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Geschwindigkeits-Anzeigegerät für Stufengetriebe
Die Erfindung bezieht
sich auf ein Geschwindigkeits-Anzeigegerät für Stufengetriebe, insbesondere zum
Anzeigen der Schnittgeschwindigkeit von über Stufengetriebe angetriebenen Werkzeugmaschinen.
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Der Einfachheit der Beschreibung halber soll daher im folgenden immer
nur von der Schnittgeschwindigkeit von Werkzeugmaschinen die Rede sein, obgleich
das Gerät auch für zahlreiche andere Maschinen, z. B. an Aufspulmaschinen zum Anzeigen
der Spulgeschwindigkeit, Verwendung finden kann.
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Es sind Anzeigegeräte für Stufengetriebe und stufenlose Getriebe
bekannt, die logarithmische Teilungen für die Anzeigegrößen, Durchmesser, Drehzahl
und Geschwindigkeit benutzen, da diese Teilungen gleiche Ablesegenauigkeit über
den gesamten Anzeigebereich gestatten. Während für stufenlose Getriebe die bisher
bekannten Anzeigegeräte allen zu stellenden Forderungen nachkommen, ist diese bei
Anzeigegeräten für Stufengetriebe ungleich schwerer zu erreichen, und von keinem
Gerät wurden bisher alle Bedingungen gleichzeitig erfüllt. So sind bei den bekannten
Anzeigegeräten mehrere Einstellungen sowohl bei jeder Änderung des Durchmessers
als auch bei jederÄnderung der Geschwindigkeit notwendig, so daß man ohne diese
Einstellung nicht übersehen kann, ob überhaupt eine Neueinstellung des Getriebes
erforderlich ist.
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Ferner ist zur genauen Bestimmung der Geschwindigkeit für jeden Durchmesser
und jede Drehzahl oft eine zusätzliche Einstellung des Anzeigegerätes notwendig.
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Die Anzeigegröße n, die Drehzahl des Getriebes, ändert sich nämlich
bei Stufengetrieben nicht stufenlos, sondern stufenweise und mit ihr die zu einer
Geschwindigkeit gehörenden Durchmesser. Die eingestellte Geschwindigkeit entspricht
deshalb für die gewählte Drehzahl nur einem Durchmesser. Da also
in
den-meisten Fällen Durchmesser und Geschwindigkeit mit der Drehzahl des Getriebes
nicht übéreinstimmen, ist bei den bekannten Anzeigegeräten für Stufengetriebe eine
zusätzliche Einstellung des Gerätes zur genauen Bestimmung der zugehörigen Anzeigegrößen
für die betreffende Drehzahl des Getriebes notwendig. So werden z. B. bei einem
bekannten Gerät durch einen Einstellknopf die Geschwindigkeit und durch einen anderen
Einstellknopf der Durchmesser eingestellt. Die zu den gewählten Größen gehörende
Drehzahl stimmt dabei, z. B. bei einem vierstufigen Getriebe, nur in vier Fällen
überein, so daß meistens für die wirklich vorhandene Drehzahl, z. B. zur genauen
Bestimmung der Geschwindigkeit, eine zusätzliche Drehung am Einstellknopf für die
Geschwindigkeit notwendig ist. Die vielfachen Einstellungen sind offensichtlich
große Nachteile dieser Geräte.
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Außer möglichst seltener Bedienung ist für ein Anzeigegerät von Stufengetrieben
zu fordern, daß eine bequeme und schnelle Ablesung und Übersicht aller Größen möglich
ist, wie dieses bei Anzeigegeräten für stufenlose Getriebe bereits erreicht wurde.
Ferner muß jede zugehörige Größe stufenlos abgelesen werden können, und die entsprechend
der Stufung eingestellten Größen müssen angezeigt werden. Das Gerät muß anzeigen,
ob und welche Neueinstellung bei geänderten Anzeigegrößen notwendig ist.
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Zuletzt muß es möglich sein, den zu jeder Schaltung und Getriebestufe
gehörenden Anzeigebereich durch eine von der Drehzahl des Getriebes oder von der
Drehzahl einer nachgeschalteten Welle abgeleitete Bewegung bzw. durch die Schaltbewegung
des Getriebes selbst oder eine von dieser abgeleiteten Bewegung anzuzeigen. Diese
Forderungen werden von dem Anzeigegerät nach der Erfindung weitestgehend erfüllt.
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Der Aufbau des Gerätes geht von der Funktion dmm . 1Z1/Min vm Min
= # (I) I000 aus, indem man durch Logarithmieren die für die Ausführung des Gerätes
geeignete Form der Gleichung erhält: lgv = lg + lgd lgd+lgn. (2) Die Gleichung (2)
schreibt sich für lg = = constlgv = 1000 nl + lgd (3) n2 = constlgv = lg- 1000 n2
+ lgd (4) n3 = constlgv = Ig n3 + lgd (5) 1000 n4 = constlgv = lg 1000 4 + lgd (6)
n. = c,onstlgv = lg fly + lgd (7) I000 Die Kurven für die Gleichungen (3) bis (6),
im logarithmischen Koordinatensystem aufgetragen, sind vier Geraden unter 45" (Abb.
I bis 3). Die Abstände der Geraden untereinander verhalten sich wie die Drehzahlen
n1 bis n4, d. h. sie entsprechen dem Stufensprung der aufeinanderfolgenden Drehzahlen.
Abb. I läßt erkennen, daß das bekannte Sägediagramm der Refakarte zu einem Paralleldiagramm
geworden ist.
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Dieses Paralleldiagramm hat als Grundlage für den Bau eines Geschwindigkeitswählers
oder -anzeigers folgende Vorzüge.
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Verschiebt man die Zeiger s, v, w, x und y relativ zum Paralleldiagramm
nach rechts, d. i. im Sinne einer Durchmesservergrößerung, so wandern die Schnittpunkte
I bis 8 (Abb. I bis 3) derart, daß sie einem höheren Schnittgeschwindigkeitsbereich
entsprechen. Verschiebt man die Zeiger nach kinks, d. i. im Sinne einer Durchmesserverkleinerung,
so tritt eine entsprechende Schnittgeschwindigkeitsverringerung ein Durch Verschieben
der Zeiger erfolgt somit das Einstellen der Geschwindigkeit.
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Die entsprechend gleichen Verhältnisse erhält man, wenn die Zeiger
senkrecht zur lg v-Achse angeordnet werden, indem für einen bestimmten Durchmesser
oder Durchmesserbereich die den Drehzahlen entsprechenden Geschwindigkeitsbereiche
abgeteilt werden. Da diese Anordnung gegenüber der dargestellten Anordnung nichts
Besonderes aufweist, wird sie bei den späteren Beispielen nicht berücksichtigt.
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An mehreren Ausführungsbeispielen, die in den Abb. 4 bis 9 dargestellt
sind, ist nachstehend die Erfindung näher erläutert.
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Zunächst sollen Anzeigegeräte mit Anordnung der Geschwindigkeitsskala
senkrecht zur Durchmesserskala beschrieben werden.
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Abb. 4: Unter der Voraussetzung, daß Motordrehzahl I = I400 Ulmin
und Motordrehzahl II = 700 U/min ist, sind für folgende vier zum Getriebe zusätzlichen
Schaltungen: Motordrehzahl Maschinendrehzahl I. I und ohne Vorgelege .. 475 3I5
2I2 I40 2. II und ohne Vorgelege.. 212 I40 95 63 3. I und mit Vorgelege ... 42,5
28 I9 12,5 4. II und mit Vorgelege .. 19 I2,5 8,5 5,6 durch die Zeiger, v, w, x
und y die zugehörigen I6 Durchmesserbereiche abgeteilt. Da die Stufung des Getriebes
für die vier Getriebedrehzahlen gleich ist, sind auch die Zeigerabstände und ihre
Unterteilungen a bis i untereinander gleich. Zur Markierung der Geschwindigkeit
sind nur eine beliebige Kurve, z. B. n2 der Abb. I bis 3, und ein beliebiger Zeigerbereich,
z. B. v bis w, erforderlich. Durch genügende Unterteilung des Zeigerbereichs wird
durch die Schnittpunkte zwischen Punkt 3 und 4 die zu jedem Durchmesser aller I6
Durchmesserbereiche gehörende Schnittgeschwindigkeit ohne besondere Einstellung
des Gerätes markiert, da die vier Zeigerbereiche, wie oben gesagt, gleich unterteilt
sind und z. B. die Markierungd des vierten Durchmesserbereichs auch zu der Markierung
d des Zeigerbereichs v bis w gehört.
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Der Durchmesser 500 mm gehört also zu folgender Schaltung: Getriebe
......... vierte Stufe, Motor . . . . . . . . . . . Drehzahl I, Vorgelege ........
erstes Vorgelege.
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Die dem Durchmesser und der Schaltung entsprechende Geschwindigkeit
ist 20 m/Min.
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Die Änderung der Geschwindigkeit geschieht durch Verschieben der
Zeiger u bis y relativ zu der Durchmesserskala. Eine andere Einstellung des Gerätes
ist nicht erforderlich. Nach der Einstellung können alle verlangten Größen sowohl
abgelesen wie über den gesamten Bereich übersehen werden.
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Die Anzeige der jeweils am Getriebe eingestellten Stufe kann in einfacher
Weise durch einen Zeiger erfolgen, der entweder von der Schaltbewegung oder einer
von dieser abgeleiteten Bewegung eingestellt wird. Eine genaue Gesetzmäßigkeit für
die Zeigerbewegung ist nicht erforderlich, da der Zeiger nur innerhalb des Durchmesserbereiches
stehen muß, was die konstruktive Lösung der Zeigereinstellung wesentlich erleichtert.
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Die bekannten Einhebelschaltungen sowie auch die bekannten Vorwählschaltungen
besitzen eine mit der steigenden Drehzahl fortschreitende Schaltbewegung, die für
die ZeigerbewegungZ benutzt werden kann.
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Aus dem vorgenannten Grunde ist es ebenfalls möglich, die lineare
Bewegung eines Drehzählers für die Zeigerbewegung heranzuziehen, obschon die Drehzahlskala
des Gerätes eine logarithmische Teilung besitzt.
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Leitet man die Zeigerbewegung von der letzten dem Getriebe nachgeschalteten
Welle ab, so tritt an die Stelle der vier übereinanderliegenden Durchmesserskalen
eine fortlaufende Durchmesserskala, wodurch die Übersicht des Gerätes noch erhöht
wird.
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Abb. 5: Der Skalenträger S entspricht dem der Vorrichtung nach Abb.
4. Die Stufung der Drehzahl des Getriebes ist nicht gleich, so daß für die Markierung
der Schnittgeschwindigkeit beispielsweise nur die Höchstgeschwindigkeit für jede
Drehzahl oder Stufe angegeben ist. Eine Ablesung der zu jedem Durchmesser gehörenden
Geschwindigkeit ist nicht möglich. Im übrigen entspricht das Gerät nach Abb. 5 demnach
Abb. 4 und kann auch, falls man auf die genaue Ablesung der Geschwindigkeit für
jeden Durchmesser verzichtet, für Getriebe mit gleicher Stufung benutzt werden.
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Abb. 6 und 7: Die in diesen Abbildungen schematisch dargestellten
Ausführungen des Anzeigegerätes zeigen als Markierung der Geschwindigkeit einen
auf der FührungF verstellbaren Schieber Sch.
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Da für alle Markierungen praktisch durchsichtige Fenster mit Fadenmarkierung
benutzt werden, ergibt sich für die Vorrichtungen nach Abb. 6 und 7 gegenüber denen
nach Abb. 4 und 5 eine bessere Übersicht des Gerätes. In Abb. 6 schneiden sich die
zugehörigen Fadenmarkierungen für die Durchmesser jeweils mit den zugehörigen Fadenmarkierungen
für die Geschwindigkeit in Punkten, die zu den Kurven für nl, 812, lz, und 114 gehören.
Die Einstellung des Gerätes geschieht daher durch den Schieber Sch für die Geschwindigkeit
und anschließend durch die Zeiger u, v, zeg, x und y für die zugehörigen Durchmesserbereiche
so, daß die Kurven durch die entsprechenden Fadenschnittpunkte gehen. Die bessere
Übersicht ist durch eine Mehreinstellung erkauft worden, jedoch erfolgt die Einstellung
nicht öfter als bei den Vorrichtungen nach Abb. 4 und 5, nämlich stets nur bei veränderter
Geschwindigkeit.
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Während bei den Geräten nach Abb. 4 bis 7 die Geschwindigkeitsskala
senkrecht zur Durchmesserskala liegt, ist im folgenden eine Anordnung der Geschwindigkeitsskala
parallel zur Durchmesserskala beschrieben, die in Abb. 8 und g dargestellt ist.
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Wenn man in Abb. 4 die durch die Kurve n2 festgelegten Geschwindigkeitswerte
nicht, wie dort geschieht, nach links auf eine zu den Durchmesserskalen s senkrecht,
sondern auf eine zu ihnen parallel angeordnete Skala lotet, so erhält man die Anordnung
nach Abb. 8 und g. Diese Ausführung zeichnet sich dadurch aus, daß die Markierungen
für Durchmesser und Geschwindigkeit zusammenfallen, was Einstellung, Übersicht,
Ablesung und Abmessungen des Gerätes günstig beeinflußt. Die Vorrichtung nach Abb.
8 hat außer diesen Vorzügen die gleichen Eigenschaften wie die Vorrichtungen nach
Abb. 4 und die Vorrichtung nach Abb. g die gleichen wie die Vorrichtung nach Abb.
5, so daß die Einzelheiten nicht wiederholt zu werden brauchen.
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Nachdem im vorhergehenden der Aufbau und verschiedene Möglichkeiten
der Anordnung für das Anzeigegerät nach der Erfindung erläutert wurden, soll im
folgenden noch kurz die praktische Ausführung und Anwendung an Hand der Vorrichtung
nach Abb. 8 besprochen werden.
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Der Skalenträger S kann als Trommel, Schieber oder Scheibe ausgeführt
werden. Die Zeiger u, v, w, x und v, die Unterzeiger a bis i werden auf einer Cellonscheibe
oder anderen durchsichtigen Scheibe eingraviert. Diese Scheibe sowie die übrigen
Angaben, die zu dem strichpunktierten Zeigersystem gehören, wie Drehzahl und Stufe,
werden zweckmäßig feststehend angeordnet, während der Skalenträger beweglich ist,
besonders wenn eine Anzeige des Durchmessers durch den Zeiger Z in der oben beschriebenen
Weise erfolgen soll. Die Unterteilung derZeigerbereiche ist genügend genau, wenn
sie dem Stufensprung I,06 entspricht, wodurch die Anzeige mit 6 01o Genauigkeit
und noch größerer Ablesegenauigkeit innerhalb der Fehler für die Drehzahleinhaltung
der Maschine liegt.
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Bei Getrieben für Werkzeugmaschinen, für die das Gerät fast ausschließlich
anzuwenden ist, wird für jeden zu bearbeitenden Werkstoff eine günstigste Schnittgeschwindigkeit
verlangt, die aber nicht immer infolge der Stufung des Getriebes für jeden Durchmesser
erreicht wird. Man geht daher bei dem Gerät so vor, daß man durch einen Zeiger,
z. B. w, die höchstzulässige Schnittgeschwindigkeit oder durch einen Unterzeiger,
z. B. e, die mittlere Schnittgeschwindigkeit einstellt, dann sind für jeden Durchmesser
die notwendige Schaltung des Getriebes und alle zusätzlichen Schaltungen sofort
leicht zu erkennen, so daß man also praktisch nur auf den richtigen Durchmesserbereich
zu schalten braucht. Um ferner