DE2423578B1 - Mechanische Schalteinrichtung für ein Mehrwellen-Stufenrädergetriebe für insbesondere Werkzeugmaschinen - Google Patents

Description

• Aufgabe der Erfindung ist es, die für einen Schaltvorgang erforderlichen Kräfte gering zu halten.
• Der erfindungsgemäßen Lösung dieser Aufgabe liegt die Erkenntnis zugrunde, die Bewegungsabläufe der einzelnen Übertragungselemente aufzuteilen und die auf die Schaltarme bzw. Schubstangen einwirkenden Schaltorgane so auszubilden, daß bei ihrer Bewegung in einer axialen Richtung, z. B. beim Herausziehen der Schaltorgane, ein erster Bewegungsablauf bestimmter Schieberadblöcke in ihre Mittelstellung eintritt, daß am Ende dieser Bewegung die Schaltorgane - wie an sich bekannt - zum freien Auswählen einer beliebigen anderen Schaltstufe durch Verdrehen mindestens eines der Schaltorgane (Schaltscheibe) freigegeben werden (DT-AS 22 06 671) und daß nach dem Auswählen des gewünschten Ganges durch Eindrücken der Schaltorgane die so gewählten Schieberadblöcke aus der Mittelstellung in ihre Eingriffsstellung verschoben werden.
• Konstruktiv ist dieses Lösungsprinzip durch ein gegen Drehung gesichertes, senkrecht zu den Schaltarmen zusammen mit der Schaltscheibe verschiebbares Schaltglied mit von radialen, gegensinnig geneigten Auflaufflächen begrenzten Ausnehmungen verwirklicht, in die jeweils ein an der Schubstange angeordneter Querzapfen eingreift. Beim Herausziehen der Schaltscheibe und des Schaltgliedes mittels eines Handrades gleitet der Schaltstift an der schrägen Auflauffläche, verschiebt dabei über die direkt gekoppelte Schubstange den entsprechenden Schieberadblock in eine Mittelstellung und arretiert diesen Radblock beim Verdrehen und Durchwählen der Schaltscheibe. Während bei der bekannten Schalteinrichtung das Ausrücken, d. h. die Verschiebung bestimmter Radblöcke in eine Mittelstellung, nach dem Auswählen einer neuen Schaltstufe gleichzeitig mit dem Einrücken der Schieberadblöcke für die neue Schaltstufe erfolgt, werden beim Erfindungsgegenstand diese beiden Bewegungsabläufe getrennt und somit die aufzubringenden Schaltkräfte wesentlich verringert.
• Die gegeneinander geneigten und in Umfangsrichtung versetzten Flächenpaare ermöglichen die Trennung der Bewegungsabläufe. Durch diese Ausbildung ergeben sich die zum Schalten ohne Zwischenübersetzung benötigten großen Schaltwege in der Schaltscheibe.
• Da eine Zwischenschaltung von Übersetzungshebeln direkt nicht erforderlich ist, können die Schaltstifte auf abgewinkelten Verlängerungen der an sich bekannten Schubstangen für die Schieberadblöcke sitzen (Anspruch 2).
• Neben der Anordnung von Auflaufflächen für die Schubstangen-Schaltstifte können in der Schaltscheibe auch noch - im übrigen für sich bekannte - Kurvenbahnen eingearbeitet sein, in die ständig ein verlängerter Querzapfen eines bestimmten Schieberadblockes.
• z. B. eines Vorgeleges, eingreift (Ansprüche 3 und 4).
• Zur Erleichterung der Bedienung der Schalteinrichtung kann das Betätigungsorgan auch als zweiarmiger Schwenkhebel ausgebildet sein, der sich mit seinem einen Arm im Schaltscheiben-Drehpunkt abstützt und der mit der Schaltscheibe so gelenkig verbunden ist, daß beim Abziehen des als Handgriff ausgebildeten anderen Armes die Schaltscheibe mit dem Schaltglied abgezogen, danach um einen Drehbolzen ohne das Schaltglied verdreht und durch Federkraft wieder in die Einrückstellung verschoben wird (Anspruch 7).
• Um nicht nur in der voll eingerückten (DT-AS 22 06 671) sondern auch in der jeweils voll herausgezogenen Stellung des Betätigungsorganes die Schieberadblöcke zu fixieren, sind die Auflaufflächen im Schaltglied und in der Schaltscheibe so angeordnet und ausgebildet, daß in diesen Endstellungen mindestens ein Schaltstift jeder Schubstange gegen Verschieben festgelegt ist. Zu diesem Zweck können die von den Auflaufflächen begrenzten Ausnehmungen im Schaltglied keilförmig die freien Enden der Schaltstifte entsprechend konisch ausgebildet sein (Anspruch 8).
• Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt F i g. 1a einen Schnitt durch die Schalteinrichtung mit eingerückten und arretierten Schaltorganen, F i g. lb die Schalteinrichtung nach F i g. 1 mit abgezogenen Schaltorganen und frei drehbarer Schaltscheibe, F i g. 2 eine teilgeschnittene Draufsicht auf die Schalteinrichtung nach F i g. 1 ohne Schaltscheibe und Betätigungsorgan, Fig.3 eine Draufsicht auf die Wirkungs-Seite der Schaltscheibe, F i g. 4a bis 4d eine schematische Darstellung eines Schaltvorganges für einen Schieberadblock.
• Bei der in den F i g. 1 und 2 dargestellten Schalteinrichtung sind die Schieberadblöcke 1, 2, 3 auf im Gehäuse 4 drehbar angeordneten Keilwellen 5,6 axial verschiebbar gelagert. Die Schieberadblöcke 1 und 2 besitzen jeweils zwei Zahnräder 7. 8 und 7', 8', zwischen denen je eine Schiebegabel 9, 10 in üblicher Weise angreift. Der bei dieser Ausführung als Vorgelege-Schieberadblock ausgebildete Radblock 3 weist nur ein Zahnrad 11 mit stirnseitiger Kupplungsverzahnung auf und wird von einer Gabel 12 verschoben. Diese Kupplungsverzahnung dient zur direkten Kraftübertragung ohne die Vorgelegeuntersetzung. Die Gabeln 9, 10 und 12 sind über Halter 13, 14, 15 an Schubstangen 16, 17.
• 18 befestigt, die parallel zu den Keilnutwellen 5, 6 im Gehäuse 4 axial verschiebbar gelagert sind. An den in F i g. 2 linken Enden der Schubstangen 16, 17 sind Winkelprofile 19, 20 befestigt. Die Enden der Schubstangen und die Winkelprofile ragen zusammen mit den anderen Schaltorganen in eine Ausnehmung 21 im Gehäuse 4. Von jedem Winkelprofil 19 bzw. 20 stehen nach beiden Seiten je ein Zapfen 22, 23 bzw. 24, 25 mit konischen freien Enden ab.
• In der Gehäuseausnehmung 21 ist ein Stehbolzen 26 starr befestigt, auf dem eine Hülse 27 axial verschiebbar angeordnet ist (F i g. 1). In einer zylindrischen Innenausnehmung 28 der Hülse ist eine Feder 29 zwischen dem Boden der Ausnehmung und dem Kopf des Stehbolzens 26 eingespannt, die die Hülse in Richtung auf den Boden der Gehäuse-Ausnehmung 21 drückt.
• Am in F i g. 1 oberen, eingeschnürten Teil der Hülse 27 sitzt ein Schaltglied 30, das durch einen Sicherungsring 31 an der Hülse gehalten ist. Dadurch kann das Schaltglied 30 zusammen mit der Hülse 27 auf dem Bolzen 26 axial verschoben werden. Gegen eine Verdrehung ist das Schaltglied 30 durch einen im Gehäuse 4 befestigten Fixierstift 32 festgelegt, der in einer Bohrung 33 im Schaltglied 30 gleitet. Im Schaltglied 30 sind keilförmige Ausnehmungen 40,41 vorgesehen, die von gegensinnig geneigten Auflaufflächen 42, 43 (F i g. la) begrenzt werden. Diese schrägen Auflaufflächen wirken mit den Querzapfen 23, 25 der Schubstangen 16, 17 zusammen, was weiter unten im einzelnen beschrieben wird.
• An der Gleithülse 27 sind ferner eine Schaltscheibe 35 und ein als Handrad 36 ausgebildetes Betätigungsorgan über Schrauben 37, 38 befestigt. Während die Hül- se 27 gegenüber dem drehfest gesicherten Schaltglied 30 verdrehbar ist, ist sie über die Schrauben 37, 38 drehfest mit der Schaltscheibe und dem Handrad verbunden. Die Schaltscheibe 35 weist bei dieser Ausführung vier von radialen gegensinnigen Schrägflächen 45, 46, 47, 48 begrenzte Ausnehmungen auf, an die sich jeweils eine kurze, blinde Umfangsnut 49, 50, 51 anschließt (F i g. 3). Diese Schrägflächen und Umfangsnuten wirken mit den Querzapfen 22, 24 der Schubstangen 16, 17 in der weiter unten im einzelnen beschriebenen Weise zusammen.
• Im Gehäuse 4 ist ein weiterer Fixierstift 52 befestigt, der in Bohrungen 53 eingreift, die am Umfang der Schaltscheibe verteilt sind und der die einzelnen Schaltpositionen bestimmt (F i g. 3).
• Das Schaltrad 36 besteht aus einem äußeren Greifrad 54 und einem die Schaltscheibe 35 allseitig umgreifenden Napfteil 55, an dessen schräger Außenfläche eine Skala 56 mit Markierungen für die einzelnen Drehzahlen oder Schaltstufen angebracht ist. Auf einer am Gehäuse 4 befestigten Abdeckplatte 57 sind Gegenmarkierungen z. B. für Polumschaltungen des E-Motors angeordnet.
• Wie aus F i g. 2 hervorgeht, ist das freie Ende der Schubstange 18 für das Vorgelege-Schieberad 11 über einen Drehbolzen 60 an einem Ende eines Hebels 61 angelenkt, dessen anderen Ende über einen weiteren Drehbolzen 62 am Gehäuse 4 drehbar befestigt ist. Ein gegenüber den Querbolzen 22, 24 verlängerter Querbolzen 63 am Hebel 61 greift ständig in eine Kurvenbahn 64 der Schaltscheibe 35 ein, so daß bei einem Verdrehen der zusammen mit dem Handrad herausgezogenen Schaltscheibe 35 eine durch die Wirkung des Hebels 61 übersetzte Verschiebung der Stange 18 und damit des Vorgelege-Schieberadblockes 3 erfolgt.
• Die Wirkungsweise der Schalteinrichtung wird im folgenden insbesondere an Hand der F i g. la und lb und 4a bis 4d erläutert. Soll von einer beliebigen Schaltstufe, bei der eine Schubstange mit ihrem Schieberadblock in der Position nach F i g. 1 a und eine zweite Schubstange in der Position nach F i g. 4a steht, in eine beliebige andere Schaltstufe umgeschaltet werden, dann wird das Handrad 54 aus der Position nach F i g. ia in die Position nach F i g. ib herausgezogen.
• Das vom Handrad 36 über die Hülse 27 gehaltene Schaltglied 30 folgt der Abziehbewegung, in deren Verlauf der Querbolzen 24 an der Auflauffläche 42 gleitet, und dadurch in eine Mittelposition verschoben wird, die in F i g. lb dargestellt ist. Durch die entsprechende Neigung und Ausbildung der Auflaufflächen und der Querbolzenspitze ist dieser nach dem vollständigen Herausziehen gegen seitliche Verschiebungen festgelegt und so der Schieberadblock gesichert.
• Durch das Abziehen des Handrades in Richtung des Pfeiles 70 wird auch die in der F i g. 4a schematisch dargestellte Schubstange 16 in die in F i g. 4b dargestellte Mittelposition durch Zusammenwirken der Auflauffläche mit dem Querzapfen 23 verschoben. In voll herausgezogener Lage sind der Stift 52 mit der jeweiligen Ausnehmung 53 (F i g. lb) und die Querzapfen 24 mit den jeweiligen Ausnehmungen 45 bis 51 in der Schaltscheibe 35 außer Eingriff, wohingegen der Fixierstift 32 das Schaltglied 30 nach wie vor gegen Verdrehung festlegt. Danach kann die Schaltscheibe 35 mit Hilfe des Handrades 36 frei gedreht werden, ohne daß eine Bewegung der Schubstangen 16 oder 17 erfolgt.
• Nach einer Verdrehung des Handrades und der mit ihr drehfest verbundenen Schaltscheibe in Richtung des Pfeiles 72 um einen der gewünschten Schaltstufe entsprechenden Betrag, der auf der Drehzahl- bzw. Schaltstufenskala 56 leicht abgelesen werden kann, wird das Handrad zusammen mit der Schaltscheibe 35 und dem Schaltglied 30 entweder durch den Druck der Feder 29 allein oder mit Unterstützung von Hand in Richtung des Pfeiles 73 eingedrückt. Dabei gleitet der Fixierstift 52 in die der gewünschten Schaltstufe entsprechenden Ausnehmungen 53 (F i g. 3).
• Diese Bewegung in Richtung des Pfeiles 73 bewirkt eine Verschiebung der Schubstange 17 durch eine Gleitbewegung des Querzapfens 24 an der schrägen radialen Auflauffläche 45 in F i g. 1 und 4c nach rechts. Je nach der gewünschten Übersetzung bzw. der einzulegenden Schaltstufe kann der als Gleitbolzen wirkende Querzapfen 24 auch in eine der Umfangsnuten 49 bis 51 eingreifen - wie in F i g. 4c gezeigt -, so daß diese Schubstange mit ihrem Schieberadblock in dieser mittleren Stellung verbleibt. Steht einer der Querbolzen 22 bzw. 24 nach einer entsprechenden Verdrehung des Handrades und der Schaltscheibe den nach radial innen gerichteten Auflaufflächen 46 oder 47 gegenüber, dann wird beim Eindrücken des Handrades die entsprechende Schubstange mit dem Schieberadblock nach radial einwärts, d. h. in F i g. laib nach links verschoben. Da bei der Einschubbewegung das Schaltglied 30 von der Hülse 27 mitgenommen wird, gleiten die Querbolzen 23,25 ohne Wirkung an den entsprechenden Auflaufflächen.
• Bei dem in den F i g. 2 und 3 dargestellten Ausführungsbeispiel steht der Querzapfen 63 ständig in Eingriff mit der Kurvennut 64 der Schaltscheibe. Bei einer Verdrehung dieser Scheibe gleitet der Querzapfen 63 im Kurvenbereich dieser Nut, wodurch die Schubstange 18 und mit ihr der Vorgelege-Radblock verschoben wird. Durch diese Maßnahme kann in der bekannten Weise die Anzahl der Schaltstufen wesentlich erhöht werden.
• Neben der dargestellten und beschriebenen spezifischen Ausführung der Schalteinrichtung sind verschiedene Abwandlungen möglich. So kann beispielsweise die mit der Kurvenbahn 64 über den Querzapfen 63 zusammenwirkende Schubstange 18 für den Vorgelege-Schieberadblock 3 dahingehend abgewandelt werden, daß anstatt des Hebels 61 und der Kurvennut 64 von weiteren Auflaufflächen begrenzte radiale Ausnehmungen vorgesehen werden. Weiterhin kann anstatt des Vorgelege-Schieberadblockes 3 ein anderer, den Radblöcken 1 oder 2 entsprechender Schieberadblock verwendet werden. Um die Fixierung in den einzelnen Schaltstufen weiter zu verbessern, können auch anstatt der Umfangsnuten 49, 50, 51 in der Schaltscheibe 35 jeweils Bohrungen vorgesehen werden, in die beim Eindrücken der Schaltscheibe die entsprechenden Querbolzen 22 oder 24 ohne Verschiebung der Schubstangen 16 oder 17 eingreifen.
• Wird eine starke Feder 29 verwendet, die gegebenenfalls die Rückführbewegung der Schaltorgane selbsttätig ausführt, dann kann es vorteilhaft sein, anstatt des Handrades 54 einen Hebel einzusetzen, der sich mit seinem einen Ende auf der Stirnfläche des Stehbolzens 26 abstützt, im mittleren Teil am napfförmigen Teil 55 des Betätigungsorgans angelenkt ist und dessen verlängerter anderen Arm einen Handgriff trägt. Das Abziehen und Verdrehen der Schaltorgane wird dadurch erleichtert.

Claims (8)

1. Patentansprüche: 1. Mechanische Schalteinrichtung für ein Mehrwellen-Stufenrädergetriebe für insbesondere Werkzeugmaschinen, dessen Schieberadblöcke mit Schaltstifte tragenden Schaltarmen verbunden sind und bei dem in einer axial begrenzt verschiebbar und drehbar im Getriebegehäuse gelagerten Schaltscheibe von gegensinnig geneigten Auflaufflächen gebildete Ausnehmungen und Arretierbohrungen für die Schaltstifte eingearbeitet sind, aus denen die Schaltstifte durch axiales Abziehen der Schaltscheibe außer Eingriff gelangen und durch axiales Eindrücken der Schaltscheibe eine auf die Schaltarme übertragene Gleitbewegung an den Auflaufschrägen ausführen, dadurch gekennzeichnet, daß jede Ausnehmung in der Schaltscheibe (35) von einer ebenen, radial geneigten Auflauffläche (45; 46; 47; 48) begrenzt ist, die paarweise gegeneinander geneigte und in Umfangsrichtung versetzte Flächenpaare (45, 46 bzw. 47, 48) bilden, und daß ein gegen Drehung gesichertes, zusammen mit der Schaltscheibe (35) axial verschiebbares Schaltglied (30) mit von radialen. keilförmigen Auflaufflächen (42, 43) begrenzten Ausnehmungen (40, 41) vorgesehen ist, in denen beim Abziehen der Schaltscheibe weitere Schaltstifte (23, 25) an den Schaltarmen (19, 20) gleitend eingreifen und dabei die Schieberadblöcke in eine Mittelstellung verschieben.
2. 2. Schalteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltarme Schubstangen (16, 17) für die Schieberadblöcke (1, 2) sind, an deren abgewinkelten Verlängerungen (19, 20) die Schaltstifte sitzen.
3. 3. Schalteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich an jede der Schrägflächen (45 bis 48) in der Schaltscheibe eine Umfangsnut (49,50,51) anschließt.
4. 4. Schalteinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltscheibe (35) mindestens eine Kurvennut (64) zur Aufnahme eines verlängerten Querzapfens (63) und zum Verschieben eines zusätzlichen Radblokkes (3), z. B. eines Vorgelegeblockes, beim Verdrehen der abgezogenen Schaltscheibe (35) aufweist.
5. 5. Schalteinrichtung für ein Stufenradgetriebe mit zwei oder mehreren Zweierblöcken nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß durch Herausziehen des Betätigungsorgans (36) alle Räderblöcke mit Ausnahme des Vorgelegeblockes in die Leerlaufstellung als Mittelstellung verschiebbar sind.
6. 6. Schalteinrichtung für ein Stufenradgetriebe mit zwei oder mehreren Dreierblöcken nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß durch Herausziehen des Betätigungsorgans (36) alle Räderblöcke mit Ausnahme des Vorgelegeblockes in die Mittelstellung verschiebbar sind, in der jeweils eines der Räder mit den entsprechenden Gegenrädern des Getriebes kämmen.
7. 7. Schalteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Betätigungsorgan (36) ein an der Schaltscheibe gelagerter, doppelarmiger Schwenkhebel ist, dessen einer Arm sich im Drehpunkt der Schaltscheibe (35) abstützt und dessen anderer Arm als Handgriff ausgebildet ist.
8. 8. Schalteinrichtung nach einem der vorhergehen- den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schrägflächen-Ausnehmungen (40 bis 48) im Schaltglied (30) und in der Schaltscheibe (35) und die ihnen zugeordneten Gleitbolzen (22 bis 25) so ausgebildet sind, daß die Radblöcke auch bei voll herausgezogenem Betätigungsorgan gegen Verschieben gesichert sind.

   Stufenrädergetriebe sind für alle die Anwendungen besonders geeignet, bei denen eine oder mehrere konstante Antriebsdrehzahlen in eine Staffel von feinstufig, z. B. 8 bis 18 Stufen, unterteilten Abtriebsdrehzahlen umgewandelt werden sollen. Das Einlegen oder Ausrücken der einzelnen Schaltstufen erfolgt bei derartigen Getrieben entweder durch Kupplungen oder durch Schieberäder. In der Regel werden jeweils zwei oder drei Schieberäder zu einem auf einer Keilwelle drehfest verschiebbaren Block vereinigt, an dem die Gabeln von Schaltstangen angreifen. Durch die Gesamtzahl an Schieberädern bestimmt sich die Anzahl der verschiedenen Schaltstufen, wobei insbesondere bei Werkzeugmaschinen die einzelnen Drehzahlstufen um einen geometrischen Stufensprung p auseinanderliegen. Die Schieberadblöcke können entweder durch mechanische oder durch hydraulische bzw. elektromagnetische Schalteinrichtungen betätigt werden, wobei die hydraulischen und elektromagnetischen Schalteinrichtungen zwar ein Durchschalten gestatten, jedoch außerordentlich aufwendig und damit störanfällig sind.

   Eine bekannte mechanische Schalteinrichtung mit Durchwahl der einzelnen Schaltstufen (DT-AS 22 06 671) besitzt eine mit einem Handrad fest verbundene Schaltscheibe, an der zwei Serien von gegeneinander radial und in Umfangsrichtung versetzten Schaltstiften befestigt sind. Diesen Schaltstiften sind doppelarmige Schwenkhebel zugeordnet, deren einer freier Arm am Getriebegehäuse angelenkt und an deren anderem Arm je ein Obertragungsgestänge für die Schieberadblöcke angeschlossen ist. In jeweils einem mittleren axialen Ansatz der Schwenkhebel sind mit je einer koaxialen Bohrung versehene Zentrierkegel eingearbeitet, von denen in jeder Schaltstellung der Schaltscheibe einer der Schaltstifte eingefangen und schließlich zentriert wird, und somit bei volleingerückter Schaltscheibe gegen Verschieben gesichert ist. Der Schaltweg ergibt sich jeweils aus der radialen Versetzung der einzelnen Schaltstifte, kann jedoch nur maximal der halben Öffnungsweite des Zentrierkegels entsprechen.

   Bei Stufenrädergetrieben für insbesondere Werkzeugmaschinen sind die Schaltwege der einzelnen Schieberadblöcke ganz erheblich und können z. B. bei einer Dreierstufe mehr als vier Radbreiten betragen.

   Da bei der bekannten Schalteinrichtung der maximale Schaltweg jedes Schaltstiftes an der Scheibe nur die halbe Öffnungsweite eines Zentrierkegels beträgt, sind Schwenkhebel und gesonderte, übersetzende Übertragungsgestänge zum Erreichen der größeren Schaltwege der Radblöcke erforderlich. Diese Übersetzung der Schaltscheibenbewegung führt jedoch zu einer Beeinträchtigung der Leichtgängigkeit, die wegen der Einhandbedienung und der erforderlichen Schnelligkeit der Schaltvorgänge von wesentlicher praktischer Bedeutung ist.