der Erfindung können mehrere Umlaufrädersätze
hintereinander angeordnet werden, wie es die F i g. 2 für ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel
als Vorschubgetriebe zeigt.
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Die Antriebswelle des ersten Umlaufrädersatzes ist hierbei über eine
Zahnkupplung 24 mit der Welle 25 des Antriebsmotors drehfest verbunden. Diese Zahnkupplung
ist so ausgebildet, daß das innere Zentralrad mit der Antriebswelle 26 kleine Bewegungen
senkrecht zur Längsachse ausführen kann. Die Antriebswelle 28 des zweiten
Umlaufrädersatzes ist über einte Zahnkupplung 2,7 mit dem Umlaufräderträger des
ersten Umlaufrädersatzes drehfest verbunden, die Antriebswelle jedes folgenden Umlaufrädersatzes
in gleicher Weise mit denn Umlaufräderträger des jeweils vorstehenden. Umlaufrädersatzes.
Auch hierbei sind die Zahnkupplungen so ausgebildet, daß kleine Bewegungen der inneren
Zentralräder senkrecht zur Längsachse möglich, sind. Der letzte UmlaufrWersatz ist
im gezeigten Ausführungsbeispiel nicht schaltbar ausgeführt. Das ist besonders zweckmäßig,
weil hierbei das Drehmoment nicht von einer elektromagnetischen Kupplung abhängt
und deshalb an der Abtriebswelle 29 besonders groß sein kann. Das äußere Zentralrad
30 ist durch ein elastisches Glied 31 reit dem Getriebegehäuse reibschlüssig
verbunden. Ein Spannring 32 preßt das elastische Glied an die Gehäusewand. Die Aupreßkraft
kann mittels Schrau= ben 33 über Federn 34 verschieden stark eingestellt werden.
Mit dem Umlaufräderträger 35 des letzten Umlaufrädersatzes ist eine Bremsscheibe
36 mittels eines elastischen Gliedes 37 drehfest verbunden, die im Zusammenwirken
mit denn Spulenkörper 38, der Magnetspule 39 und dein Reibbelag 40 den Umlaufräderträger
35 und damit die Abtriebswelle 29 abbremst. Die Anordnung der Bremse im letzten
Unv.-laufrädersatz ist besonders vorteilhaft, weil hierdurch nur die Umlaufräderträger
des letzten und vorletzten Umlaufrädresatzes abgebremst werden müssen, die ein verhältnismäßig
kleines Schwungmoment und oft eine kleine Drehzahl haben.
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Das durch F i g. 2 dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt auch die
erfindungsgemäße, besonders platzsparende Anordnung der Magnetspulen jeweils benachbarter
Umlaufrädersätze in gemeinsamen Spulenkörpern sowie die besonders vorteilhafte Lagerung
der Umlaufräderträger des zweiten und drittens Umlaufrädersatzes.. Die Lager 41
und 42 sind so angebracht, daß in bestimmten Schaltstellungen des Getriebes zwischen
dem Außenring und dem Innenring keine Relativbewegung vorhanden ist.
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Schließlich zeigt das gezeichnete Ausführungsbeispiel auch, wie die
von den Magnetspulen erzeugte Wärme abgeführt wird. Das Gehäuse 43 enthält auf seiner
ganzen Länge Kanäle 44, der fest mit dem Gehäuse verbundene Flansch 45 Kanäle
46 und Durchbrüche 47. Auf der Motorwelle 25 ist ein Lüfterrad 48 angebracht, welches
Luft durch die Kanäle 44 und 46 ansaugt und durch die Durchbrüche 47 ins Freie fördert.
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Die Wirkungsweise des Ausführungsbeispiels nach F i g. 2 sei im Zusammenhang
mit dem Schaubild F i g. 3 wie folgt beschrieben: An der Antriebswelle des ersten
Umlaufrädersatzes stehen die zwei Drehzahlen des Antriebsmotors zur Verfügung. Der
Umlaufräderträger mit der Zahnkupplung 27 kann mit vier verschiedenen Drehzahlen
umlaufen, demnach der Umlaufräderträger mit der Zahnkupplung 49 mit acht verschiedenen
Drehzahlen und der Umlaufräderträger mit der Zahnkupplung 50 mit sechzehn
Drehzahlen,
wobei vierzehn verschieden groß sind. Da der letzte, nicht schaltbare Umlaufrädersatz
alle Drehzahlen noch untersetzt, ergeben sich an der Abtriebswelle 29 vierzehn verschiedene
Drehzahlen, die entsprechend dem gewählten Ausführungsbeispiel für den Vorschubantrieb
bei Werkzeugmaschinen besonders,geeignet sind. Der mittlere Drehzahlbereich im Schaubild
der F i g. 3 hat einen konstanten Stufensprung und ist für die normalen Arbeitsvorschübe
geeignet. Die zwei niedrigen Drehzahlen sind für besondere außergewöhnlich langsame
Arbeitsvorschübe vorgesehen, die zwei hohen Drehzahlen für Eilvorschübe bzw. Eilrücklauf.
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Es sei auch darauf hingewiesen, daß das Getriebe in keiner Schaltstellung
leer mitlaufende Zahnräder aufweist. Alle Zahnräder, die an der Drehzahlreduzierung
nicht beteiligt sind, wirken als Kupplung.. Diese Eigenart verbessert ebenfalls
den Wirkungsgrad der Leistungsübertragung.
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Die Erfindung ist natürlich nicht auf die gezeigten Anwendungsbeispiele
beschränkt, sondern kann. entsprechend dem Verwendungszweck abgewandelt werden,
ohne daß der Erfindungsgedanke geändert wird: Beispielsweise kann' die Anzahl' der
Umlaufräder größer oder kleiner sein als -in dem Beispiel nach F i g. 2. Außerdem
kann das Ausführungsbeispiel der F i g. 2 mit einem Wendegetriebe kombiniert bzw.
das Wendegetriebe in dasselbe eingebaut werden. -Ferner ist es durchaus möglich,
auch in der letzten Stufe einen schaltbaren Umlaufrädersatz zu verwenden, so daß
die Abtriebsdrehzahlen höher als bei dem Ausführungsbeispiel sind. Schließlich können
statt der in dem Ausführungsbeispiel gezeigten Einscheibenkupplungen ebensogut Lamellenkupplungen
verwende't werden.