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Teilschaltvorrichtung, insbesondere für die Werkstückspindel einer
Verzahnungsmaschine Die Erfindung betrifft eine Teilschaltvorrichtung mit einer
drehbaren Teilscheibe, die gleichmäßig um ihren Umfang herum verteilte, mit einer
Schaltklinke zusammenwirkende Rasten hat und in stets derselben Richtung durch einen
Antrieb um Schrittwinkel drehbar ist, deren Größe durch ein Stellwerk vorwählbar
ist, wobei dem Antrieb ein Hilfsantrieb zum Ein- und Ausrücken der Halteklinke zugeordnet
ist. Derartige Teilschaltvorrichtungen sind bekannt (USA.-Patentschrift 3 030 826
und deutsche Patentschrift 882 945). Bei diesen Teilschaltvorrichtungen läßt sich
die Größe des Schrittwinkels nur innerhalb verhältnismäßig enger Grenzen vorwählen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Grenzen erheblich zu erweitern,
ohne daß dadurch die Genauigkeit der Teilschaltung beeinträchtigt würde.
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Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe durch Kupplung der Teilscheibe mit
dem durch die Teilschaltvorrichtung schrittweise weiterzuschaltenden Maschinenelement
mittels eines Untersetzungsgetriebes und dadurch, daß der Vorwählbereich des Stellwerkes
von einem Bruchteil eines Umlaufes der Teilscheibe bis zu einem Vielfachen eines
Umlaufes reicht, gelöst.
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Die Kupplung der Teilscheibe mit dem durch die Teilschaltvorrichtung
schrittweise weiterzuschaltenden Maschinenelement mittels eines Untersetzungsgetriebes
ist an sich bekannt, jedoch nur in Verbindung mit einer solchen Ausgestaltung des
Antriebes, daß der Schrittwinkel 1, 2, 3 oder 4 vollständige Umdrehungen beträgt.
Dort ist daher die vorstehend erläuterte Aufgabe nicht gelöst.
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Der durch die Erfindung erzielte Fortschritt besteht darin, daß bei
Verwendung einer Teilscheibe mit beispielsweise fünfundsiebzig Rasten die Teilung
für die Bearbeitung von Zahnrädern durchgeführt werden kann, die siebzehn verschiedene
Zähnezahlen von 9 bis 120 aufweisen.
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Vorzugsweise enthält der Antrieb in an sich bekannter Weise einen
umsteuerbaren Motor und eine diesen mit der Teilscheibe verbindende Kupplung, durch
welche die Drehbewegung des Motors nur in der einen Richtung auf die Teilscheibe
übertragbar ist.
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Für die Ausgestaltung des umsteuerbaren, mit der Teilscheibe kuppelbaren
Antriebs und des Stellwerks zum Vorwählen der Schrittwinkelgröße gibt es zahlreiche
Möglichkeiten. Besonders bewährt hat sich eine Ausgestaltung, die dadurch gekennzeichnet
ist, daß der umsteuerbare, mit der Teilscheibe kuppelbare Antrieb eine durch den
Motor in beiden Richtungen antreibbare Schraubspindel, eine mit dieser irr Eingriff
stehende, gegen Drehung gesicherte und durch sie verschiebbare Mutter und den Verschiebeweg
dieser Mutter begrenzende Anschläge enthält und daß durch einen dieser Anschläge,
der auf der Schraubspindel verschraubbar und dadurch einstellbar ist, die Drehbewegung
der Schraubspindel und damit ihr Winkelweg in der einen Drehrichtung begrenzt ist.
Diese Ausgestaltung zeichnet sich durch Einfachheit und genaue Wirkungsweise aus.
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Die Kupplung kann in an sich bekannter Weise durch ein hydraulisches
Schaltwerk ein- und ausrückbar sein, das eine Ventilsteuerung hat, durch die auch
der als Hydromotor ausgebildete Motor gleichzeitig mit der Schaltung der Kupplung
umsteuerbar ist.
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Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen
5 und 6.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes ist
in den Zeichnungen dargestellt. In diesen zeigt F i g. 1 ein Getriebeschema einer
Verzahnungsmaschine mit der schematisch dargestellten Teilschaltvorrichtung nach
der Erfindung, F i g. 2 den Schnitt nach der Linie 2-2 der F i g. 1, F i g. 3 die
in F i g.1 schematisch gezeigte Teilschaltvorrichtung im einzelnen und in größerem
Maßstab an Hand des Schnittes nach der Linie 3-3 der F i g. 1 und 2,
F
i g. 4 den zur F i g. 3 gehörigen Grundriß der dort dargestellten Teile.
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Eine Verzahnungsmaschine, deren Getriebeschema in F i g. 1 gezeigt
ist, weist eine das Werkzeug oder die Werkzeuge tragende Wiege 2 auf, die um eine
Achse 3 drehbar auf dem Bett der Maschine gelagert ist. Ferner hat die Maschine
eine Werkstückspindel 5, auf der das zu verzahnende Rad od. dgl. aufgespannt wird.
Diese Spindel ist um eine Achse 6 drehbar in einem nicht dargestellten Spindelstock
gelagert, der auf dem Bett einstellbar ist und der sich außerdem auf diesem zum
Zweck des Vorschubes und Rückzuges des Werkstücks verschieben kann. Das veranschaulichte
Getriebe ist so ausgebildet, daß es zur Erzeugung der Abwälzbewegung zwischen Werkzeug
und Werkstück die Wiege und die Werkstückspindel um ihre Achsen in einem gleichbleibenden
Geschwindigkeitsverhältnis hin und her dreht und eine Einstellung und Vorschub-
und Rückzugbewegungen des Werkstückspindelstocks auf dem Bett ermöglicht.
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Ein nicht näher veranschaulichter Motor treibt über ein entsprechendes
Untersetzungsgetriebe eine Welle 7 an, auf der eine Nockentrommel 8 befestigt ist.
Diese dient dem Antrieb des Abwälzgetriebezuges der Maschine. Ferner trägt die Welle
eine Nockenscheibe 9 zum Verstellen eines hydraulischen Umsteuerschiebers 11, der
die Teilschaltvorrichtung steuert. Auch ist auf der Welle 7 eine dem Vorschub dienende
Nockenscheibe 13 befestigt, die vor jeder Teilschaltvorrichtung einen Rückzug des
Werkstückspindelstocks aus dem Bereich der Werkzeuge herbeiführt. Die Nockentrommel
8 versetzt einen Hebel 14 in eine Pendelbewegung um einen am Bett befindlichen Lagerpunkt
15. Dieser Hebel bewirkt mit Hilfe von Kulissenschlitzen und mit Hilfe drehbar miteinander
verbundener, in diesen Schlitzen gleitender Steine 16, daß ein Schieber 17 auf dem
Bett hin und her verschoben wird. Einer der die Steine 16 führenden Kulissenschlitze
ist mit 18 bezeichnet. Er erstreckt sich quer durch den Schieber 17. Der der anderen
Stein 16 führende Kulissenschlitz erstreckt sich radial zum Drehpunkt 15 im Hebel
14 und ermöglicht eine Verstellung des Hubes des Schiebers 17. Dieser Schieber 17
ist durch Stahlbänder 19 mit einem einstellbar auf der Wiege 2 befestigten bogenförmigen
Segment 21 verbunden. Durch die Hin- und Herbewegung des Schiebers 17 wird die Wiege
daher um ihre Achse 3 hin und her gedreht. Der Abwülzgetriebezog, der die Wiege
2 mit der Werkstückspindel5 verbindet, enthält also das Segment 21, die Bänder 19
und den Schieber 17. Ferner enthält er die folgenden Teile: Einen Hebel 22, einen
auf dem Bett geführten Schlitten 23, eine starr mit ihm verbundene Mutter 24, eine
mit Hilfe von Lagerkugeln in ihr verschraubbare Spindel 25, Wechselräder
26 zum Bestimmen des Abwälzverhältnisses, eine Welle 27, Zahnräder 28 und 29, Differentialräder
31, 32 und 33, Kegelräder 34 und 35, eine Keilwelle 36, Kegelräder 37, eine Welle
38, Kegelräder 39, eine Keilwelle 41, Kegelräder 42, eine Schnecke 43 und ein Schneckenrad
44 auf der Werkstückspindel 5. Die Mutter 24 und die Schraubspindel 25 wandeln die
Hin- und Herbewegung des Schlittens 23 in eine Hin- und Herdrehung der Spindel 25
um, da diese Spindel auf dem Bett zwar drehbar, aber in Achsenrichtung unvetschiebbar
gelagert ist. Der Hebel 22 ist auf dem Bett bei 45 schwenkbar gelagert. Auf ihm
ist drehbar ein Stein 46 befestigt, der in einem quer verlaufenden Kulissenschlitz
des Schlittens 23 gleitet und außerdem drehbar Steine 47 trägt. Einer dieser Steine
gleitet in einem querverlaufenden Kulissenschlitz des Schiebers 17, und der andere
ist längs des Hebels 22 radial zum Drehpunkt 45 verstellbar. Mit Hilfe dieser Verstellung
läßt sich der Hub des Schlittens 23 mit Bezug auf denjenigen des Schiebers 17 verstellen,
damit man das Abwälzverhältnis zwischen der Wiege 2 und der Spindel 5 um sehr kleine
Beträge genau verstellen kann. Dank dieser Feinverstellung genügen wenige Paare
von Wechselrädern 26, mit deren Hilfe eine Grobverstellung dieses Abwälzverhältnisses
erfolgen kann.
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Die Zahnräder 29 und 31 sind zu gemeinsamer Drehung auf einer Welle
48 gelagert. Das gilt auch für die Zahnräder 33 und 34. Diese Welle 48 läuft in
einem am Bett starr befestigten Lagerbock 49 für die Teilschaltvorrichtung. Auf
dieser Welle ist starr ein Planetenradträger in Gestalt eines Querzapfens befestigt,
der ein Planetenrad 32 trägt. An dem einen Ende der Welle 48 ist abnehmbar eine
Teilscheibe 51 befestigt, um deren Umfang in gleichmäßigen Abständen Rasten angeordnet
sind, in die eine Klinke 52 eingreifen kann. Diese Rasten können von Kerben oder
auch von Zähnen oder anderen Vorsprüngen gebildet werden. Eine bevorzugte Ausgestaltung
der Teilscheibe 51 ist in F i g. 2 gezeigt. Sie ist dort als Stirnrad dargestellt,
in dessen Verzahnung die Sperrklinke 52 eingreift. Wird die Sperrklinke 52 ausgerückt
und wird dann die Welle 48 samt der Teilscheibe 51 angetrieben, dann wird deren
Drehung durch das Differentialgetriebe 31 bis 33 dem Antrieb des Abwälzgetriebezuges
überlagert. Infolgedessen wird die Werkstückspindel5 weitergeschaltet. Gewöhnlich
beträgt diese Weiterschaltung eine Zahnteilung des auf der Werkstückspindel 5 aufgespannten
Werkstückrades. Die Klinke 52 (F i g. 2) hat einen zylindrischen Schaft 53, der
in einer Bohrung eines Winkelhebels 54 verschiebbar und in dieser Bohrung durch
eine Schraubklemme 55 festgeklemmt ist. Löst man diese Klemme, dann kann man die
Klinke auf dem Winkelhebel radial zur Welle 48 verstellen. Diese Verstellung ermöglicht
es, die Teilscheibe 51 gegen eine solche anderen Durchmessers und anderer Zähnezahl
auszutauschen. Die Klinke ist dadurch gegen Drehung gesichert, daß sie einen Längsschlitz
hat, durch den sich ein am Winkelhebel 54 sitzender Stift 56 erstreckt. Auf den
Winkelhebel 54 wirkt eine Feder 57, welche die Klinke im Eingriff zu halten sucht.
Durch hydraulischen Druck kann die Klinke ausgerückt werden. Dieser Druck wirkt
auf einen als Schieber ausgebildeten Kolben 58, der in einem Zylinder 59 des Lagerbocks
49 gleitet und durch eine Feder 62 gegen eine in den Hebel 54 eingeschraubte Anschlagschraube
61 gedrückt wird. Eine weitere Schraube 63, die einstellbar am Zylinder 59 befestigt
ist, begrenzt die im Gegenuhrzeigersinn erfolgende Ausrückschwingung des Hebels
54. Will man die Klinke gegen den Widerstand der Feder 57 anheben, um die Teilscheibe
51 auszuwechseln, dann muß man von Hand einen Exzenter 64 drehen, der auf den Kopf
einer am Hebel 54 sitzenden Schraube 65 wirkt. Der Exzenter ist im Lagerbock 49
drehbar gelagert und kann mittels eines Schraubenschlüssels gedreht werden.
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Die schrittweise Drehung der Welle 48 erfolgt jeweils durch einen
umsteuerbaren Motor 66. Es handelt
sich bei diesem um einen Hydromotor
66, der auf dem Lagerbock 49 sitzt und mittels eines Zahnriemens 69 und zugehöriger
Riemenscheiben 67 und 68 eine Schraubspindel 71 in Drehung versetzt. Das eine Ende
dieser Spindel ist im Lagerbock 49 mittels Wälzlager 72 gelagert, die als
Schub- und Querlager ausgebildet sind, während das andere Ende der Spindel 71 in
der Nabe einer Klauenkupplungshälfte 73 gelagert ist. Die Klauen dieser Kupplungshälfte
haben eine sehr feine Teilung. Diese Kupplungshälfte ist im Lagerbock 49 mittels
einer Kugellagerhülse 74 drehbar und in Achsenrichtung verschiebbar gelagert. Ihre
Klauen können in die Klauen der anderen Kupplungshälfte 75 eingreifen, die auf der
Schraubspindel 71 starr befestigt ist. Die Kupplungshälfte 73 hat einen Zahnkranz,
der mit einem Zahnrad 76 kämmt. Dieses besteht aus einem Stück mit einem Ritze177
und ist im Lagerbock 49 drehbar gelagert. Das Ritzel 77 kämmt mit einem auf der
Welle 48 befestigten Zahnrad 78. Die Kupplungshäfte 73 ist durch ein Rollenschublager
79 mit einem Kolben 81 gekuppelt, der in einem Zylinder 82 hin und her geht und
unter dem Druck einer auf ihn wirkenden Feder 83 die Klauenkupplungshälften 73 und
75 eingerückt zu halten sucht. Wird der Kolben 81 aber auf seiner rechten Seite
mit einem Druckmittel beaufschlagt, dann wird dadurch die Klauenkupplung 73, 75
ausgerückt.
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Die Kupplungshälfte 75 (F i g. 4) hat einen Ansatz 84, der sich an
einen entsprechenden Ansatz 85 einer Mutter 86 anlegen kann, in der die Spindel
71 verschraubbar ist und die im Lagerbock 49 verschiebbar geführt, aber gegen Drehung
gesichert ist. Dieser Führung dient eine Leiste 87 (F i g. 4), die in eine Nut der
Mutter 86 eingreift. Die Mutter 86 hat noch einen weiteren Ansatz 88 auf der anderen
Seite. Dieser kann gegen einen Ansatz 89 einer Kupplungshälfte 91 anlaufen, die
auf die Spindel 71 aufgeschraubt ist und Kupplungsklauen von sehr feiner Teilung
besitzt. Diese Klauen können in diejenige der anderen Kupplungshälfte 92 eingreifen,
die auf der Schraubspindel71 verschiebbar geführt ist. Zum Zweck dieser Führung
hat die Schraubspindel einen Längsschlitz 94, in dem ein Stein 93 gleitet. Dieser
ist mit der Kupplungshälfte 92 verstiftet. An die Kupplungshälfte 92 legt sich eine
Mutter 95 an, die auf der Spindel 71 verschraubbar ist und dem Zweck dient,
die beiden Kupplungshälften 91 und 92 im Eingriff miteinander zu halten. Gegen unbeabsichtigte
Verdrehung auf der Spindel ist die Mutter 95 durch eine Klemmschraube 96 gesichert.
Die Wandermutter 86 trägt zwei Stifte 97 (F i g. 4), die beiderseits den Schaft
98 eines Ventils umgreifen, das in der Bohrung eines Ventilgehäuses 99 geführt ist,
das am Lagerbock 49 befestigt ist. Nähert sich die Wandermutter 86 ihrer linken
Grenzstellung, dann stoßen die beiden Stifte 97 gegen einen Stellring 100 auf dem
Ventilschaft und schließen das Ventil dadurch, daß sie es mit Bezug auf F i g. 4
nach links verschieben. Es geschieht dies gegen den Widerstand einer Feder 101,
die das Ventil nach rechts in die Offenstellung zu verschieben sucht. Wie F i g.
1 zeigt, gehören zu der hydraulischen Steueranlage außerdem noch ein Rückschlagventil
102 und Drosseln 103 und 104.
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Bei jedem Verzahnungsspiel der Maschine, d. h. bei jedem Umlauf der
Nockenwelle 7, schaltet eine Erhöhung der Nockenscheibe 9 den Steuerschieber 11
in die Teilschaltstellung um. In dieser verbindet der Steuerschieber die hydraulische
Druckleitung 105 mit einer Leitung 106. Diese führt erstens zu einer Steuermündung
107 eines Klinkenschaltzylinders 59, um die Sperrklinke 52 aus der Verzahnung der
Teilscheibe 51 auszurücken, und zweitens zum Motor 66. Gleichzeitig verbindet der
Steuerschieber 11 die Abflußleitung 108 mit einer Leitung 109, die erstens über
ein Rückschlagventi1102 zum Kupplungszylinder 82 führt und bewirkt, daß die Feder
83 unverzüglich die Kupplung 73, 75 einrückt, zweitens über ein Rückschlagventil
102 und eine Drossel 103 zum Hydromotor 66 und drittens über ein Rückschlagventil
und das Ventilgehäuse 99 zum Hydromotor. Dieser Motor treibt daher die Schraubspindel71
schnell in solcher Richtung an, daß die Mutter 86 (die sich bei Beginn des Teilschaltvorganges
in ihrer rechten Grenzstellung befindet) schnell nach links wandert. Dabei versetzt
die Spindel 71 über die nunmehr eingerückte Klauenkupplung 73, 75 und die Zahnräder
73, 76, 77 und 78 die Welle 48 in Drehung, wodurch die Werkstückspindel 5 weitergeschaltet
wird. Nähert sich die Mutter 86 ihrer linken Grenzstellung, dann stoßen die Stifte
79 gegen den Stellring 100 und schließen das Ventil 98. Der Hydromotor wird dadurch
verlangsamt, weil sein Abfluß durch die Drossel 103 verzögert wird. Ist die Mutter
86 weit genug nach links gewandert, daß sich an ihren Ansatz 85 der Ansatz
84 der nunmehr langsam umlaufenden Kupplungshälfte 84 anlegt, dann wird dadurch
der Hydromotor stillgesetzt, so daß die Teilschaltbewegung aufhört.
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Wenn die Erhöhung der Schubkurvenscheibe 9 den Steuerschieber
11. wieder freigibt, wird dieser wieder in die Ausgangslage zurückgeschaltet,
in der er die Leitung 106 mit der Abflußleitung 108 und die Leitung 109 mit der
Druckleitung 105 verbindet. Daraufhin rückt die Feder 57 sofort wieder die Sperrklinke
52 in die Teilscheibe 51 ein. Am Ende dieser sehr schnell verlaufenden Schaltbewegung
gibt der Kolben 58 die Steuermündung 111 des Zylinders 59 frei, wodurch die von
der Leitung 109 her kommende Druckflüssigkeit über die Steuermündung 112 und die
Leitung 113 zum Hydromotor 66 fließt, jedoch durch die Drosselstelle 104 verlangsamt.
Ferner gelangt das Druckmittel zum Zylinder 82 und rückt die Klauenkupplung 73,
75 aus. Der Kolben 58 bildet mit der Steuermündung 111 eine hydraulische Verblockung.
Diese verhindert das Ausrücken der Klauenkupplung 73, 75 so lange, bis die Klinke
52 eingerückt ist. Nach Ausrücken der Kupplung läuft der Hydromotor in der Rücklaufrichtung
an und treibt die Wandermutter 86 nach rechts, bis sie dadurch zum Stillstand kommt,
daß sich an ihren Ansatz 88 der Ansatz 89 der umlaufenden Kupplungshälfte 91 anlegt.
Wenn das geschehen ist, dann ist dadurch der Teilschaltvorgang beendet.
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Welche Winkellage die Werkstückspindel5 bei Beendigung des Teilschaltvorganges
einnimmt, hängt davon ab, in welche Rasten oder Zähne der Teilscheibe 51 die Sperrklinke
52 eingreift. Durch diesen Eingriff kann die Klinke die Teilscheibe in der einen
oder der anderen Drehrichtung genau ausrichten, so daß die Genauigkeit der Teilschaltung
durch die Teilscheibe bestimmt wird, statt von dem Winkelweg abzuhängen, um den
sich die Schraubspindel71 unter Steuerung durch die Wandermutter 86 drehen kann.
Die Zahl der Teilungen, um die sich die Teilscheibe bei jedem Teilschaltvorgang
dreht, hängt indessen
von der Einstellung der Kupplungshälfte 91
auf der Schraubspindel71 ab. Will man diese Einstellung ändern, so muß man die Mutter
95 lösen und die Kupplungshäfte 92 aus der Kupplungshäfte 91 ausrücken. Dann kann
man die Kupplungshäfte 91 auf der Schraubspindel71 um eine oder mehrere Umdrehungen
oder um einen Bruchteil einer Umdrehung verschrauben. Erleichtert wird diese Verstellung
durch eine auf dem Lagerbock 79 vorgesehene Teilung 114 (F i g. 3) und durch Teilstriche
115 auf der Kupplungshälfte 91(F i g. 4).
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Dank dieser Verstellbarkeit genügt unter Umständen eine einzige Teilscheibe
51 dazu, die Werkstückspindel5 um einen Teilschaltwinkel weiterzuschalten, der sich
innerhalb eines ausreichend großen Bereiches verstellen läßt. Zur Erläuterung mag
ein Fall dienen, bei welchem das Übersetzungsverhältnis der Schraubspindel 71 zur
Welle 48 4: 1 beträgt und dasjenige der Welle 48 zur Spindel 5 über das Differentialgetriebe
31 bis 33 den Wert 24: 1 hat. Verwendet man eine Teilscheibe 51 mit 75 Zahnlücken,
dann kann man die Werkstückspindel5 mit einer Schrittlänge weiterschalten, die sich
auf 9, 10, 15, 18, 20, 25, 30, 36, 40, 45, 50, 60, 72, 75, 90, 100 oder 120 Zahnteilungen
der Teilscheibe 51 beläuft. Zum Verzahnen eines Zahnrades mit neun Zähnen stellt
man die Kupplungshälfte 91 so ein, daß die Schraubspinde171 jeweils 102/s Umdrehungen
ausführt. Das entspricht 22/s Umdrehungen der Teilscheibe 51. Für ein Werkstück
mit fünfundsiebzig Zähnen wird die Kupplungshälfte 91 so eingestellt, daß die Schraubspindel
121/7s Umdrehungen ausführen kann. Zum Verzahnen eines Werkstücks mit 120 Zähnen
darf die Schraubspindel nur 4/s Umdrehungen ausführen. Man kann dabei Werkstücke
aller Zähnezahlen zwischen 9 und 60 bearbeiten und außerdem, von den Primzahlen
abgesehen, auch Zahnräder mit den Zähnezahlen von 60 bis 120, sofern man nur 17
Teilscheiben 51 vorrätig hält, deren Zähnezahlen sich auf 53, 55, 57, 58, 59, 62,
68, 69, 70, 74, 75, 82, 86, 91, 94, 98 und 99 belaufen.