DE2255992C3 - Synchronisierungsvorrichtung zum Ineingriflbringen von Übertragungselementen - Google Patents

Description

Die Erfirdung betrifft eine Synchronisierungsvorrichtung zum Ineingriffbringen von Übertragungselementen, wie Zahnrädern OC¹T Stirnkupplungen von Getrieben, insbesondere von Drehbankgetrieben, wobei das antreibende t'beriragUiigselement zur Verbindung mit dem abtreibenden durch eine auf der Mutter einer Schaltspindel angeordnete Schaltgabel verschiebbar ist. Eine derartige Vorrichtung ist z. B. durch die USA.-Patentschrift 2 709 782 bekannt.

Im Werkzeugmaschinenbau werden umschaltbare Zahnradgetriebe verwendet. Die Umschaltung kann grundsätzlich in zwei verschiedenen Formen erfolgen. Die kraftschlüssige Umschaltung erfolgt mittels Drehmomentschaiter, wie z. B. Reibungskupplungen, während die formschlüssige Umschaltung vorzugsweise ₄-mittels Außen- bzw. Innenverzahnungen, Stirnkupplungen, Raststiften oder Ziehkeilen erfolgen kann.

Die Anwendung von kraftschlüssigen Kupplungen ist aus einer Reihe von Gründen, wie z. B. große Einbaumaße, Unwuchten, Antrieb, Drehzahlrücktrieb _5ü od. dgl. problematisch.

In einer Reihe von Aufgabenstellungen ist die Anwendung solcher Kupplungen aus den genannten Gründen nicht möglich. Bei automatisch zu schaltenden Getrieben, insbesondere bei lastschaltbaren Getrieben liegt dennoch die Anwendung solcher Kupplungen nahe. In diesen Fällen mußten mit Rücksicht auf obengenannte Eigenschaften besondere Maßnahmen mit entsprechendem Geräteaufwand getroffen werden.

Bei Getriebeschaltung mittels formschlüssiger Übertragungselemente entfallen im wesentlichen die Nachteile der kraftschlüssigen Bauteile, dagegen ist eine programmgesteuerte Getriebeschaltung mit großen Schwierigkeiten verbunden, die Lastschaltung ist schlechthin unmöglich.

Da bei Formschluß Drehzahldifferenzen nicht möglich sind, kann der Schaltvorgang theoretisch nur bei Synchronlauf oder bei Stillsund des Getriebes erfolgen. Praktisch sind kleine Absolut- oder Relativdrehzahlen möglich. Die Schwierigkeit liegt darin, daß die neu zu schaltenden Getriebeübertragungselemente zufällige gegenseitige Lage haben und das Einrücken bzw. das Einschalten des Formschlusses nur dann möglich ist, wenn ein positives Formstück (Zahn, Klaue, Stift) in ein negatives Formstück (Zahnlücke, Klauenlücke, Aufnahmebohrung) eingebracht werden kann.

Die USA.-Patentschrift 2 709 782 betrifft beispielsweise ein Getriebe mit Kupplung und Synchronisierungsvorrichtung. In einem Getriebekasten ist eine antreibende Welle mit einem axial veschiebbaren Radsatz und eine abtreibende Welle mit einem fest auf dieser angeordneten Radsatz vorgesehen. Ferner ist eine Spindel im Inneren des Getriebekastens angeordnet, auf welcher eine Mutter sitzt, die eine Schaltgabel trägt, weiche in den versehr^baren Radsatz eingreift. Die Spindel wird zum Umschalten der Getriebeübersetzung von einem Elektromotor angetrieben.

In Abhängigkeit von der Stellung der Mutter und somit des verschiebbaren Radsatzes ist eine Kupplung ausrückbar, wodurch die abtreibende Welle entlastet wird. Die zum Eingriff bestimmten Zahnradpaare werden eiif diese Weise einander genähert und stoßen hart aufeinander, wenn nicht zufällig Zahn und Zahnlücke zur Deckung kommt. Zur Erleichterung des Eingriffes sind die Zahnflanken auch in axialer Richtung abgerundet. Wie bereits eingangs angeführt, kann auch mit dieser Einrichtung kein geschmeidiges, rasches Schalten erreicht werden.

Beim Versuch diesen Schaltvorgang zu automatisieren, treten bei Werkzeugmaschinen noch zusätzliche Schwierigkeiten dadurch auf, daß solche Umschaltvorgänge bei verschieden hohen Drehzahlen gegen verschieden nachtreibende Trägheitsmomente und gegen unterschiedliche Yrägheitsbelastungen am abgetriebenen Wellenende durchzuführen sind.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Synchronisierungsvorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen die eine !sstlosc Gctricbciinv schaltung mit geringem Aufwand und großer Betriebssicherheit gewährleistet, wobei die formschlüssige Verbindung zwischen den zusainmengeschalteten Übertragungselementen mit großer Schonung ihrer Eingriffsteile erfolgt. Die Lösung dieser Aufgabe besteht erfindungsgemäß darin, daß auf der Schaltspindel ein Hilfszahnrad axial und in Umfangsrichtung federnd gelagert ist, das mit einem Gegenrad eines von der Schaltgabel axial bewegbaren, mit Zähnen versehenen Verschiebeblocks in Eingriff setzbar ist, wobei Hilfszahnrad und Gegenrad von unmittelbai vor dem Ausrücken des zu lösenden Eingriffs einet Getriebeütiersetzung bis unmittelbar nach dem Einrücken der Zähne der einzuschaltenden Getriebeübersetzung in Eingriff stehen.

Die mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung erzielbaren Vorteile ergeben sich aus der Aufgabenstellung

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung erläutert, in der Ausführungsbeispicle des Erfindungsgegenstandes dargestellt sind.

Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform der Vorrich tung im Längsschnitt;

F i g. 2 einen Querschnitt des Hillszahnrades;

F i g. 3 das Schneckengetriebe im Längsschnitt

F i g, 4 ein Schema der Schaltung zur elektrischen Steuerung der Einrichtung; und

F i g, 5 eine zweite Ausführungsform der Einrichtung im Längsschnitt,

Nach Fig. 1 ist bei einem Zahnradgetriebe für eine Drehbank parallel zu der Antriebswelle 1 und der Abtriebswelle 2 eine Schaltspindel 3 angeordnet, die eine Mutter 4 trägt und an deren gewindelosen Ende das Schneckenrad 5 eines die Schaltspindel mit niederer Drehzahl antreibenden Schneckengetriebes sitzt. Die Mutter 4 ist zwischen Anschlägen 6, 7 gegen die Wirkung von Federn 8, 9 in einem gewissen Ausmaß axial verschiebbar. Eine Schaltgabel 10 verbindet die Mutter mit den treibenden Zahnrädern 11, 12. Eines dieser Räder kann jeweils bei Verschiebung der ¹S Schaltgabel über den Verschiebeblock 13 mit dem zugehörigen Getriebezahnrad 14 bzw. 15 in Eingriff gebracht werden.

Zwischen den getriebenen Rädern 14, 15 ist auf dem gewindelosen Teil der Schaltspindel 3 ein Hilfszahnrad 16 angeordnet, das gegen die Wirkung von Federn 17, 18 in beiden Achsrichtungen auf der Welle verschiebbar, aber auch gegen die Wirkung einer auf der Welle befestigten, zweiflügeligen Blattfeder 19 in beiden Umfangsrichtungen begrenzt verdrehbar ist (F i sz. 2). Das Hilfszahnrad ist so bemessen, daß es mit dem Zahnrad 11 als Gegenrad zusammenwirken kann.

Die Schnecke 20 (Fig. 3) ist auf irrer vom Motor 21 angetriebenen Welle. 22 gegen die Wirkung vor; Federn 23, 24 axial verschiebbar gelagert und mit einem Schaltfinger 25 versehen, der bei Verschiebung in einer der beiden Achsrichtungen einen Notendschalter E_;) bzw. E₄ ZUi Auslösung der Umsteuerung der Drehrichtung des Motors 21 betätigt. Um beispielsweise die Drehzahl der Abtriebswelle 2 herabzusetzen, wird das Räderpaar 11, 14 außer Eingriff gebracht unddeis Räderpaar 12, 15 formschlüssig verbunden, wozu der Verschiebeblock 13 nach rechts auf der Antriebsachse 1 verschoben werden muß.

Die auf der Schaltspindel 3 nach rechts bewegte Mutter 4 schiebt den Verschiebeblock vor sich her. bis das Zahnrad 11 an dem sich drehenden Hilfszahnrad 16 anliegt, wobei das Zahnrad 11 aber noch mit dem Rad 14 im Eingriff steht. Diese Phase des Lmschaltvorganges ist in F i g. 1 dargestellt. Der von der nach rechts bewegten Mutter ausgeübte Druck wird über das Zahnrad 11 auf das Hilfszahnrad übertragen, das diesen Druck durch die Anordmini der Feder 18 elastisch aufnimmt. Das Zahnrad 11 kommt mit dem drehenden Hilfszahnrad in Eingriff und aus dem Bereich des Zahnrades 14. Wenn das Rad 12 mit dem Gegenrad 15 in Kontakt kommt, wird wieder durch den von der Mutter ausgeübten Druck und durch die Drehung des Rades die formschlüssige Verbindung zwischen den Rädern 12, 15 eingeleitet. Beim weiteren Verschieben des Rades 12 kann das Fiilfszahnrad kurzzeitig abgebremst werden, was durch die Anordnung der Blattfeder 19 auf dem gewindelos;n Teil der Schaltspindel 3 möglich ist, so daß eine Oberbeanspruchung der zusammenwirkenden Teile vermieden wird. Sobald die Zähne der beiden Räder 12, 15 vollständig im Eingriff stehen, betätigt ein auf der Gabel 10 angeordneter Schaltfinger 26 einen Eindscnalter E₂, der den Motor 21 abschaltet. Für die Beendigung der Verschiebung des Verschiebeblocks 13 nach links zum Formschluß der Räder H₁ 14 ist die Gabel mit einem zweiten mit einem Endschalter E₁ zusammenwirkenden Schaltfinger 27 versehen.

Bsi ungünstigen geometrischen Bedingungen an den Rädern Vi und 15, wenn etwa Zahn an Zahn zu liegen kommt,, können so große Reibungskräfte auftreten, daß über das Hilfszahnrad die Schaltwelle 3 abgebremst wird bzw. zum Stillstand kommt. In diesem Fall schraubt sich die durch die Federn 23, 24 elastisch abgestützte Schnecke 20 an dem stillstehenden oder abgebremsten Schneckenrad 5 z. B. nach unten und betätigt mit ihrem Schaltfinger 25 den Notendschalter E₄. Dieser Schalter polt den Motor 21 durch eine Zeitverzögerungsschaltung zumindest so lange um, bis die Federelemente wieder entspannt sind.

Der kurzzeitige Richtungswechsel des Antriebes genügt für ein geringes Verschieben und Verdrehen des Rades 12, so daß für den neuen Schaltvorgang neue geometrische Bedingungen vorgefunden werden. Die Fig.4 zeigt eine Schaltung zur elektrischen Steuerung der selbsttätigen lmschaltung des Getriebes einer programmgesteuerten Drehbank. Von der Programmsteuerung wird der Kontakt K., geschlossen, wenn eine bestimmte Getriebeumschaltung verlangt vvird, und über die Kontakte r.„ r₃ und S₁ und den Schütz S., erfolgt die Einschaltung des Motors 21, wobei die Kontakte r'.₂ und r\ offen sind. Damit ist die Verschiebung des Verschiebeblockes 13 mit den Rädern 11, 12 eingeleitet. Gelingt der Formschluß zwischen den Rädern 12, 15 nicht, so löst der durch die Schnecke betätigte Schalter E₄ das zugehörige zeitverzögerte Relais R_x aus, wodurch der Kontakt r₄ geöffnet und der Kontakt r'₄ geschlossen und der Motor 21 von den Schützen S₁ und S., umgepolt wird. Wie schon ausgeführt wurde, ist die Umpolung des Motors nur kurzzeitig, da die in ihre Ausgangsstellung zurückkehrende Schnecke den Endschalter E₄ freigibt und der Motor für die neuerliche Vei-chiebung der Mutter nach links durch Umkehrung des Steuervorganges zurückgepolt wird.

Nach Herstellung de:, Formschlusses zwischen den Rädern 12, 15 wird der Endschalter E₂ betätigt, das Relais R., öffnet den Kontakt r₂ und schließt den Kontakt r".„ wodurch der Schütz S₂ den Motor abschaltet und den Kontakt s'.₂ zur Betätigung der Bremse ß des Motors durch den Schütz S_n schließt. Gleichzeitig wird der Kontakt r'., und durch den SchützS₁, der Kontakt.^ geschlossen und somit das Programm der Drehbank weitergeschaltet.

Für die Herstellung des Formschlusscs zwischen den Rädern 11, 14 erfolgt die Umschaltung aiialog. Bei dem Getriebe nach F i g. 5 sind die treibenden Räder 28. 29 auf der Antriebswelle 30 lose gelagert; sie stehen mit den getriebenen Rädern 3ϊ, 32 der Abtriebswelle 33 dauernd in Eingriff. Die feste Verbindung der leise gelagerten Räder mit ihrer Welle erfolgt dm ^h Stirnkupplungen, deren einen Hälften 34, 35 an den Rädern 28, 29 und deren anderen Hälften 36, 37 an den Stirnseiten des Verschiebeblockes 38 angeordnet sind. Der Verschiebeblock ist wie bei dem Getriebe nach F i g. 1 auf der Antriebswelle über die Sdialtgabel 10 durch die mit der Schaltspindel 3 zusammenwirkende Mutter 4 verschiebbar. Das Hilfszcihnrad 16 ist auf dem gewindelosen Teil der Schaltspindel 3 vorgesehen, die durch den Motor 21 über das Schneckengetriebe nach Fi g. 3 angetrie-

bcn wird. Auf dem Vcrschiebeblock .18 ist ein Zahnrad 39 als Oegenrad angeordnet, das für den Eingriff in das Hilfszahnrad entsprechend ausgebildet ist. Die formschlüssige Verbindung der Hälften einer der Kupplungen geht in der gleichen Weise vor sich wie bei den Rädern des Getriebes nach Fig. 1. Der EinirifT zwischen den beiden Hilfsradem beginnt dohei wieder unmittelbar bevor der Formschluß den Hälften der einen Kupplung gelöst und mittelbar nach dem der Formschluß zwi; Hälften der anderen Kupplung eingeleitet is Die Verschiebung des Verschiebeblocke! falls, wie zum Getriebe nach F i g. 1 bi wurde, elektrisch steuerbar.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Synchronisierungsvorrichtung zum Ineingriffbriagen von Übertragungselementen, wie Zahnrädern oder Stirnkupplungen von Getrieben, insbesondere von Drehbankgetrieben, wobei das antreibende Übertragungselement zur Verbindung mit dem abtreibenden durch eine auf der Mutter einer Schaltspindel angeordnete Schaltgabel verschiebbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Schaltspindel (3) ein Hilfszahnrad (16) axial und in Umfangsrichtung federnd gelagert ist, das mit einem Gegenrad (11; 39) eines von der Schaltgabel (10) axial bewegbaren, mil *5 Zähnen (11, 12 bzw. 36, 37) versehenen Verschiebeblocks (13; 38) in Eingriff setzbar ist, wobei Hilfszahnrad (16) und Gegenrad (11; 39) von unmittelbar vor dem Ausrücken des zu lösenden Eingriffs (11, 14; 12, 15 bzw. 34, 36; 35,37) einer " Getriebeübersetzung bis unmittelbar nach dem Einrücken der Zähne (12, 15; 11, 14 bzw. 35, 37; 34, 36) der einzuschaltenden Getriebeübersetzung in Eingriff stehen.