DE3111178C2 - Leistungsregelbarer Antrieb für Werkzeugmaschinen - Google Patents

Abstract

Eine in Richtung konstanter Abtriebsleitung regelbare Antriebsmaschine wird um ein unmittelbar angeflanschtes Zusatzregelgetriebe ergänzt. Beim Normaleinsatz ist dieses auf Direktdurchtrieb der konstanten Nennleistung geschaltet. Beim Verlassen des mit der Antriebsmaschine allein abdeckbaren Drehzahlenbereiches wird ein im Zusatzregelgetriebe eingebauter Drehzahlwandler eingeschaltet. In einem angepaßten Verhältnis kompensiert derselbe die Drehzahlenabsenkung und hält die Leistung in einem vergrößerten Bereich konstant. Das Gehäuse umfaßt sowohl eine lösbare Wellenverbindung, die Abtriebswelle mit einer gemeinsamen Lagerung derselben mit dem Drehzahlwandler und seinen Stellgliedern und erlaubt die Verwendung höherer Drehzahlen ohne Motorlager-Überanspruchung. Im Normalfalle entfällt ein Riementrieb zwischen Motor und Zusatzregelgetriebe, und die Gestaltung wird erheblich vereinfacht, benötigt kein separates Fundament mehr und erlaubt höhere Wirkungsgrade.

Description

dadurch gekennzeichnet,

— daß sowohl Motor (1) als auch Regelgetriebe (2) nur über gemeinsame Fundamente des Motorgehäuses (4) getragen werden,

— wobei das Getriebegehäuse antriebsseitig mit dem Motorgehäuse (4) über eine konzentrische Flanschverbindung (8) als zentrierende Gehäuseglocke (9) ausgebildet ist,

— welche in einem auf der Abtriebsseite frei vorkragenden Lagerhals (16) mit einem Lager (15) der Abtriebswelle (13) ausläuft,

— wobei der Lagerhals (16) vom Abtriebsrad (14) der Riementriebsverbindung (19) im Bereich des Abtriebswellenlagers (15) eng umschlossen ist,

— und wobei das Regelgetriebe (2) ein zu- und abschaltbares Umlaufgetriebe (20) aufweist,

— bei welchem der Antrieb durch die Motorwelle (6) und der Abtrieb durch die dazu koaxial im Lagerhals (16) angeordnete Abtriebswelle (13) erfolgt.

2. Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtriebswelle (13) des Regelgetriebes (2) bei Einschaltung einer auf der Abtriebs welle (13) geführten Schaltmuffe (SM) von der Motorwelle (6) unmittelbar übersetzungsfrei antreibbar ist.

3. Antrieb nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Elektromotor (1) und Regelgetriebe (2) eine Wellenverbindung (U) vorgesehen ist, deren getriebeseitige Abmessungen ihres Lagerhalses (16) und ihrer Hohlwelle (17) alternativ auch für einen Direktanschluß eines Riemen-Abtriebsrades (14) auf der Motorwelle (6) passen.

4. Antrieb nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

— daß Nabe (21) und Außenring (24) eines mit der Motorwelle (6) umlaufenden ersten Kupplungs-Außenlamellenträgers (22) einen ersten Ringzylinder (23) mit Ringkolben (25) radial begrenzen, der gegen Rückstellfedern (26) axial beweglich geführt ist,

— und daß mit einem dazugehörigen Kupplungs-Innenlamellenträger (31) ein Planetenrad-Trag-

—

ring (32) verbunden ist, der über Planetenräder (33) tragende Bolzen (34) mit einem äußeren Zentralrad (35) trieblich verbunden ist, das von einem axial festgelagerten Hohlrad (38) außen umfaßt wird,

— daß das Hohlrad (38) motorseitig eine Innenverzahnung aufweist, die mit den Planetenrädern (33) auf den Bolzen (34) und lagerseitig mit einer Außenverzahnung als zweiter Kupplungs-Innenlamellenträger (39) ausgestaltet ist und über ein zweites Reibkörperpaket (40) in Eingriff kommt, sobald ein zwischen Nabe (21) und Außenlamellenträger (41) gegen Federn axial geführter zweiter Ringkolben (43) durch Druckmittelzufuhr gegen das zweite Reibkörperpaket (40) zur Anlage kommt,

— wobei ein zwischen Motorwelle (6) und Zentralrad (35) abgestütztes Ritzel (36) (Sonnenrad) antriebsseitig mit der Motorwelle (6) und abtriebsseitig mit den Planetenrädern (33) in Eingriff steht.

5. Antrieb nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet

daß die Wellenverbindung (11) aus der auf dem Wellenzapfen (7) der Motorwelle (6) drehfest gehaltenen Nabe (21) des ersten Außenlamellenträgers (22) besteht,

und daß diese über einen Innensicherungsring auf dem Wellenzapfen (7) axial festgelegt ist,
wobei am Ende des Wellenzapfens (7) ein mit den Planetenrädern (33) kämmendes Schrägverzahnungsritze! (36) (Sonnenrad) vorgesehen ist, in dessen Stirnfläche sich ein Axialdrucklager gegen die Abtriebswelle (13) befindet.

Ein leistungsregelbarer Antrieb für Werkzeugmaschinen besteht aus einem dem Elektromotor zugeordneten Regelgetriebe, mit welchem über einen weiten Drehzahlbereich eine konstante Leistungsabgabe erreicht werden soll. Dies ist insbesondere bei Zerspanungsmaschinen Voraussetzung, um bei jedem Drehdurchmesser Spanquerschnitt und Schnittgeschwindigkeit gleichhalten zu können.

Der Stand der einschlägigen Entwicklung ist ersichtlich aus dem Übersichtsaufsatz »Antriebe für Werkzeugmaschinen, 1. Hauptantriebe für spanende Werkzeugmaschinen« der Zeitschrift »Der Konstrukteur«, Nr. 7-8/1980, Seiten 46-49, im »Verlag für Technik und Wirtschaft, Meynen KG«, Wiesbaden. Danach ist bekannt, den Regelbereich von leistungsregelbaren Antriebsmaschinen — vorzugsweise elektrischen Regelmotoren — dadurch zu erweitern, daß zwischen dem Motor und dem eigentlichen Reduziergetriebe in der Werkzeugmaschine noch ein oder mehrere mechanische Zusatzregelgetriebe angeordnet sind. Diese können stufenweise oder stufenlos regelbar sein. Mit ihnen soll ein zusätzlicher Drehzahlabfall des Motors in Richtung konstanter Leistungsabgabe auf mechanischem Wege kompensiert werden, nachdem der normale Regelbereich der Antriebsmaschine erschöpft ist.

Die konstante Leistungsabgabe wird danach sowohl mittels speziell auf die Regelcharakteristik der Antriebsmaschine abgestimmter Zusatzregelgetriebe zwischen einem leistungsregelbaren Antriebsaggregat und

einem in der Werkzeugmaschine angeordneten Hauptgetriebe als auch mittels diesem vorgeordneter stufenloser Zusatzregelgetriebe und schließlich auch mit Kombinationen von beiden ZwischenGbersetzungsarten erreicht Die effektivste Leistungsregelung wird mit Motoren erreicht, die sich leicht Steuer- bzw. regelbar anfahren lassen und deren Drehzahl beispielsweise über Tachogeneratoren, Potentiometer usw. feinfühlig einstellbar ist und bei denen die zugeordneten Zusatzregelgetriebe }ß nach Drehzahlbereich automatisch unter to Last betätigt werden können. Mit Kombinationen von stufenlosen und Hochgeschwindigkeits-Schaltgetrieben überwindet man den begrenzten Verstellbereich der ersteren am nachhaltigsten. Die Zusatzregelgetriebe werden bei Werkzeugmaschinen aus Wärmeableitungs- und Wartungsgründen außerhalb des Hauptgetriebes in gesondertem Gehäuse untergebracht Diese Ausführung ist beispielsweise aus dem Siemens-Katalog DA 35.1981,Bestell-Nr. E 860 10-K 4035-Λ 100-A 1, Abschnitt 5, auf den Seiten 1 — 12 ersichtlich. Die dort dargestellte Unterbringung der Zusatzregelgetriebe in gesonderten Gehäusen mit als Riementrieb ausgestalteten An- und Abtrieben und außenliegenden Stellgliedern zur Umschaltbetätigung hat sich seit langem zwar bewährt, ist jedoch hinsichtlich Herstell- und Montagekosten, Beschädigungs- und UnfaHgefahren sowie bezüglich Raumbedarf, Wartungsfreundlichkeit und Energienutzung noch verbesserungsfähig.

— So ist das abtriebsseitige Motorlager infolge seiner Zusatzbelastung durch erhebliche Seitenkräfte des Abtriebes stark einseitig beansprucht, wodurch die Lebensdauer herabgesetzt ist.

— Weiterhin verschlechtet ein Riementrieb zwischen Motor und Regelgetriebe den Wirkungsgrad und die Betriebsbereitschaftssicherheit

— Moderne Werkzeugmaschinen haben in der Regel eine größere installierte Leistung. Außerdem wird eine größere Schaltgenauigkeit verlangt Separate Konsolen und den örtlichen Platzverhältnissen einzein anzupassende Stellglieder stehen einer wirtschaftlichen und zuverlässigen betriebssicheren Lösung dieser Aufgaben entgegen.

— Nachteilig ist auch die Schalt-Stoß-Empfindlichkeit der bekannten getrennten Anordnung von Motor und Zusatzregelgetriebe, weil z. B. durch Wechsel der Drehrichtungen oder schnelle Drehzahländerungen Schlupf in den Riementrieben bzw. Steuerungsfehler sich störend auf die Arbeitsergebnisse auswirken können.

— Die aufgelöste Bauweise der bekannten Anordnung benötigt einen großen Bauraum und erschwerte die günstige Unterbringung der Stellglieder zur Betätigung der Zusatzregelgetriebe. Individuelle Konsolen und Verstrebungen erwiesen sich als nötig. Riementriebe erfordern platzraubende Schutzgitter.

— Die Zwischenräume der Einzelaggregate und Schutzgitter ergaben Schmutzecken, in denen sich Späne etc. verfangen, und ein zulässiger Korrosionsschutz in solchen Winkeln und Spalten wird erschwert.

— Für Einsatzfälle mit und ohne Zusatzregelgetriebe sind verschieden ausgebildete Motorlager bereitzuhalten.

Es sind zwar zahlreiche Getriebemotoren-Konstruktionen bekannt, welche einige dieser Nachteile an sich vermeiden würden, jedoch fehlen Lösungen für die verbesserte Kombination von leistungsregelbaren Motoren mit schaltkupplungsbetätigbaren Regelgetrieben.

Die Aufgabe der Erfindung wird darin gesehen, einen leistungsregelbaren Antrieb für Werkzeugmaschinen mix konstanter Leistungsabgabe über einen breiten Drehzahlbereich zu schaffen, bei welchem eine vorteilhaftere Herstell- und Montierbarkeit unter Verbesserung der Wirkungsgrade, der Lebensdauererwartung und der Wartungsfreundlichkeit sowie der Raumausnutzung sich ohne zusätzliche Erwärmungseinflüsse auf das Hauptgetriebe bzw. die eigentliche Werkzeugmaschine erreichen läßt — und wobei die Lager von Motoren, bei denen eine Nachrüstung mit einem Zusatzregelgetriebe erfolgen soll, keiner besonderen Verstärkung bedürfen und wobei dennoch eine größere Laufruhe und Kompaktheit bei mindestens gleich guter Präzision und geringem Wartungsbedürfnis erreicht werden solL

Die Lösung wird mit der im Anspruch 1 angegebenen Anordnung wie folgt erreicht:

— Die vom Abtrieb herrührenden Seitenkräfte werden mit nur minimalem Hebelarm vom Abtriebsriemenrad über das Abtriebswellenlager zum gemeinsamen Fundament von Motor und Zusatzregelgetriebe abgeleitet, so daß kaum noch einseitige Beanspruchung auftreten kann. Die Lagerung des Antriebsmotors kann jederzeit ohne Verstärkung bzw. mit normalen Wartungsintervallen vom Zusatzregelgetriebe mitbenutzt werden.

— Die Flanschverbindung von Getriebe und Motor vereinfacht Montage und Einstellung des Zusatzregelgetriebes und erspart bauseitige Justagen und Anpassungsarbeiten.

— Innerhalb des eigentlichen Zusatzregelgetriebes kann nun auf den Einsatz von Riementrieben verzichtet werden, und die Motorabtriebsdrehzahl wird schlupffrei, d. h, ohne Wirkungsgradeinbuße in das Zusatzregelgetriebe eingeleitet Getriebe-Abwärme wird per Motorkühlsystem noch vor der Werkzeugmaschine abgeführt Ein riemenfreies Zusatzregelgetriebe kann mit höchst erreichbarer Eingangsdrehzahl arbeiten, also sehr klein bauen und feinfühliger als ein Riementrieb reagieren. Schwingungsvermeidung und Verringerung der Schwungmassen ermöglichen Geräuschminderungen und Materialersparnisse.

— Der unmittelbare Zusammenbau des Zusatzregelgetriebes mit dem Antriebsmotor führt auch zur Platzersparnis und mindert die Gefahr von Unfällen und Beschädigungen, da das Zusatzregelgetriebe nun dem Motor unmittelbar angebaut ist Unschöne Schmutzecken und Stoßkanten entfallen ebenfalls. Da die Abtriebswelle und das auf ihr befestigte Abtriebsriemenrad nunmehr mit einer in der Lagerung des Lagerhalses geführten Hohlwelle durch den Lagerhals der Gehäusegiocke günstig abgestützt wird, wird die Steifigkeit der Abtriebswelle wesentlich verbessert, ohne die Zugänglichkeit zum Lager vom Abtriebsrad her zu verschlechtern.

— Durch Anordnung der Schaltmuffe als Oberbrükkungsglied zwischen einer Endstufe und der Antriebswelle wird ein Baukastensystem möglich, wonach in denjenigen Fällen, in denen kein Zusatzgetriebe notwendig ist, dennoch ein zur Aufnahme eines Getriebes geeignetes Lager in der Antriebsmaschine vorgesehen ist, das ohne Umrüstung ein

Zusatzregelgetriebe jederzeit nachgerüstet bekommen könnte.

Bei Einsatz hilfskraftbetätigbarer Stellglieder, die an eine Steuereinrichtung der leistungsregelbaren Antriebsmaschine angeschlossen sein könnten, wäre es möglich, Leistungsunterbrechungen oder Drehzahlsprünge während des Betriebes allein durch entsprechendes zu oder Abschalten des Zusatzregelgetriebes zu vermeiden.
Stellglieder zur Betätigung der Schaltmuffe oder entsprechender Reibverbindungen können ihre hydraulischen Zylinder in das Gehäuse des Zusatzregelgetriebes unmittelbar eingearbeitet bekommen. Nötigenfalls könnte des Getriebegehäuse als ölsumpf für das Drucköl und die Schmiermittelversorgung dienen.

Durch Ausgestaltung des Zusatzregelgetriebes als ein Vorgelegegetriebe ergäbe sich eine einfache Umschaltbarkeit auf ein oder mehrere Übersetzungsstufen bei hohen Wirkungsgraden und Kraft-Übertragungsleistungen.

Führt man das Zusatzregelgetriebe als Umlaufgetriebe aus, welches ebenfalls mittels Kupplungen ein- oder mehrstufig schaltbar ist, baut dieses noch kompakter und wirtschaftlicher und seine Außenkonturen lassen sich denen des Antriebsmotors günstiger anpassen. Bei Verwendung unter Last schaltbarer Kupplungen kann das Zusatzregelgetriebe auf den den Kennfeldbereich des Elektromotors erweiternden Betriebszustand nahezu unterbrechungslos umgeschaltet werden.
Die Reibflächen von lastschaltbaren Kupplungen eines derart ausgestatteten Zusatzregelgetriebes können auch anstelle einer separaten Motorbremse doppelt genutzt werden.

Dem unmittelbar an den Elektromotor angeflanschten Zusatzregelgetriebe kann dank seines geringen Platzbedarfes in Sonderfällen aber auch noch ein weiteres, z. B. mit Riemenscheiben-Verstelleinrichtungen versehenes stufenloses Regeigetriebe hinzugeschaltet werden, falls einmal extrem große Einsatzbereiche gefordert sind.
Eine solche Kombination würde sogar die Möglichkeit bieten, auf eine Leistungsregelung des Elektromotors zu verzichten und die Leistungskonstanz lediglich auf mechanischem Wege sicherzustellen.
Bei Motoren mit elektrischer Leistungskonstantregelung im meist beanspruchten Bereich, kann das erste Zusatzregelgetriebe jedoch allerdings ohnehin im direkten Durchtrieb benutzt werden. Durch das gemeinsame Gehäuse werden nicht nur die radialen und axialen Festlegungen von Wellen und Lagern erleichtert bzw. vereinfacht, sondern es wird nun auch möglich, den gewohnten ersten Riementrieb durch eine Formschlußverbindung über Zahnräder leistungsfähiger und kompakter als mittels eines Riementriebes zu machen. Das getriebeseitige Motorlager kann dann als zusätzliche Abstützung der Getrieberäder doppelt genutzt werden. Dank einer gemeinsamen Fundamentkonsole und des dann als Gegengewicht genutzten Motors können die Zug- und Zentrifugalkräfte zum ohnehin kräftigeren Fundament der Gesamtkonstruktion leichter abgeleitet werden. Statische Überbestimmungen und Ausrichtungsfehler werden vermieden. Auch die Wärmeprobleme werden günstiger, und die Geräuschentwicklung läßt sich einschränken.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung erhalten die Unteransprüche:

— Mit Anspruch 2 wird eine einfache Direktdurchgangsmöglichkeit durch das Regelgetriebe geschaffen, in welcher keine Drehzahlwandlung zu erfolgen braucht und auch keine unnötigen toten Massen in Bewegung gehalten bleiben müssen.

— Mit Anspruch 3 wird eine baukastenartige Kombinierbarkeit geschaffen, mit der das gleiche verstärkte Lager des Motors alternativ für Einsätze mit und ohne Zusatzregelgetriebe nutzbar wird.

— Mit Anspruch 4 wird eine besonders fertigungsgünstige Bauweise erreicht, die die Verwendung einer kompakt bauenden Planetengetriebe-Kupplungskombination ermöglicht.

— Mit Anspruch 5 wird eine Austauschbarkeit von Getriebe und Riemenschreibe ermöglichende Anordnung angegeben, bei der auch eine zuverlässige Axialfixierung der Anbaunabe vorgesehen ist.

Es sind noch zahlreiche weitere Sonderausführungen nach der Erfindung möglich, welche jedoch die in den vorgenannten Ansprüchen angegebenen Merkmale ebenfalls nutzen.

— So kann bei Ausgestaltung der Abtriebswelle als eine in der Lagerung eines Lagerhalses geführte Hohlwelle die Steifigkeit und Tragfähigkeit der Anordnung bei guter Zugänglichkeit von der Riemenscheibe aus deutlich verbessert werden.

— Die Stellglieder können hilfskraftbetätigbar und diese Regelungstechnik an die Steuerung des Motors so angekuppelt sein, daß das Kennfeld für konstante Abgabeleistungen selbsttätig erweiterbar ist.

— Das Getriebe ist sowohl als Vorgelege- als auch als Planetengetriebe mit entsprechenden ein- oder mehrstufigen Schaltkupplungen ausführbar und erzielt höhere Wirkungsgrade als mit Riemen. Dabei können auch Lastschaltkupplungen verwendet werden, um Leistungs-Knicks zu vermeiden. Das Grundprinzip der Anordnung ist dabei auch mit stufenlosem Getriebe realisierbar.

Beispielsweise könnte dem Regelgetriebe auch ein stufenloses Getriebe innerhalb des gleichen Gehäuses noch vorgeordnet sein, wodurch sich eine besonders große Kennfelderweiterung bei wenig mehr Bauraumbedarf erzielen ließe.

Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert

F i g. 1 ist eine Darstellung, die den prinzipiellen Aufbau der bisher meist gebräuchlichen Anordnung darstellt (Stand der Technik).

Fig.2a zeigt den prinzipiellen Aufbau der erfindungsgemäßen Anordnung mit einem zweistufigen Umlauf-Wechselgetriebe.

F i g. 2b zeigt die mit dem dabei angewendeten verstärkten Lagerschild mögliche Verwendung des letzteren ohne Zusatzregelgetriebe unter Direktanflanschung an die Antriebsmaschine.

Fig.3 zeigt die prinzipielle Anordnung mit einem Motor, dem ein leistungsregelbares stufenloses Getriebe unmittelbar nachgeordnet ist, während das Zusatzregelgetriebe zur Ergänzung der Leistungskonstanthaltung diesem angeflanscht wird.

Fig.4 zeigt einen Schnitt durch das Zusatzregelgetriebe in Vorgelege-Bauweise mit Formschlußkupplungen.

F i g. 5 zeigt einen Schnitt durch das Zusatzregelge-

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triebe in Umlauf-Getriebebauweise gemäß einer bevor- F i g. 2b zeigt die Möglichkeit, die mit dem Gehäuse-

zugten Ausführungsform mit lastschaltbaren Hydraulik- deckel 45 bzw. Lagerhals 16 versehene Lagerbaugruppe

kupplungen. des erfindungsgemäßen Zusatzregelgetriebes auch oh-

Die in F i g. 1 schematisch dargestellte bisher meist ne dieses lediglich zur Verstärkung der Motorwellenla-

gebräuchliche Ausrüstung von leistungsregelbaren 5 gerung einzusetzen und erst bei weiterem Bedarf an

Elektromotoren mit Zusatzregelgetrieben, die zur Ver- Leistungskennfeldfläche mit einem entsprechenden

meidung von wechselnden Wärmeeinflüssen auf die an- Drehzahlwandler zu kombinieren,

zutreibende Maschine separat vorgeordnet sind, ver- F i g. 3 zeigt eine weitere Ausbaumöglichkeit, welche

deutlicht den bisher nötig gewesenen erheblichen Auf- davon ausgeht, daß ein nicht regelbarer Motor 1 mit

wand an Bauteilen und auch Verlustleistungen: 10 einem leistungsregelbaren stufenlosen mechanischen

Der unabhängig vom Gehäuse des Motors zu schaf- Getriebe 46 in gleicher Richtung betrieben wird. Die

fende Aufstellungsplatz mit Verankerung, Justierbarkeit Umschaltelemente 10 sind hier auf sinngemäß gleiche

usw. für das Zusatzregelgetriebe 2 bedingte dorthin eine Weise unmittelbar im Motor 1 in einer entsprechenden

eigene erste Triebverbindung, die vom Lager 5 bzw. der größeren Gehäuseglocke 9 eingebaut, wie in der Anord-

Welie € des Motors und dem Wellenzapfen 7 ausging. 15 nung nach F i g. 2a. Das Abtriebsrad 14 des beispielswei- Dazu kam praktisch stets nur eine erste Riemenverbin- se als Riemen-Variotrieb ausgeführten stufenlos regel-

dung in Frage, die auch bei der häufig vorkommenden baren Vorschaltgetriebes 46 steht hier über einem auf

1 :1-Schaltung mitlaufen mußte, also dann unnötige gleicher Welle umlaufendes Zwischenrad 47 im Eingriff Mehrverluste verursachte. mit dem ersten Kupplungs-Außenlamellenträger 22 des

Die bei der bisher üblichen Gestaltung praktisch von 20 mechanischen Stufen-Schaltgetriebes (gemäß Fig. 2a). Fall zu Fall wechselnden Anbau- bzw. Zugänglichkeits- Bei dieser Kombination weist derselbe eine Umfangs-

erfordernisse machten für geeignete Umschaltelemente verzahnung 48 auf und ist gegenüber dem Wellenzapfen

10 auch eine extrem variable Anordnung bzw. Ausge- 7 des Motors 1 drehbar, weil dieser jetzt das Antriebs-

staltung der Stellglieder 12 nötig. Die Individualanpas· rad des stufenlosen Vorschaltgetriebes 46 mitzunehmen

sung und die damit verbundene variable Anordnung 25 hat Diese Bauweise hat nicht nur alle baulichen Vorteile

außerhalb eines gemeinsamen Gehäuses wurde deshalb der vorgeschilderten Ausgestaltung, sondern bietet

als unumgänglich notwendig angesehen. Gelegentliche dank der stufenlosen Leistungskonstanthaltung auch

Versuche einer Integration des Zusatzregelgetriebes in mit einem entsprechenden Regelsystem R die Möglich-

das Hauptgetriebe 3 haben wegen der örtlichen War- keit den elektrischen Regelbereich für den Motor 1 mit

mekonzentration nicht befriedigt 30 dieser stufenlosen Vorstufe zu ersetzen. Die Verwen-

Mit der zweiten Triebverbindung 19 zum Hauptge- dung von normalen Motoren ohne elektrische Leitriebe 3 vom separat aufgestellten Zusatzregelgetriebe stungsregelung wird damit möglich. Es ist dabei von

2 her bekam der gesamte Triebstrang eine erhebliche weiterem Vorteil, daß die Stellglieder 12 auch in dieser Flexibilität und Verschleißanfälligkeit Neben sehr sorg- Kombination im gleichen Gehäuse 9 eng zusammengefältiger Montage war daher auch erhöhte Pflege erfor- 35 faßt und geschützt unterbringbar sind.

derlich. Auch ließen sich bei dieser Anordnung selbst bei Eine dem Grundprinzip nach F i g. 2a verwandte Ausautomatischer Steuerung Drehzahl- bzw. Zugkraft- gestaltungsmöglichkeit zeigt das Ausführungsbeispiel sprünge nicht immer zuverlässig vermeiden. Es ist näm- nach F i g. 4. Einem vorzugsweise elektrisch regelbarer Hch oft wichtig, daß auch der Übergang vom einen Re- Motor 1 ist ein als Vorgelegegetriebe gestaltetes Zugelbereich zum anderen glatt und stoßfrei erfolgt, so 40 satzregelgetriebe 2 zugeordnet Vor allem aus Erwärdaß auch ein häufiges Hin- und Herschalten zwischen mungsgründen sind beide räumlich getrennt von einem den Regelbereichen, beispielsweise ausgelöst durch Si- Hauptgetriebe 3 aufgestellt Im Gehäuse 4 des Motors 1 gnale eines Tachogenerators Tarn eigentlichen Spann- trägt dessen Lager 5 die Welle 6, von welcher ein WeI-futter 5 in der Hauptmaschine zwecks gleichbleibender lenzapfen 7 abtriebsseitig so weit vorkragt, daß er inner-Arbeitsresultate vermieden wird. 45 halb der Flanschverbindung 8 der Gehäuseglocke 9 des Der in F i g. 2a schematisch gezeigte erfindungsgemä- Zusatzregelgetriebes 2 mit den darin befindlichen Umße Direktanschluß des Zusatzregelgetriebes 2 an den schaltelementen 10 an sich beliebiger Bauart über die Elektromotor 1 führt schon optisch offensichtlich zu er- Wellenverbindung 11 bei Montage in FormschluB heblichen Vereinfachungen. Eine Gehäuseglocke 9, die bringbar ist Die an den Umschaltelementen 10 angreiunabhängig vom Verwendungsfalle immer einem ent- 50 fenden Stellglieder 12 bzw. die damit verbundenen sprechenden Gehäuse 4 des Motors 1 angeglichen her- Schaltelemente ermöglichen die Veränderung der stellbar ist, trägt nun ohne eigenes Fundament und von Drehzahlen der Abtriebswelle 13 mit der daran befe-Montageproblemen unabhängig auch das komplette stigten Riemenscheibe 14, deren Lagerung 15 in einem Zusatzgetriebe 2, in welches die Stellglieder 12 bei stets aus der Gehäuseglocke 9 vorspringenden Lagerhals 16 gleichartiger Zugänglichkeit bereits von Anfang an ein- 55 erfindungsgemäß so gehaltert ist, daß die Riemenscheibaubar sind Dabei ist die Wellenverbindung 11, welche be 14 im wesentlichen um ihn herumgreift So wird von den ersten Riementrieb der bisherigen Bauweise er- der Riemenscheibe 14 kaum zusätzliche Baulänge erforsetzt, drehstarr und schlupffrei ausführbar, so daß bei dert bzw. eine Biegekraft nur am Lager 15 verursacht konstanter Übersetzung zwischen Antriebsmaschine Das Lager 15 bzw. die dieses tragende Gehäuseglocke 9 und zweitem Riementrieb 19 praktisch keine Wirkungs- 60 des Zusatzregelgetriebes 2 ist daher imstande, auch die gradeinbußen an dieser Stelle oder Verschleißvorgänge Lagerkräfte von den Umschaltelementen 10 aufzunehablaufen würden. Die erfindungsgemäß gemeinsame men und das Motorlager 5 wirksam zu entlasten. Die und beim Motor 1 unabhängig besonders kräftig aus- Abtriebswelle 13 endet im gezeigten Beispiel mit der bildbare Lagerung 15 für den Drehzahlwandler 10 und Riemenscheibe 14, welche sowohl axial als auch radial die Abtriebswelle 13 liegt dabei auf der gut kühlbaren 65 gegenüber der Lagerung 15 im Lagerhals 16 festgelegt motorabgewandten Seite des Zusatzregelgetriebes 2, ist, die es am Umfang eng umschließt und dieses ist räumlich vom Hauptgetriebe 3 völlig ge- Bei der hier dargestellten Ausführung der Umschalttrennt elemente 10 als Vorgelegegetriebe an sich bekannter

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Bauart, welches sich auch für hohe Drehmomente gut geordnete Umschaltelemente 10 zur Vermeidung von eignet, konnte sich deshalb ein kompletter Zusammen- überhöhten Beanspruchungen des Lagers 5 des Motors bau, unabhängig vom Motor 1, verwirklichen lassen. In 1 an diesem unmittelbar über eine gleichartige Flansch-Einbaulage wird das Zusatzregelgetriebe daher allein verbindung 8, wie mit den Umschaltelementen 10, angevom Motor 1 getragen und mittels der Flanschverbin- s baut werden soll. In diesem Falle wäre natürlich die dung 8 mit ihm zusammengehalten. Ohne eigene Konso- Gehäuseglocke 9 allenfalls in Kurzbauweise notwendig, len oder Fundamente ist damit die exakte axiale Aus- Im hier gezeigten Beispiel ist ein Umlaufgetriebe 20 an richtung zur Welle 6 des Motors 1 immer garantiert. sich bekannter Bauart vorgesehen, das sich den Motor-Die Triebverbindung vom Motor 1 zu den Umschalt- Außenkonturen gut anpaßt und auch für hohe Drehzahelementen 10 (hier: Vorgelegegetriebe) erfolgt gemäß to len gut eignet Es ist zwar so konstruiert, daß ein komdiesem Beispiel (F i g. 4) schlupffrei und drehstarr auf pletter Zusammenbau unabhängig vom Motor 1 erfolkürzeste Distanz über eine den motorseitigen Wellen- gen kann, jedoch wird es in Einbaulage allein von diezapfen 7 und ein auf der dazu konzentrischen Abtriebs- sem mittels der Flanschverbindung 8 getragen und zuwelle 13 umlaufendes erstes Zahnrad Z1 im Betriebszu- sammengehalten. So bedarf es keiner gesonderten Konstand in Formschluß haltende Wellenverbindung 11. is solen oder Fundamente und die exakte axiale Ausrich-Das Zahnrad Z1 steht einerseits in Eingriff mit einer tung zur Welle 6 des Motors 1 ist immer garantiert Die parallel zur Abtriebswelle 13 in der Gehäuseglocke 9 Triebverbindung vom Motor 1 zu den Umschaltelemengelagerten Vorgelegewelle V bzw. den beiden darauf ten 10 erfolgt dabei schlupffrei bzw. drehstarr über die gehalterten Zahnrädern Zl und ZZ. Andererseits hat mit dem Wellenzapfen 7 formschlüssige Wellenverbindas Zahnrad Zi noch einen abtriebsseitigen Schalt- 20 dung 11, die hier als Nabe 21 eines ersten Kupplungs-Zahnkranz ZK1, welchem auf an sich bekannte Weise Außenlamellenträgers 22 ausgebildet ist Dieser hat eiein auf der Abtriebswelle 13 festgehaltener Muffenträ- nen mit der Nabe 21 einen Ringzylinder 23 bildenden ger Mund eine darauf axial verschiebliche Schaltmuffe Außenring 24, in welchem ein erster Ringkolben 25 ge- SM zugeordnet ist gen eine axial wirkende Rückstellfeder 26 längsbeweg-Mittels der Schaltmuffe SM bzw. hier nicht gezeigten, 25 lieh gegen eine zur Hälfte im Außenring 24 gehalterte an sich beliebigen Stellgliedern 12, kann der Muffenträ- Reibverbindung 27 mittels Druckmittel im Ringzylinder ger M bzw. die mit ihm fest verbundene Abtriebswelle 23 anpreßbar nachgeordnet ist. Die Druckmittelzufuhr 13 entweder dem Zahnrad Zl oder einem, dem Muffen- 28 zum Ringzylinderraum 23 erfolgt über Bohrungen träger M abtriebsseitig nachgeordneten, zur Abtriebs- bzw. Kanäle 29 in der Nabe 21 bzw. einem auf ihr drehwelle 13 koaxialen Zahnrad Z4, zugeschaltet werden. 30 beweglich gehalterten Schleifring 30 von der Wand der Dieses Zahnrad Z 4 ist zur Abtriebswelle 13 drehbe- Gehäuseglocke 9 aus. Die zweite Hälfte der ersten weglich im Gehäusedeckel 45 gelagert und hat muffen- Reibverbindung 27 wird gehalen von einem ersten trägerseitig auch einen Schalt-Zahnkranz ZK 4. Sofern Kupplungs-Innenlamellenträger 31, welcher mit einem dieser mit dem Muffenträger M in Eingriff ist, wirkt die auf der Abtriebswelle 13 drehfest gehaltenen Planeten-Übersetzung aus der Vorgelegewelle V. Steht er außer 35 rad-Tragring 32 umläuft, das über Planetenräder 33 tra-Eingriff und ist der Muffenträger M mit dem Schalt- gende Bolzen 34 mit einem äußeren Zentralrad 35 verZahnkranz ZK1 verbunden, so ist die Übersetzung aus bunden ist. Planetenräder 33 stehen einerseits in ständider Vorgelegewelle V abgeschaltet und das Zusatzre- gern gleichzeitigen Zahneingriff mit einem in der Nabe geigetriebe 2 hat Eingangsdrehzahl = Ausgangsdreh- 21 drehfest gehaltenen Ritzel 36 (Sonnenrad), das aber zahl. Durch die Plazierung des Zahnrades Z4 direkt 40 zur Abtriebswelle 13 drehbeweglich gehalten und vorradial über der Lagerung 15 der Abtriebswelle 13 auf zugsweise auf ein zu dieser radial und axial festgelegten einem mit der Gehäuseglocke 9 einstückigen, innenseiti- Zentrallager 37 zusätzlich zur Stützwirkung durch die gen Tragbund des Lagerhalses 16 und durch die ihn außen auf ihn eingreifenden Planetenräder 33 nochmals außen eng umschließende Gestaltung der Riemenschei- geführt ist Andererseits sind die Planetenräder 33 aube 14 wird eine kurze Baulänge des gesamten Zusatzre- 45 Ben nochmals in Eingriff mit einem sie und das Zentralgelgetriebes 2 erreicht Dadurch ist eine problemlose rad 35 außen von der Abtriebsseite her umfassenden Direktverbindung der Gehäuseglocke 9 des Zusatzre- Hohlrad 38, das an seinem Umfang einen zweiten Kuppgelgetriebes 2 und des Motorgehäuses 4 über die exakt lungs-Außenlamellenträger 39 hat, über den eine zweite fixierende Flanschverbindung 8 möglich, ohne daß eige- Reibverbindung 49, die über einen zweiten Kupplungsne Fundamente bzw. Konsolen benötigt würden oder 50 Außenlamellenträger 41 zur Gehäuseglocke 9 drehbar die Biegekräfte vom Abtriebsrad 14 her hinderliche festgehalten ist, mittels eines zweiten Ringzylinders 42 bzw. nachteilige Größenordnungen annehmen würden. und zweiten Ringkolbens 43 als Bremse des Hohlrades Eine noch kompaktere Ausgestaltung des erfindungs- 38 einschaltbar ist Abtriebsseitig vom gehäusefesten < gemäßen Zusatzregelgetriebes 2 ergibt sich bei Ausge- Ringzylinder 42 und vor einem auf der Außenstirnseite staltung der Umschaltelemente 10 als Umlaufgetriebe 55 des Lagerhalses 16 angeflanschten Lagerdeckel 44 ist gemäß Fig. 5, wie sie auch in der Prinzipzeichnung, die sowohl die Abtriebswelle 13 als auch die davon vor-F i g. 2a, dargestellt ist Auch hier ist das bereits bei der kragende Hohlwelle 17 abstützende Lagerung 15 ange-Erläuterung zu F i g. 4 geschilderte Grundprinzip in der ordnet, welche den Abtriebsseitenkräften ausgesetzt ist Anordnung von Lagerung und Schaltelementen ver- Diese Lagerung 15 wird erfindungsgemäß so dimensiowirklicht 60 niert, daß sie im Bedarfsfalle als selbständige Baugruppe Die Abtriebswelle 13 endet jedoch in diesem Beispiel zusammen mit einem entsprechenden Gehäusedeckel mit einer Hohlwelle 17, welche sowohl die axiale als 45 auch unmittelbar am Motor 1 angeflanscht sein kann, auch die radiale Festlegung gegenüber der Lagerung 15 wenn diese ohne Zusatzregelgetriebe 2 zum Einsatz gegarantiert und deren Innenmitnahmen 18 (z. B. Keilver- langen soll.

zahnung) und axiale Bundabstände etc. vorzugsweise so 65 Die Funktionweise des erfindungsgemäßen Zusatzrebemessen sind, daß sie auch auf den Wellenzapfen 7 des gelgetriebes entspricht im Grunde der vom Stand der Motors 1 direkt überschiebbar sind, falls einmal (gemäß Technik bekannten Art:
Grundprinzip nach F i g. 2b) eine Lagerung 15 ohne vor- In einem vorgebbaren Bereich meist gebräuchlicher

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Drehzahlen (ζ. B. circa η = 1000 bis 4000) arbeitet eine stufenlose Regelung (entweder die elektrische Motorregelung oder eine dieser entsprechende mechanische Nachschaltstufe, wenn kein Regelmotor vorhanden ist) mit der in den Triebstrang fest einkonstruierten Konstantübersetzung (beispielsweise 1:1). Dazu ist die über die zweite Reibverbindung 40 hergestellte Triebverbindung mit Blockumlauf des gesamten Getriebes ohne zusätzliche Verluste im Direktdurchtrieb der am ersten Kupplungs-Außenlamellenträger 22 verfügbaren Leistung vorgesehen. Diese kann im gesamten Bereich auf an sich bekannte Weise mittels eines entsprechenden Reglers R, der auf die Stellglieder 12 in Richtung Drehzahlabfall-Ausgleich wirkt, konstant gehalten werden.

Muß dann jedoch (z. B. wegen härteren Werkstoffen, größeren Werkstückdurchmessern oder dergleichen) mit niedrigerer Spindeldrehzahl gearbeitet werden, würde die abgebbare Leistung schon bei noch relativ häufig benötigten wichtigen Drehzahlen (z. B. zwischen η = 250 bis 1000) auf unbrauchbare Werte abgefallen sein. Daher erfolgt nun (z. B. bei π - 1000) die Zuschaltung des Zusatzregelgetriebes. Wenn dessen Übersetzung ; =■= 4 ist, verschiebt sich der Bereich der konstanten Abtriebsleistung auch um je ein Vierteil, also ist dann in dem gewünschten Drehzahlbereich ebenfalls 2s P ·= konstant und die Veränderung des Drehzahlabfalles liegt im gleichen Verhältnis wie bei 1 :1-Übersetzung proportional zur Durchmesseränderung etc. — Auf die hier vorliegende Anordnung bezogen bedeutet das, daß das Zusatzregelgetriebe mindestens kurz nach Motoreinschaltung aktiviert sein muß. Dazu ist die erste Reibverbindung 27 geöffnet und die zweite 40 geschlossen, das Sonnenrad 36 wird nicht mehr durch die blokkierten Planetenräder 33 festgehalten, sondern es wälzt sich mit denselben in Abstützung gegen das Hohlrad 38 unter Antrieb des Zentralrades 35 bzw. der Abtriebswelle 13 unter entsprechender Übersetzung im gleichen Drehsinne ab. Dabei wird je nach Übersetzung der Planetenräder 33 die Antriebsdrehzahl für das Hauptgetriebe 3 mehr oder weniger langsam als sich die Motor- drehzahl verändert Wird schließlich der Punkt erreicht, wo die verfügbare Leistung wieder abzufallen beginnt (z. B. π ca. 1000), wird das Getriebe 2 abgeschaltet, indem die erste Reibverbindung 27 geschlossen und die zweite Reibverbindung 40 geöffnet wird, wodurch das Hohlrad 38 also freilaufen kann. Dadurch wird der Kraftfluß über die erste Reibverbindung zur Antriebswelle 13 direkt hergestellt, und die Kupplung 22 läuft mit dem Planetentrieb drehstarr um, während die dieser Schaltstufe vorgeordnete stufenlose Regelung nun im höheren Drehzahlbereich (z. B. π = ca. 1000 bis 4000) die Leistung konstant hält

Die erfindungsgemäße Ausgestaltung ist selbstverständlich sowohl mit druckmittelgesteuerten als auch elektrischen und elektromagnetischen Stellgliedern und verschiedenartigen Getriebesystemen realisierbar. Die vorgeschilderte Bauart hat jedoch demgegenüber den Vorteil größerer Laufruhe und Kompaktheit bei guter Präzision und besonders geringem Wartungsbedürfnis.

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Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

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Claims (1)

Patentansprüche:

1. Leistungsregelbarer Antrieb für Werkzeugmaschinen,

— mit einem Elektromotor (1) und einem diesem nachgeordneten mechanischen Regelgetriebe

— wobei das Regelgetriebe (2) den Regelbereich des Elektromotors (1) entsprechend den jeweiligen Einsatzverhältnissen in einen wirtschaftlichen Bereich legt,

— und das Regelgetriebe (2) in einem vom Gehäuse (4) des Elektromotors (1) abnehmbaren Getriebegehäuse angeordnet ist,

— aus dem eine darin gelagerte Abtriebswelle (13) heraustritt, welche ein das Hauptgetriebe (3) an der Werkzeugmaschine antreibendes Riemen-Abtriebsrad (14) trägt,