-
Mechanische Vorrichtung zum Anzeigen und Begrenzen der Drehmomente
in Getrieben vonMasehinen, insbesondereW'erkzeugmaschinen Die Erfindung bezieht
sich auf eine Sicherheitsvorrichtung gegen Überschreiten,der Drehmomente in Getrieben
von Maschinen, insbesondere Werkzeugmaschinen, die von dem in einer umlaufenden
Welle auftretenden Drehmoment betätigt wird.
-
Bei vielen Maschinen, insbesondere Werkzeugmaschinen, steht der Forderung
nach wirtschaftlicher Ausnutzung die Forderung nach unbedingter Vermeidung einer
Getriebeüberlastung gegenüber. Um letztere zu erfüllen, wird üblicherweise zwischen
Antriebsmotor und Getriebe eine qogenannte Überlast- oder Sicherheitskupplung vorgeseh1,n,
die bei Überschreitung eines bestimmten Drehmomentes rutscht, unter Federdruck stehende
Kugeln oder Bolzen entkuppelt, oder auf andere Weise die Verbindung zwischen Motor
und Getriebe löst und so Motor und Getriebe vor überlastung schützen soll. Der Motor
ist oft außerdem durch Motorschutzschalter elektrisch gegen Überlastung gesichert.
-
Bei Maschinen mit großem Drehzahlbereich, z. B. bei Waagerecht-Bohr-
und -Fräswerken, vielen Drehbänken, Bohrmaschinen usw., ist nun im allgemeinen das
Drehmoment, das der Antriebsmotor bei den niedrigen Drehzahlen der Antriebsspindel
über das letzte Glied des Getriebes, z. B. den Za'hnkranz
.der
Planscheibe, oder das auf der Arbeitsspindel sitzendeAntriebsrad abzugeben in der
Lage ist, infolge der Übersetzungen weit größer, als es die Festigkeit der Getriebeteile
mit Rücksicht auf wirtschaftlich tragbare Abmessungen derselben zuläßt. Eine Sicherung
gegen Getriebebruch ist also bei den niedrigen Arbeitsdrehzahlen nicht gegeben trotz
der obenerwähnten Sicherheitskupplung zwischen Motor und Getriebe, die ja, wenn
die Motorleistung ausgenutzt werden soll, auch etwa das gleiche Moment wie der Motor
übertragen muß. Die Sicherheitskupplung schützt vielmehr nur den Motor, falls dieser
bei den hohen Drehzahlen der Arbeitsspindel mit zu großem Drehmoment belastet wird.
Soll bei allen Drehzahlen volle Sicherheit nicht nur für den Motor, sondern auch
für das Getriebe gewährleistet sein, so müßte auch !eine Sicherheitskupplung an
der gefährdetsten Stelle des Getriebes, d. h. dort eingebaut sein, wo die kleinsten
Drehzahlen bzw. die größten Drehmomente auftreten. ,Dies ist die Arbeitsspindel
selbst oder ,das ihr zunächst liegende Vorgelege. Die Festigkeit des schwächsten
Konstruktionsteiles dieser Getriebegruppe bestimmt das maximal zulässige Drehmoment,
bei dem die Sicherheitskupplung ansprechen müßte. Da sich bei dieser Anordnung und
den bisher bekannten Bauarten von lösbaren Kupplungen sehr große Abmessungen der
Kupplung ergeben, wird sie im allgemeinen nicht ausgeführt.
-
Das allgemein bekannte, an sich anwendbare Prinzip der Abscherkupplung
besitzt den großen Nachteil, daß nach dem Ansprechen der Kupplung .die Maschine
stillgesetzt und der Abscherstift durch einen neuen ersetzt werden muß. Ist der
mit der Maschine gelieferte Abscherstift einmal ausgewechselt worden, so besteht
große Unsicherheit in der Bemessung es maximal übertragbaren Drehmomentes, da die
Werkstoffeigenschaften des Stiftes dieses maßgeblich beeinflussen, sieh jedoch einer
wirksamen Kontrolle entziehen. Ferner kommt die Forderung nach unbedingt guter Zugänglichkeit
erschwerend hinzu, so daß im allgemeinen die Abscherkupplung in Hauptantrieben vermieden
wird.
-
Es sind auch Einrichtungen bekannt, die .z. B. hydraulisch, mechanisch
oder elektrisch gestatten, den auf eine Arbeitsspindel wirkenden Axialdruck zu messen
und anzuzeigen, z. B. die Bohrdruckmesser an einfachen Bohrmaschinen. Einen Schluß
auf die jeweils im Getriebe wirksamen Drehmomente und damit auf die Belastbarkeit
der Getriebeteile lassen diese jedoch nicht zu.
-
Man #cennt auch bereits Sicherheitsvorrichtungen gegen Überlastung
von Antriebs- und Vorschubteilen an Werkzeugmaschinen, bei welchen ein Antriebsteil
der zu schützenden Vorrichtung zweiteilig ausgebildet ist und zwischen diesen Teilen
eine der Kraftübertragung -dienende Flüssigkeitsmeßdose angeordnet ist, deren Druckschwankungen
beim Überschreiten einer eingestellten Höchstlast auf elektrischem Wege den Antrieb
der Maschine abschalten. Die mit der Welle umlaufenden Meßdosen dienen lediglich
zu einer Kontaktbetätigung. In einem Sonderfall hat man die Meßdose ortsfest am
Maschinengestell angeordnet, die von einem sich nicht drehenden Bohrwerkzeug unter
der Wirkur ; -des Spandruckes beaufschlagt wird, und sie mit einem Druckanzeiger
verbunden, der einen erhöhten Widerstand durch Stumpfwerden der Stahlschneide sofort
anzeigt und auch bei Erreichen des Höchstdruckes .den Vorschub- oder Antriebsmotor
stillsetzt. Bei umlaufenden Wellen ist eine stetige Anzeige des jeweils zu übertragenden
Drehmomentes bisher nicht möglich gewesen. Eine unvollkommene bzw. gar keine Sicherung
hat jedoch neben der Gefahr des Getriebebruchs den weiteren großen Nachteil, daß
der Bedienungsmann aus übertriebener Vorsicht die Maschine längst nicht bis an die
Grenzen ihrer Leistungsfähigkeit ausnutzt.
-
Diese Nachteile vermeidet die Erfindung, indem sie gestattet, das
beim'Arbeiten auftretende Drehmoment laufend zu überwachen und bei Erreichen eines
Höchstwertes zu begrenzen. Dies geschieht nach der Erfindung dadurch, daß die in
einer umlaufenden Welle des Getriebes an einem elastischen Teil durch das jeweils
übertragene Drehmoment auftretende Verdrehung auf eine am Maschinengestell befestigte
ablesbare Anzeigevorrichtung übertragen wird. Nach der Erfindung dient als Anzeigevorrichtung
ein mit einem Zeigerwerk versehenes Umlaufrädergetriebe, auf das die Drehbewegung
der das Drehmoment übertragenden Welle und die durch das Drehmoment verursachte
zusätzliche Verdrehungsbewegung übertragen werden, wodurch der Zeigerausschlag entsprechend
der bei der Verdrehung einsetzenden Zusatzbewegung bewirkt und für die Dauer der
Verdrehung aufrechterhalten wird. Der Bedienungsmann erkennt an der Stellung eines
Zeigers zu einer roten Begrenzungsmarke ständig, wie weit er das von der Maschine
abgenommene Drehmoment steigern kann, ohne das Getriebe zu ge'fä'hrden, und ist
hierdurch in die Lage versetzt, die Maschine wirtschaftlich auszunutzen, da die
erfindungsgemäße Vorrichtung das jeweils übertragene Drehmoment anzeigt.
-
Eine zweckmäßige Ausführungsform besteht darin, daß auf der das Drehmoment
übertragenden Welle eine elastische Kupplung, deren einer Kupplungsteil angetrieben
wird, mit an beiden Kupplungsteilen befindlichen Zahnrädern angeordnet ist und diese
in Zahnräder des Umlaufrädergetrill bei eingreifen. Es.@ist auch möglich, anstatt
der elastischen Kupplung Torsionsstäbe zu verwenden.
-
Die erfindungsgemäße Vorrichtung gibt auch die Möglichkeit, die Anzeigevorrichtung
mit elektrischen Kontakten zu versehen und die Zeigerbewegung zum Schließen und
Öffnen elektrischer Kontakte und damit zur Betätigung von Endschaltern, Alarmanlagen
oder ähnlichem, zu benutzen, die dann betätigt werden, wenn das für das Getriebe
höchstzulässige Drehmoment überschritten wird.
-
Der Gegenstand der Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise dargestellt,
und zwar in Anwendung
auf den Antrieb eines Waagerecht-Bohr-und
-Fräswerkes, und zwar zeigt Abb. i eine Gesamtdarstellung der Vorrichtung mit einer
elastischen Kupplung und einem mit dieser gekuppelten Umlaufrädergetriebe, Abb.2
eine Seitenansicht des Räderwerkes des Umlaufgetriebes, Abb. 3 eine Aufsicht auf
das Zeigerwerk, Abb. 4 eine andere Ausführungsform des Umlaufrädergetriebes im Schnitt,
Abb. 5 eine Seitenansicht zu Abb. 4.
-
Nach Abb. i wird die Arbeitsspindel i über die Verzahnungen 5 und
6 und die Planscheibe :2 über die Verzahnungen, 3 und 4 durch die Vorgelegewelle
7 angetrieben. Diese ihrerseits erhält ihren Antrieb über Stufenrädergetriebe und
die Verzahnungen 13 oder 14 des Kupplungsteiles 12, welches lose auf dem
Wellenteil 15 sitzt und durch elastische Zwischenelemente i i mit dem auf dem Vielkeilansatz
8 der Welle 7 ,sitzenden Kupplungsteil. 9 verbunden. ist. Das Kupplungsteil 9 steht
über die Verzahnung io mit der Verzahnung,i,6 des Planetenträgers i7 :dauernd im@Eingriff,
und das Kupplungsteil 12 steht über die Verzahnung )i3 mit der Verzahnung 18 des
Rades i9 ebenfalls dauernd im Eingriff. Der Planetenträger 17 trägt auf dem Balzen
2o drehbar das Planetenrad 21, welches sowohl mit der Innenverzahnung 22 des Rades
i9 als auch mit .dzm Sonnenrad 23 im Eingriff steht. Der Planetenträger
17 und das Rad 19 sind gleichachsig im Gehäuse 24 gelagert; das Sonnenrad
23 ist mit seiner Welle 25 konzentrisch zu dem Planetenträger 17 und dem Rad i9
frei beweglich .gelagert. Die Welle 25 trägt an ihrem .Ende das Kegelradsegment
26, welches mit dem auf der Zeigerachse 27 sitzenden Kegelrad 28 im Eingriff steht.
Die Zeigerachse 27 trägt außerldem den Zeiger 29, der sich vor einer im Gehäuse:24
fest sitzenden Skalascheibe 30' mit einer Nullmarke und den zwei Begrenzungsmarken
31 (Abb. 3) bewegt.
-
Die Wirkungsweise der Vorrichtung ist folgende: Wenn an der Arbeitsspindel
i oder an :der Planscheibe 2 z. B. infolge der Schnittkräfte ein Drehmoment wirkt,
so wird je nach der eingeschalteten C),ersetrung der Verzahnungen 3 und 4 oder 5
und 6 an, der Vorgelegewelle 7 ebenfalls ein, entsprechendes Drehmoment entstehen,
welches über das durch,den Vielkeilansatz 8 mit der Welle 7 starr verbundene Kupplungsteil
9 mit der Verzahnung io über ein oder mehrere elastische Zwischenelem-ente i i auf
das Kupplungsteil 12 mit den. Verzahnungen 13 und 14 und von hier auf weitere Vorgelegeräder
übertragen wird. Das Kupplungsteil 12 sitzt drehbar auf dem @glatte@n Wellenansatz
15 der Welle 7 und wird. sidh unter .der Einwirkung eines Drehmomentes je .nach
der Größe desselben bei gleichzeitiger elastischer Durchbiegun.g .der Zwischenelemente
i i um einen bestimmten Betrag gegenüber dem Kupplungsteil 9 verdrehen. Solange
das zu übertragende Drehmoment und damit die Verdrehbewegung tgleich Null Ost, wird
der Planetenträger 17 mit der Verzahnung 16 laufend durch das Kupplungsteil
9 mit der Verzahnung io angetrieben, während gleichzeitig das. Rad. i9. über seine
Verzahnung 18 durch das Kupplungsteil 12 mittels der Verzahnung 13 im gleichen Drehsinn
angetrieben wird. Durch die Drehung des Planetenträgers versucht sich das auf dem
Bolzen 2o. drehbar gelagerte; Planetenrad zi in der Innenverzahnung 22 des Rades
i9 abzuwälzen und so das Sonnenrad 23 in dergleichen Richtung wie den Planetenträger
17 zu drehen. Das Rad, i9 versucht jedoch gleichzeitig, mit seiner Innenverzahnung
22 das Planetenrad 2 i und damit das Sonnenrad 23 in entgegengesetzter Richtung
zu treiben. Die Übersetzungsverhältnisse sind ,so gewählt, ,daß -sich beide Bewegungen
gegenseitig aufheben und -das Sonnenrad 23 stillsteht. Demzufolge ist also auch
keine Bewegung des Kegelra-dsegments 26 und der Zeigerwelle 27 mit dem Kegelrad
28 vorhanden, .d. h. der Zeiger 29 steht still in der Nullstellung. Wird das durch
.die Welle 7 zu übertragende Drehmoment und in bestimmten Verhältnissen hierzu die
Drehbewengung zwischen den Kupplungsteilen 9 und i2 größer als Null, so wird dies
stets ein Voreilen des Rades i9 gegenüber dem Planetenträger 17 ergeben.
Diese Zusatzbewegung wird über .das Planetenrad 2i eine Drehbewegung ,des Sonnenrades
23'und damit über das Kel.gelradgetriebe 26, 28 einen Ausschlag des Zeigers 29 bewirken.
Durch rote Marken 31 wird .der Zeigerausschlag entsprechend: dem maximal zulässlgen
Drehmoment begrenzt. Bei Änderung des Drehmomentes ändert sich auch der Zeigerausschlag.
Der Zeiger geht wieder in seine Nullstellung, sobald auch das zu übertragende Drehmoment
gleich Null geworden ist.
-
In den Abb. 4 und 5 ist eine andere Ausführungsform eines Umlaufrädergetriebes
dargestellt, das als an sich bekanntes Kegelradumlaüfgetriebe ausgebildet ist. Die
Verzahnung io des Kupplungsteiles 9 steht mit der Verzahnung 32 des Zahnrades 33
dauernd im Eingriff, das mit einem Kegelrad 34 verbunden ist. Ebenso,steht ,die
Verzahnung 13 des Kupplungsteiles 12 über ein Zwischenrad 35 mit der Verzahnung
36 des Zahnrades 37 dauernd; im Eingriff, das mit einem zweiten Kegelrad 38 in Verbindung
steht. Beide- Kegelräder 34 und 38 sind mit ihren dazugehörigen Zahnrädern33und:37
auf einer Welle 39 gelagert, die auch die Brücke 4o der beiden Umlaufkegelräder
41 und' 42 trägt. Die Umlaufkegelräder 41 und -42 stehen mit den Kegelrädern 34
und 38 im Eingriff. An der Brücke 4o ist ein Zahnsegment 43 befestigt, .das mit
seiner Nabe 44 .durch einen Stift 45 mit der Welle 39 fest verbunden ist. Das Kegelradsegment
43 steht mit dem Kegelrad 46 im Eingriff, das. auf der Zeibaerachse 47 befestigt
ist, die den Zeiger 29 des Anzeigegerätes trägt.
-
Die Wirkungsweise dieses Kegelradumlaufgetriebes ist folgende: Solange
beide Zahnräder 33und 37 mit gleicher Drehzahl, aber in entgegengesetzter Richtung
angetrieben werden, wird die Brücke 40 mit den Umlaufrädern 41 und 42 so daß der
Zeiger 29 seine Nullstellung einnimmt. Sobald infolge eines zu -übertragenden Drehmomentes
das Kupplungsteil 12 gegenüber dem Kupplungsteil 9
voreilt und diese
Zusatzbewegung auf d.as Kegelradumlaufagetriebe übertragen wird, werden -die Umillaufräder
41 :und, 42 eine Abwälzbewegung ausführen, so daß sich die Brücke 4o in einem entsprechenden
Winkel einstellt, wodurch über -das Kegelradsegment 43 ein Zeigerausschlag entsprechend
dem jeweiligen Drehmoment bewirkt wird.
-
An Stelle der in Abb. i dargestellten elastischen Kupplung kann die
Verdrehung auch unmittelbar zwischen zwei ...geeigneten Stellen der Welle bestimmt
und dieses Verdrehungsmaß auf eine Anzeigevorrichtung übertragen werden. Man könnte
auch die Verdrehung der Welle 7 selbst messen, gegebenenfalls unter Verwendung einer
empfindlichen Meßuhr zum- Ablesen. Es können auch an Stelle der dargestellten elaatischen
Kupplung- Torsionsstäbe verwendet werden, welche sich bei. auftretenden. Drehmomenten
um entsprechende Beträge verdrehen. Schließlich kann auch das Umlaufgetriebe des
Anzeigegerätes in seiner Konstruktion abgewandelt oder. durch eine hydrauli:sdhe
oder elektrische Meßeinrfchtung ersetzt werden, ohne daß jedoch durch alle diese
Variationen am Prinzip der Erfindung etwas geändert wird. Es ist auch ohne weiteres
möglich, durch den Zeigerantrieb bei Erreichung der Endstellung, in. der .das höchstzulässige
Drehmoment angezeigt wird, : einen oder mehrere elektrische Kontakte zu. schließen
oder zu öffnen, der über Endschalter den Antrieb der 1VIaschine .stillsetzt oder
eine Alarmanlage betätigt. j