DE2835303C2 - Schaltstoß-dämpfende Schalteinheit für ein vielgängiges Zahnräderwechselgetriebe, insbesondere für Werkzeugmaschinen - Google Patents

Description

a) daß der Stellmotor (6) und die Koppelelemente achsparallel über eine gemeinsame Tragplatte (4) am Getriebegehäuse (1) befestigt sind,

b) daß die Koppelelemente durch ein Stirnradpaar (9, tO) und die Zwischen welle (12) gebildet sind,

c) daß das auf der Abtriebswelle (8) befestigte Stirnrad (9) in bekannter Weise in einem radial mittleren Abschnitt einen elastisch dämpfenden und mit den angrenzenden Zahnradteilen (55, 60) fest vulkanisierten Ringkörper (58) enthält,

d) daß das andere Stirnrad (10) auf der in einer formsteifen Lagerbuchse (3) gelagerten verdickten ZwischenweUe (12) befestigt ist, an deren einem Ende ein Wellenzapfen (15) des Antriebsritzels (19) zur Drehmomentübertragung eingreift und auf deren anderem schmaleren Ende {\2a) in bekannter Weise mehrere Noc'< »iischeiben (25) — entsprechend der Ganzahl — drehfest angeordnet sind.

2. Schalteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als jtoßdämpfungselement eine elastische Kupplung (62) zwischen Abtriebswelle (8) und Zahnrad (9) einsetzbar ist.

3. Schalteinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerbuchse (3) und die Tragplatte (4) einstückig ausgebildet sind.

Die Erfindung betrifft eine Schaltstoß-dämpfende Schalteinheit für ein vielgängiges Zahnräderwechselgetriebe, insbesondere für Werkzeugmaschinen, der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegeben Gattung.

Von der Anmelderin ist bereits eine derartige Schalteinheit entwickelt worden, vgl. DE-Gbm 77 29 161, bei welcher für z.B. ein Schaltgetriebe mit achtzehn Gangstufen den drei hierzu notwendigen Schaltstangen je ein gesonderter elektrischer Stellmotor zugeordnet ist, auf dessen jeweiliger Abtriebswelle eine Nockenscheibe mit mehreren gekröpft ausgebildeten Schaltnocken angeordnet ist. Auf einer festen Grundplatte sind mehrere Mikroschalter des elektrischen Steuerkreises in unterschiedlichen radialen Abständen zur Drehachse der Motorwelle angeordnet, die von den entsprechenden Schaltnocken der Scheibe betätigt werden und elektrische Impulse zum Ein- und Ausschalten des jeweiligen Elektromotors an die Steuereinrichtung senden. Die Drehbewegung der Abtriebswelle des Elektromotors wirci über ein aufgekeiltes Zwischenstück auf ein Ritzel übertragen, das ständig mit einem an einer Schaltstange befestigten /.ahnstangensegment in Eingriff steht und die Drehbc wegung der Motorwelle durch den Zahneingriff in eine Verschiebebewegung der Schaltstange umsetzt. Im praktischen Betrieb hat es sich gezeigt, daß unter bestimmten Bedingungen sehr hohe stoßartige Bean-) spruchungen auftreten, weiche zur frühzeitigen Zerstörung der Schalteinrichtung führen. Spitzenbeanspruchungen treten insbesondere dann auf, wenn beim Einlegen eines Ganges die Zähne des Schieberadblokkes mit denen des festen Getrieberades zufällig Zahn

ui auf Zahn stehen. Ausbrüche z. B. der Motortialterung waren keine Seltenheit. Da bei jedem Ausfall einer einzigen Schalteinrichtung die gesamte Werkzeugmaschine stillgesetzt werden mußte, ergaben sich durch die von der Sache her vergleichsweise geringfügigen

ι") Beschädigungen lange Stillstandzeiten und damit hohe Bearbeitungsverluste. Darüber hinaus ist bei dieser bekannten Schalteinheit nur eine einzige Nockenscheibe vorgesehen, die gleichzeitig zur Positionierung und auch zur Anfahrsteuerung dient. Aufgrund der zwangs-

Ju läufig begrenzten Anzahl von daran unterzubringenden Schaltnocken kann diese bekannte Nockenscheibe auch nur eine entsprechend geringe Anzahl an Schaltfunktionen erfüllen.
Ferner ist aus der DE-PS 10 63 249 ein Nockenschal-

>5 ter bekannt, bei welchem mehrere Nockenscheiben an Trägerpiatten aufgesetzt sind, wobei eine kraftschlüssige Verbindung zwischen den Trägerscheiben und den Nockenscheiben durch federbelasteten Formschluß erzielt wird. Hierfür sind die Scheiben in radialer

Ji) Richtung zumindest teilweise konisch ausgebildet. Die Fixierung der Scheiben erfolgt mittels eines Spannringes, der kreisförmig zwischen die Trägerscheiben und die Nockenscheiben eingelegt wird und sich Kraft seiner Eigenspannung so gegen die konischen Flächen preßt.

π daß ein Lockern der Scheiben ausgeschlossen wird. Um eine Verdrehung zwischen den Trägerscheiben und den Nockenscheiben zu verhindern, ist zusätzlich eine Verzahnung vorgesehen.

Schließlich ist aus der DE-OS 19 45 264 ein elastisches

4!) Zahnrad bekannt, bei dem zw; ehen dem Zahnkranz und der Welle eine Kunststoff- oder Gummischicht unter Ausübung eines allseitigen Druckes angeordnet ist. Durch die verspannte Anordnung des elastischen Dämpfungselementes zwischen dem radial äußeren

·»> Zahnkranz und der Welle bzw. der Nabe soll eine wirksame Schwingungs- und Geräuschdämpfung und eine möglichst gleichmäßige Drehmomentübertragung unter Vermeidung von starken Stoßbelastungen erreicht werden.

>o Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaltstoß-dämpfende Schalteinheit für ein vielgängiges Zahnrädcrwechselgetriebe, insbesondere für Werkzeugmaschinen, zu schaffen, die bei konstruktiv einfacher Ausbildung hohe stoßartige Belastungen ihrer wesentlichen Funk-

i", tionsteile wirksam auffängt und einen frühzeitigen Ausfall verhindert.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

mi Zur Verhinderung der hohen Spitzenbeanspruchungen sind erfindungsgemäß zwei Maßnahmen vorgesehen, die sich in ihren Wirkungen ergänzen. Eine dieser Maßnahmen besteht im Vorsehen und in der spezifischen Ausgestaltung des Dämpfungselcmentps im

*-. Getriebezug, und die andere Maßnahme licpt in einer spezifischen Anfahrsteueriing, welche durch das Vorsehen einer Vielzahl von Norkenscheiben ermöglicht wird. Durch die zur Motorwelle achsparallele Anonl-

nung der Zwischenwelle ergibt sich die Möglichkeit, mehrere Nockenscheiben nebeneinander anzuordnen, wobei jeweils drei Nockenscheiben für die Schaltstellung — links, rechts, Mitte, eine weitere zur Richtungsvorgabe beim Anfahren aus der Mittelstellung und eine zusätzliche Nockenscheibe zur Geschwindigkeitsreduzierung beim Einfahren in die Mittelstellung dienen. Insbesondere dieses verlangsamte Einfahren in die Mittelstellung führt zu ac erfindungsgemäß angestrebten Verringerung der hohen Belastungen, wobei die durch zwei gesonderte Nockenscheiben betätigten Mikroschalter mit der Steuerung des Motors der Werkzeugmaschine gekoppelt sind, um die in Frage kommenden Getrieberäder mit sehr langsamer Drehgeschwindigkeit und wechselnder Drehrichtung anzutreiben, so daß höchste Wahrscheinlichkeit für einen stoßfreien Eingriff besteht. Eine weitergehende Verringerung von Stoßbelastungen wird durch das Vorsehen des elastisch dämpfenden Ringkörpers erzielt, der im mittleren Abschnitt des auf der Abtriebswelle befestigten Stirnrades einvulkanisiert ist

Ein weiterer Vorteil wird noch dadurch erreicht, daß die Tragplatte für den Stellmotor mit de/ formsteifen Gleitlagerbuchse für die Zwischenwelle zu einer Baugruppe vereinigt sind, die einfach am Getriebedekkel angeschraubt werden kann. Dies ermöglicht ein nachträgliches Austauschen manuell betätigter herkömmlicher Schalteinheiten gegen die erfindungsgemäße Schalteinheit auf äußerst einfache Weise. Die Verwendung einer formsteifen Gleitlagerbuchse, die über einen Radialflansch einerseits mit der Tragplatte des Stellmotors und zum anderen am Getriebedeckel durch mehrere Schrauben befestigt werden kann, hat weiterhin den Vorzug einer äußerst genauen und schwingungsfreien Lagerung der Zwischenwelle und der weiteren Getriebeanordnung, die ohne weiteres in der Lage ist, auch hohe schlagartig wirkende Belastungen ohne Bruchgefahr aufzunehmen.

Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der LJnteransprüche 2 und 3.

Im fragenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung im einzelnen beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt durch eine Schalteinheil für eine der Schaltstangen;

F i g. 2 eine schematische Draufsicht auf die Schalteinheit nach Fig. 1 mit einer Nockenscheibe und einem Mikroschalter;

Fig. 3 eine schematische Stirnansicht eines elastischen Zahnrades aus einem Verbund-Werkstoff.

Die Schalteinheit jmfaßt mehrere der in Fig. 1 dargestellten Anordnungen, und zwar ist für jede Schalts'ange des Zahnräderwechselgetriebes jeweils eine dieser Anordnungen vorgesehen, die untereinander in ihrem konstruktiven Aufbau im wesentlichen gleich sind.

Am Getriebegehäuse 1 eines nicht dargestellten Zahnräderwechselgetriebes ist ein Zwischenstück 2 befestigt, an dem ein formsteifer Lagerkörper, bestehend aus einer Gleitlagerbuchse 3 und einer Tragplatte 4, und gleichzeitig die Stirnplatte 5 eines elektrischen Steilriioiori- β mittels Sctiraubbolzen 7 angc-chraub: sind. Die Tragplatte 4 dient einmal zur Versteifung eic Gleitlagerbuehsc 3 und darüber hinaus auch /w gleichzeitigen Halterung des Stellmotors 6. Auf der Abtriebswellc 8 des elektrischen Stellmotors 6 ist ein — iii I i g. 3 in Draufsicht dargestelltes — Stirnrad 9 befestigt, das /usaniri.'n mit einem weiteren Stirnrad 10

eine Untersetzung bildet. Mittels Spannstiften If ist dieses Stirnrad 10 auf einer abgesetzten Zwischenwelle 12 festgelegt, die in der Gleitlagerbuchse 3 gelagert ist und eine Ausnehmung 13 im Zwischenstück 2 frei durchragt. In einer zentralen Blindbohrung 14 an ihrem in Fig. 1 linken Ende greift ein Wellenzapfen 15 mittels einer Keilverzahnung 16 ein, der in einer Bohrung 17 des Getriebedeckels 1 drehbar gelagert und gegen Axialverschiebungen durch einen Federring 18 gesichert ist. Am freien Ende dieses Wellenzapfens 15 sitzt drehfest ein Antriebsritzel 19, das mit einem an der Getriebeschaltstange 20 befestigten Zahnstangensegment 21 ständig in Eingriff steht.

Gegenüber der Gleitlagerbuchse 3 ist die Zwischenwelle 12 und die radial innere Zone des Stirnrades 10 durch ein Axialdrucklager 22 abgestützt und durch einen Federring 23 gegen Axialverschiebungen gesichert.

Das in Fig. i rechte Ende der Zwischenwelle 12 hat einen geringen Durchmesser und trägt tünf Nockenscheiben 25 mit einer entsprechenden Anzahl an Abstandshaltern 26, die als Ringscheiben ausgebildet sind und deren Durchmesser d«n dickeren Teil der Zwischenwelle 12 entspricht. Die mittleren Abstandshalter 26 sind auf der Welle 12 axial verschiebbar und drehgesichert festgelegt, deren Spitzen in eine !.ängsnul in diesem Wellenteil eingreifen. Demgegenüber sind die einzelnen Nockenscheiben drehbar auf diesem Wellenteil 12a gelagert. Eine gegenseitige feste Positionierung der Nockenscheiben 25 wird durch eine Spanneinrichtung erreicht, die aus mehreren Kugeln 30 und einem zentral in das freie Ende des Wellenteiles 12a einschraubbaren Gewindebolzen 31 sowie aus einer Druckplatte 32 besteht, deren konische Zentralbohrung mit dicht nebeneinander ringförmig angeordneten Kugeln 30 zusammenwirkt Durch Einschrauben des Gewindezapfens 31 in eine entsprechende Gewindebohrung im Weilenteil 12a wird auf eine größere Zentralkugel 33 ein Druck ausgeübt, welcher sich gleichmäßig über die ringförmig angeordneten Kugeln 30 auf die Druckplatte 32 überträgt und die Nockenscheiben 25 gegeneinander und gegenüber dem Wellenteil 12a axial verspannt. Durch Lösen des Gewindezapfens 31 kann jede der fünf Nockenscheibe 25 einzeln verdreht werden, um ihren Nocken in be ^ auf den zugeordneten Mikroschalter 52 (vgl. Fig. einzustellen.

Von den in F i g. 1 dargestellten fünf Nockenscheiben 25 sind drei für die jeweilige Schaltstellung — links, rechts, Mitte — eine weitere zur Richtungsvorgabe beim Anfahren aus der Mittelstellung und die fünfte zur Geschwindigkeitsreduzierung beim Einfahren in die Mittelstellung vorgesehen.

Die Anzeige der jeweils eingelegten Gangstufe özw. des Drehzahlbereiches erfolgt durch eine am freien Ende des Wellenteils 12a durch eine Feststellschraube 35 gesicherte Anzeigenscheibe 36, an deren nacli außen weisender Ringfläche 37 Drehzahlmarkierungen 38 angeordnet sind. Zur Beobachtung dieser Drehzahlmarkierungen ist in einer die gesamte Schalteinrichtung umgebenden Abdeckhaube 39 ein Sichtfenster 40 vorgesehen. Unmittelbar neben diesem Fenster 40 befinde ι sLh eine weitere Ausnehmung 41 in der Haubenstirnwand, durch die mittels eines Steckschlüssels das Vierkant-Ende 42 des Wellenteils 12a ergriflen und von Hand verdreht werden kann, falls Störungen in der Elektrik aui«.reten und das Schalten von Hand erforderlich machen.

Aus Fig. 2 ist ersichtlich, daß de- einstückig.

l.agerkörper aus der Gleitlagerbuchse 3 und der formsteifen viereckigen Tragplatte 4 aus Feinguß hergestellt werden kann, ferner läßt sich dieser schematischen Darstellung die Ausbildung der Nockenscheiben 25 entnehmen, die an ihrem Außenumfang eine Radialnoeke 50 mit schragen Auflaufflachen !ragen Diese Nocke 50 betätig! bei der Verdrehung der Nockenscheibe 25 den Schaltstift 51 eines Mikroschal· lers 52. leder Nockenscheibe 25 ist ein gesonderter Mikroschalter 52 zugeordnet, die /ur vereinfachten Montage in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet und über dieses an der Tragplatte 4 befestigt sind. Γ!ΙιΛιπ·.γΙιο l.eiteranschlüsse 53 führen \< >n ilen Mikrosi haltern 52 entweder /ur f'rogiainm Steilerem heii der Werkzeugmaschine oder zu einem mehl dargestellten Schalterkasten, in dem die einzelnen Gangstufen bzw. Gesehwindigkeitsbereichc durch Beta (igen von /. R. jeweils einem Druckknopf vorgewählt und die da/u notwendigen Schaltoperationen eingeleitet ui'i-jji'n ΙίίΛηηι'Π

Das in I'ig. J in vergrößerter Vorderansicht dargestellte Stirnrad 9 unterscheidet sich von herkömmlichen Stirnrädern durch einen Gummi Metall-Verbund und besteht aus einer Innennabe 55. mit der das Zahnrad auf der Abtiiebswelle 8 des Stellmotors 6 mittels einer Mutter 56. einer Keilverzahnung od. dgl. befestigt ist Auf der I 'mfangsfläche 57 dieser Nabe ist ein Ringkörper 58 aus einem /unelastischen Werkstoff, z. Ii. Gummi. Kautschuk oder einem anderen geeigneten Kunststoff, beispielsweise durch Vulkanisation oder Klebiing befestigt.

■\n der l'mfangsfläche 59 dieses el.:·-".·. '·· :■ Ri'iL'kV-pers 58 ist ein Ring 60 aus einem ausn· . . .Mid festen Werkstoff, z. B. Stahl, durch Vulkanisatv oder Klebung befestigt, der an seinem AtiHenumiani: die übliche Verzahnung 61 trägt. Die form der Verbin· dungsflächen 57, 59 zwischen dem minieren Ringkörper 59 und den beulen radial angrenzenden I eilen 55 und 60 kann glatt, gezahnt oder wellenförmig sein, wobei jeweils nur cne ausreichende auf die Härte des Materials abgestimmte radiale Stärke des Ringkörper 58 vorhanden sein muß.

Anstatt oder zusätzlich zu der durch das elastische Zahnrad 9 erzielten Dämpfiingswirknng kann noch eine geeignete elastische Kupplung 62 (I ι g. I) /wischen zwei drehmoiuenlübertragenden Teilen, z. H. zwischen der Abtriebswelle 8 des Stellmotois und einem Wellenzapfen 65. vorgesehen sein. Die dargestellte elastische Kupplung besteht au¹· einer tnrusförmigen ( tiimmimanscheit'- die mit ihren beulen nngformigrri Innenflächen ,in MelailhiiKen anvulkanisiert ist. die drehfest mit der Welle 8 bzw dein Wellenzapfen 6? v. erblinden Mnd. Die elastische Kupplung kann ,inch eine andere konstruktive Ausgestaltung aufweisen. /. Ii elastisch \erformbare Scheiben, elastisch gelagerte AM.ilsfufen odei andere entsprechende Bauteile. Statt ile elastischen Kupplung können auch Riitschkuppliin gen eingesetzt werden.

Die Schaltemheil ist nicht auf die dargestellte Ausführung beschränkt. So kann beispielsweise die Halterung der Nockenscheiben i'y ,int dem Wellenteil 12;) mit den zw ischenlicgendcn Abstandshaltern 26 durch eine einfache Schraubklemmiing gesichert werden. Um die Schalteinheit bei Getrieben einsetzen zu kontier·, deren Getriebegehäuse unterschiedliche Abmessungen aufweisen, kann das Zwischenstück 2 entweder durch ein weiteres Zwischenstück verlängert oder aber gegen ein stärkeres ausgetauscht werden. In diesem Falle wird /wischen dem im Getriebegehäuse I gelagerten Wellenzapfen 15 und dem in F i g. I linken Teil der Zwischenwelle 12 ein Verlängerungsstück eingesetzt, das an beiden Enden entsprechende Keilnuten zur drehfesten Verbindung aufweist.

I lv:/u ' HI.it! A- Jir.i

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Schaltstoß-dämpfende Schalteinheit für ein vielgängiges Zahnräderwechselgetriebe, insbesondere für Werkzeugmaschinen, bestehend aus einem an dem Getriebegehäuse befestigten elektrischen Stellmotor, dessen Abtriebswelle über Koppelelemente mit einem Antriebsritzel für ein Zahnstangensegment einer Getriebeschaltstange verbunden ist, wobei eine Zwischenwelle (Koppelelement) Mikroschalter betätigende Schaltnocken drehfest trägt, dadurch gekennzeichnet,