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Hydraulische Steuerung von Schalträdergetrieben für Werkzeugmaschinen
Die Erfindung betrifft eine hydraulische Steuerung von Schalträdergetrieben für
Werkzeugmaschinen, die insbesondere für Drehbänke, Revolverdrehbänke oder Automaten
bestimmt ist. Das Schalträdergetriebe wird mit der neuen hgdraulischen Steuerung
so gesteuert, daB alle Schaltvorgänge zwangsläufig in bestimmter Reihenfolge nacheinander
ausgeführt werden, wobei zur Bedienung des Getriebes jedoch nur ein Schalthebel
und ein Handrad o. dgl. für die Vorwählung der Spindeldrehzahl erforderlich sind.
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Eine besondere Schwierigkeit bei einer Hydraulischen Steuerung von
Schalträdcrgetrieben besteht darin, daß die Antriebskupplung erst dann eingerückt
«erden darf, nachdem (1i-2 Schieber:ider oder Schaltradkupplungen volls s tändig
in Eingriff gebracht sind. Bei einer bekannten Hydraulischen Steuerung soll dies
dadurch erreicht «erden, claß bei der Bewegung eines Schalthebels zunächst die Druckmittelleitungen
freigegeben werden, die die Steuerung der Schieberäder bewirken, und erst durch
das Weiterbewegen des Schalthebels die Antriebskupplung eingerückt wird. Hier besteht
die Gefahr, daß der Schalthebel schon weitergeschaltet, d. 1i. die Antriebskupplung
eingerückt wird, ehe die Schieberäder richtig in Eingriff gebracht sind.
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Für den vorgenannten Zweck ist es auch vorgeschlagen werden, die zit
den Sc hieberadzylindern führende Druckmittelleitun,- und die zur Antriebskupplung
führ(Tide Druckmittelleitung miteinander zii verbinden, so daß das von der Pumpe
kommende Druckmittel gleichzeitig auf Schieberadkolben und Antriebskupplung einwirkt,
jedoch zunächst nur die Schieberäder verschiebt und die nach erfolgter Verschiebung
auftretende Drucksteigerung im Druckmittel benutzt wird, um dann die Antriebskupplung
gegen
die Wirkung einer Feder einzurückzn Auch hier kann es vorkommen, daß die Antriebs
kupplung schon eingerückt wird, bevor die be. treffenden Räder miteinander in Eingriff
gebracht sind, weil eine Drucksteigerung auch dann eintritt, wenn die Zähne von
Schieberad und Gegenrad aufeinandertreffen.
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Nach der Erfindung ist eine zwangsläufige Aufeinanderfolge dieser
Schaltvorgänge dadurch sichergestellt, daß die Zylinder zum Schalten der Schieberäder
in dieDruckmittelleitung für die Antriebskupplung eingeschaltet und die Schieberadkolben
als Schieber ausgebildet sind, die die Druckmittelleitung zum Steuern der Antriebskupplung
erst nach dem vollständigen Verschieben der Schieberäder freigeben. Es sind also
Schieberadzylinder und Antriebskupplung im Kreislauf des Druckmittels nicht mehr
parallel, sondern hintereinandergeschaltet. Eine solche Hintereinanderschaltung
zweier Kolben ist an sich bei Stangenautomaten bekannt. Hier dienen die beiden Kolben
jedoch zum Vorschieben und Spannen der Stangen. Infolge ihrer Hintereinanderschaltung
ist dafür gesorgt, daß die Bewegungen der von den Kolben gesteuerten Vorschub- und
Spannzangen in der vorgeschriebenen Reihenfolge ausgeführt werden.
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Die Einzelheiten der neuen hydraulischen Steuerung sind im folgenden
an Hand der Zeichnung, die ein Ausführungsbeispiel zeigt, näher erläutert. Es stellen
dar: Fig. i eine schematische Darstellung eines Schalträdergetriebes für eine Drehbank,
Revolverdrehbank oder einen Automaten, Fig. 2 das Schema einer hydraulischen Steuerung
nach der Erfindung für das Getriebe der 9. 1, Fig. 3 und q. dasselbe Schema bei
anderer Lage der Steuerteile, Fig. 5 eine Vorderansicht eines Getriebe-{astens mit
den Schaltorganen, Fig. 6 eine Aufsicht auf diesen Getriebecasten bei abgenommenem
Deckel, Fig. 7 einen Schnitt nach der Linie VII-VII ier Fig. 6, Fig. 8 einen teilweisen
Schnitt nach der Linie VIII-VIII der Fig. 6, Fig. g einen senkrechten Schnitt nach
der -inie XI-IX der Fig. 5, Fig. io einen waagerechten Schnitt nach der :inie X-X
der Fig. 5, Fig. 1i, 12 und 13 Schnitte nach den Linien LI-XI, XII-XII und XIII-XIII
der Fig. Bund io, Fig. 14 die Ansicht eines Gehäuses für die ichieberadkolben, Fig.
15 einen waagerechten Schnitt nach der .inie XV-XV der F ig. i4., Fig. 16 einen
senkrechten Querschnitt durch as Gehäuse der Fig. 14, Fig. 17 einen Schnitt nach
der Linie XVII-XVII er Fig. 16, Fig. 18 bis 26 einen abgewickelten Schnitt durch
das Gehäuse nach Fig. 16, und zwar durch die Achsen der Schieberadkolben und zugehörigen
Steuerschieber bei verschiedener Stellung derselben (Schnitt nach den Linien C bis
H der Fig. i6).
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In Fig. i bezeichnet i eine Antriebsriemen-' Scheibe, 2 die Antriebswelle,
3 die Antriebskupplung, durch die entweder das Räderpaar a oder aber das Räderpaar
5 über ein Zwischenrad 6 gekuppelt werden kann, 7 ein weiteres auf der Vorgelegewelle
8 sitzendes Zahnrad, g ein Schieberadpaar, das entweder mit dem Rad .1 oder dem
Rad? in Eingriff gebracht werden kann, io ein weiteres Schieberadpaar, das mit dem
Zahnrad ii oder Zahnrad 12 zusammenarbeitet, 13 eine Schaltkupplung, deren auf der
Welle 14 verschiebbarer Kupplungsteil entweder mit dem Räderpaar 15 oder dem Räderpaar
16 gekuppelt werden kann, 17 eine Lamellenbremse, 18 eine Drehspindel, die von der
Welle 14 aus durch Räderpaar i9 angetrieben wird. Die Fig. i zeigt, daß mit dem
beispielsweise dargestellten Getriebe durch die beiden Schieberadpaare g und io
und die Schaltkupplung 13 insgesamt acht Geschwindigkeifsstufen geschaltet werden
können, die durch einen polumschaltbaren Motor verdoppelt werden können.
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Die hydraulisch zu betätigenden Teile dieses Getriebes sind in Fig.
2 schematisch wiedergegeben. Es sind zunächst nur zwei Betätigungsorgane für die
hydraulische Steuerung, nämlich ein Schalthebel 2o und ein Handrad 21, zur Vorwählung
der Drehzahl vorgesehen. Mit diesem Handrad 21 wird durch eine Welle 22 über eine
Übersetzung 23 ein Vorwählschieber 25 gedreht, dessen Achse mit 24 angedeutet ist
und von dem drei hintereinanderliegende Querschnitte 25a, 25b und 25, angegeben
sind. Die einzelnen Querschnitte dieses Vorwählschiebers sind durch axiale Kanäle
-wie mit gestrichelten Linien angedeutet - verbunden. Mit dem Handrad 21 wird nicht
nur der Vorwählschieber eingestellt, sondern gleichzeitig und zwangs- i, läufig
mit diesem werden auch die in einem Gehäuse-26 befindlichen Steuerschieber 27 und
28 bewegt, und zwar von der Welle 22 aus über Kettentrieb 29, 30 und eine
Kurbelschleife 31. In dem Gehäuse 26, das in Fig. 14 bis 17 im 11
einzelnen
dargestellt ist, sind außer den Steuerschiebern 27, 28 Schieberadkolben 32, 33 gelagert,
deren Kolbenstangen 3.4, 35 die Schieberadpaare g, io verschieben.
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Mit dem Schalthebel 2o wird durch eine Hohl- i i welle 36 über eine
Übersetzung 37 ein Schaltschieber 38 gedreht, dessen Achse mit 39 bezeichnet
ist und von dem drei hintereinanderiegende und durch axiale Kanäle verbundene Querschnitte
38a, 38b und 38, gezeigt sind. 12 Bei der gezeigten Ausführung ist ferner noch @in
Hilfssteuerschieber 4o. der als Kolben ausgebildet
und längs verschiebbar
ist, vorgesehen, der auf der einen Seite durch eine Feder 41 belastet ist.
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Die Wirkungsweise dieser Steuerung ist folgende Es sei angenommen,
daß die Vorwählung der Spindeldrchzahl mittels Schaltrades 21 während des Betriebes
vorgenommen worden ist. Zum Schalten der gewählten Drehzahl wird zunächst der Schalthebel
2o aus der in Fig. 4 gezeigten senkrechten Mittellage nach links oder nach rechts
in die in Fig. 2 und 3 beispielsweise dargestellte Lage gebracht. Das von der Pumpe
kommende Druckmittel fließt dann durch die Leitung 42 zu dem Querschnitt 38b des
Schalt-Schiebers und dann zum Querschnitt 38" desselben, von wo es einerseits durch
die Leitung 43 zum Bremszylinder 44 gelangt und damit die Bremse lüftet und andererseits
durch eine Leitung 45 zu dem Querschnitt 25" des Vorwählschiebers gelangt. Es sei
bemerkt, daß alle Leitungen, in denen das von der Pumpe geförderte Druckmittel fließt,
voll gezeichnet sind und daß die drucklosen Leitungen, aus denen das Druckmittel
abfließen kann, leer gezeichnet sind.
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Von dem Querschnitt 25" des Vorwählschiebers strömt das Druckmittel
durch Axialkanäle "zum Querschnitt 25b und durch die Leitung 46 zu der Schaltkupplung
13, deren Kupplungsteil durch das Druckmittel in der einen Richtung verschoben und
damit das Räderpaar 15 oder 16 gekuppelt wird. Die aus der Schaltkupplung verdrängte
Flüssigkeit kann durch die Leitung 47 über die Schieberqnerschnitte 25b und 25,
in die Rückleitung 48 zur Pumpe zurückgelangen. Das von der Pumpe geförderte Druckmittel
kann vom Schieberquerschnitt 25" anderseits durch die Leitung 49 zum Gehäuse 26
gelangen, wo es in der weiter unten dargestellten Weise die Schieberadkolben verschiebt
und damit das eine Schieberadpaar in Mittelstellung und das andere Schieberadpaar
in Eingriff bringt. Erst nachdem diese Schaltvorgänge vollständig beendet sind,
kann das Druckmittel durch die Leitung 50 weiterströmen und auf die Antriebskupplung
3'wzrken. Das Druckmittel kann durch die Leitung 50 unmittelbar der Antriebskupplung
zugeführt werden oder aber diese auch nur mittelbar steuern, wie in der Zeichnung
dargestellt. Danach wirkt das vom Gehäuse 26 durch die Leitung 5o kommende Druckmittel
auf den Hilfssteuerschieber 40 ein, den es entgegen der Wirkung der Feder 41 in
Richtung A in die Lage nach Fig. 3 verschiebt.
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Es ist ersichtlich, daß die vom Schieber 40 gemäß Fig. 2 -unterbrochenen
Druckmittelleitungen 51, 52, die zur Antriebskupplung führen, gemäß Fig. 3 dann
freigegeben sind, so daß vom Querschnitt 38" des Schaltschiebers das Druckmittel
durch die Leitung 51 auf die Antriebskupplungen wirken und diese einrücken kann.
Das aus der Kupplung verdrängte Druckmittel kann durch die Leitung 52, den Querschnitt
38Q und die Ablaufleitung 53 abfließen.
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Durch das Verschieben des Hilfssteuerschiebers 40 in die Lage nach
Fig. 3 werden gleichzeitig die Druckmittelleitungen 46, 47 der Schaltkupplung 13
sowie auch die Druckmittelleitung 49 der Schieberadzylinder 26 abgeriegelt. Die
Druckmittelleitung 5o ist durch die Stellung des Schiebers 38, ebenfalls abgeriegelt,
so daß das Druckmittel weder zu- noch abfließen kann. Die Schieberäder sowie auch
der Kupplungsteil der Schaltkupplung werden also hierdurch zwangsweise in der eingeschalteten
Lage gehalten.
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Während des Betriebes, also bei umlaufender Dfehspindel, ist eine
Vorwählung einer neuen Drehzahl durch Drehen am Handrad 21 ohne weiteres möglich.
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Die Drehspindel wird stillgesetzt, indem der Schalthebel 2o aus der
rechten oder linken Lage in die Mittelstellung nach Fig. 4 gebracht wird. Dann wird
durch den Schieberquerschnitt 38b der Druckmittelzufluß von der Leitung 42 abgesperrt
und gleichzeitig die Ablaufleitung 54 durch den Schieberquerschnitt 38, mit der
Rücklaufleitung 48 verbunden. Aus Fig. 4 geht hervor, daß damit alle Leitungen drucklos
werden, so daß also die Lamellenbremse unter der Wirkung der Feder 55 angezogen
wird und die Antriebskupplung sowie auch die Schaltkupplung ebenfalls unter der
Wirkung von Federkräften ausgerückt werden. Ferner kehrt auch der Hilfssteuerschieber
4o durch den Druck der Feder 41 in seine linke Ausgangsstellung gemäß Fig. 2 und
4 zurück. Die gesamte Steuerung ist also für eine neue Schaltung bereit, d. h. die
vorher gewählte Drehzahl kann durch Umlegen des Schalthebels 2o nach links oder
rechts sofort eingeschaltet werden. Wird der Schalthebel ohne Änderung der Vorwählung
nur von links nach rechts oder umgekehrt gelegt, so wird lediglich der Kupplungsteil
der Antriebskupplung verschoben, so daß also nur eine Umkehrung der Drehrichtung
der Drehspindel eintritt. Der Schalthebel 2o dient also gleichzeitig zur Umkehrung
der Drehrichtung.
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Da es oft erwünscht ist; bei stillstehender Maschine die Drehspindel
18 von Hand durchdrehen zu können, ist ein weiterer von einem Hebel 56 betätigter
Schieber vorgesehen, von dem zwei durch einen axialen Kanal miteinander verbundene
Querschnitte 57Q und 57b gezeigt sind. Wenn nun bei stillstehender Maschine gemäß
Fig. 4 die Bremse 17 angezogen ist und diese damit die Drehspindel 18 festhält,
so kann durch Nerschwenken des Hebels 56 in der angegebenen Pfeilrichtung das Druckmittel
von der Leitung 42 über die Schiebdrquerschnitte 57b
und 57a zu
dem Bremszylinder 44. gelangen und die Bremse lüften.
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Die praktische .Ausführung der hydraulischen Steuerung des Schalträdergetriebes
ist in den Fig. 5 bis 17 gezeigt. Die Steuerorgane sind in zwei leicht zugänglichen
Gehäusen, und zwar dem Gehäuse 26 und einem Schaltgehäuse 58 untergebracht. Das
letztere bildet zusammen mit einer Schaltplatte 59 ein Stück und ist mit dieser
an der Vorderseite des in den Fig. 5 und 6 gezeigten Schalträderkastens 6o befestigt.
Nach Lösen der Befestigungsschrauben 61 und der Leitungsanschlüsse kann die Schaltplatte
59 zusammen mit den Schaltorganen 2o, 2i und 56 und dem Schaltgehäuse 58 herausgenommen
werden.
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Wie die Fig. 9 bis 13 zeigen, sind in diesem Schaltgehäuse 58 der
Hilfssteuerschieber 40 sowie Schaltschieber 38 und Vorwählschieber 25 und die zugehörigen
Bedienungsorgane gemeinsam gelagert. Die Steuerorgane sind in diesem Gehäuse auf
einem sehr gedrängten Raum untergebracht, wobei Schaltschieber und Vorwählschieber,
die als Drehschieber ausgebildet sind, parallel zueinander und senkrecht zur Schaltplatte
59 angeordnet sind, während der Hilfssteuerschieber 4o quer über diesem und parallel
zur Schaltplatte liegt. Die Handradwelle 22 und die konzentrisch gelagerte Schalthebelhohlwelle
36 sind zwischen den beiden Drehschiebern 38 und 25 gelagert.
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Die Steuerkanäle der Fig. 2 sind auch in Fig. 9 bis 13 dargestellt
und mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Der Schaltschieber 38 hat zwei breite
gegenüberliegende Einfräsungen 62, 63, so daß sich gemäß Fig. ii und 12 ein keilförmiger
Querschnitt des Schaltschiebers ergibt. Der Vorwählschieber hat drei Einfräsungen
64 und 65 in dem Schnitt nach Fig. 12, so daß sich in diesem Querschnitt eine dreieckige
Gestalt des Vorwählschiebers ergibt. Die eine Einfräsung 64 ist durch- eine Bohrung
mit der Axialbohrung 66 des Schiebers verbunden, die nach Fig. i3 durch Radialbohrungen
mit der Rücklaufleitung 48 in Verbindung steht. Das in der Einfräsung 64 befindliche
Druckmittel kann also stets abfließen. Das zuströmende Druckmittel gelangt durch
Kanal 45 (Fug. ii) zu dem Vorwählschieber 25 und durch Axialkanäle 67 zu den Einfräsungen
65 der Fig. 12, von wo das Druckmittel durch den Axialkanal 68 bzw. 69 in der einen
oder anderen Richtung in die Schaltkupplungsleitungen 46 bzw. 47 gelangt.
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Nach den Fig. 2, 6 und 7 wird die Drehbewegung des Handrades 21 über
das Zahnradpaar 23, 70 und den Kettentrieb 29 auf eine im Schalträderkasten
obenliegende Welle 71 übertragen, von wo aus die Bewegung über einen Kettentrieb
72 auf eine Drehscheibe 73 übertragen wird, die einen Gleitstein 74 trägt. Die Führung
75, in der dieser Stein gleitet, ist fest mit der Stange 76 des Steuerschiebers
27 verbunden. .lus Fig. 15 ist zu entnehmen, daß die beiden Steuerschieberstangen
als Zahnstangen ausgebildet sind, in die ein Zwischenrad 77 eingreift. Bei Bewegung
des Steuerschiebers 27 wird also über das Zwischenrad 77 der Steuerschieber 28 zwangsläufig
mitbewegt.
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Nach den Fig. 2 und 8 sind acht verschiedene, durch Punkte angedeutete
Winkelstellungen des Gleitsteines 74 vorgesehen. Diese acht Stellungen entsprechen
acht verschiedenen Winkelstellungen des Vorwählschiebers 25.
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Nach Fig. 6 ist das Gehäuse 26, in dem die Schieberadkolben und Steuerschieber
gelagert sind, an der Rückseite des Schalträderkastens 6o, und zwar auf deren Innenseite,
befestigt und wird von außen mittels Schrauben 78- gehalten. Nach Abnahme des Kastendeckels
79 und nach Lösen der Schrauben 78 und der Rohranschlüsse kann dieses Gehäuse 26
nach oben herausgenommen werden. Durch die bequeme Zugänglichkeit sowohl des Schaltgehäuses
58 als auch des Gehäuses 26 können eventuelle Störungen der hydraulischen Steuerungen
leicht beseitigt werden.
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Die Ausführung des Steuergehäuses 26 und der darin gelagerten Schieberadkolhen
32, 33 und Steuerschieber 27,'28 ist aus Fig. 14 bis 17 zu entnehmen. Das Druckmittel
wird bei 8o dem Gehäuse zugeführt und gelangt durch die Bohrung 81, 82 zu Ringkanälen
des Steuerschiebers 28, der dann je nach Schieber- und Kolbenstellung das Druckmittel
entweder zu dem Arbeitskolben 32 oder dem Arbeitskolben 33 weiterleitet. Von dem
ersten Arbeifskolben fließt das Druckmittel dann über den Steuerschieber 27 zu dem
zweiten Arbeitskolben und von diesem wieder zurück zu dem Steuerschieber 28, aus
dem es durch die axiale Bohrung 83 und aus dem Gehäuse bei 84 austritt, um gemäß
Fig. 2 in die Leitung 50 zu gelangen.
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Die Ausbildung der Schieberadkolben ist aus Fig. 16 und 17 zu entnehmen.
Die Kolben haben Ringkanäle 85, die durch axiale Kanäle 86 eine Verbindung mit den
auf beiden Seiten des Kolbens liegenden Zylinderräumen 87 und 88 herstellen.
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Die Wirkungsweise dieser Arbeitskolben und Steuerschieber ist in den
Fig. 18 bis 26 erläutert. 1 Es sei angenommen, daß die Steuerorgane sich in der
Grundstellung nach Fig. 18 befinden, die einer bestimmten Stellung des Vorwählschiebers
25 und der Steuerschieber 27 und 28, d. h.beispielsweise einer Drehzahl von 6oo
entspricht. i Das Druckmittel kann dann in der angegebenen Pfeilrichtung durch das
Gehäuse 26 Hindurchströmen und dieses verlassen, ohne claß eine Verschiebung eines
Schieberadkolbens erfolgt.
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Wenn nun eine Drehzahländerung, Beispiels- i weise auf 750,
vorgenommen werden soll, so wird das Handrad 21 so weit gedreht, bis die
gewünschte
Drehzahl eingestellt ist. Zu diesem Zweck kann gemäß Fig. 5 das Handrad 21 mit einer
Anzeigevorrichtung verbunden sein, wobei die Drehzahl an einem Fenster 89 abgelesen
werden kann. Durch diese neue Einstellung werden die Steuerschieber 27, 28 in die
Stellung nach Fig. z9 gebracht. Nach Einschalten des Schalthebels 20 strömt das
Druckmittel in der angegebenen Pfeilrichtung zum Schieber 28 und von diesem zum
Schieberkolben 33. Da dieser die zum Schieber 27 führenden Kanäle freigibt, so strömt
das Druckmittel ohne Verschiebung des Kolbens 33 zum Schieber 27 und schließlich
auf die linke Seite des Kolbens 32, der dann durch das Druckmittel in Pfeilrichtung
aus seiner linken Endstellung über die Mittellage bis in seine rechte Endstellung
nach Fig. 2o verschoben wird. Erst nachdem der Kolben 32 diese Endstellung erreicht
hat, kann das Druckmittel zum Schieber 28 weiterströmen und aus dem Gehäuse 26 wieder
austreten. Zumbesseren Vergleich der Kolbenstellungen sind in den Fig. z8 bis 26
die linke Endstellung, die '31ittellage und die rechte Endstellung durch Linien
angedeutet.
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Soll ferner beispielsweise von der Grundstellung nach Fig. 18 und
der angenommenen Drehzahl von 6oo eine neue Drehzahl von 300 eingestellt werden,
so «-erden mittels Handrades 21: die Steuerschieber in die Lage nach Fig. 21 gebracht.
Dann gelangt zunächst das Druckmittel vom Schieber 28 auf die linke Seite des Kolbens
32, der in seine Mittellage gemäß Fig. 22 verschoben wird. Erst dann kann das Druckmittel
über den Steuerschieber 27 auf die rechte Seite des Kolbens 33 gelangen. Dieser
wird dann nach Fig.23 in die linke Endlage geschoben.
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In Fig. 24 bis 26 ist die Drehzahländerung von 6oo (Fig. 18) auf beispielsweise
235 dargestellt. Durch die neue Schieberstellung gemäß Fig. 24 wirkt das Druckmittel
auf die linke Seite des Kolbens 32, der nach Fig: 25 in die Mittellage verschoben
wird. Schließlich wird noch nach dieser Verschiebung auch der Kolben 33 gemäß Fig.
26 in seine rechte Endlage gebracht.