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Wechselräderschaltkasten an Drehbänken zum Gewindeschneiden Der Gegenstand
des Patentes g16 868 ist ein Wechselräderschaltkasten zum Gewindeschneiden mit folgenden
Merkmalen: Die Getriebewellen haben einen unveränderlichen Abstand, im Gegensatz
zu den Getrieben mit Nortonschwingen. Die verschiedenen Grundsteigungen jeder Gewindeart
- Zollsystem oder Millimetersystem - werden über ein Grundgetriebe und ein Vervielfachungsgetriebe
durch Einstellen von Schieberädern gegenüber ortsfesten Zahnrädern gewählt. Das
Umschalten von metrischen Gewinden auf Zollgewinde, oder umgekehrt, erfolgt durch
Einschalten eines auf, der Zähnezahl 127 aufgebauten Zwischengetriebes. Das Grundgetriebe
ist in zwei Zahnradgruppen unterteilt, die aus ortsfesten Rädern und mit diesen
zusammenarbeitenden Schieberädern bestehen. Die eine dieser beiden Zahnradgruppen
bleibt sowohl für metrische Gewinde als auch für Zollgewinde in den Getriebezug
eingeschaltet, wobei sie von deren Rädern kleinerer Zähnezahl aus angetrieben wird,
so daB eine Übersetzung vom Langsamen ins Schnelle in jedem Falle vermieden ist.
Die andere der beiden Zahnradgruppen ist nur @ bei Einschaltung des Zwischengetriebes
in den Getriebezug eingeschaltet, wobei sie ebenfalls von deren Rädern kleinerer
Zähnezahl aus angetrieben wird, so daB auch hier eine Übersetzung ins Schnelle vermieden
ist.
Diese zweite Zahnradgruppe gibt den Antrieb an die Welle weiter,
welche die kleineren Zahnräder der ersten Gruppe treibt.
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Durch diese den Gegenstand des Hauptpatentes bildende Ausgestaltung
des Wechselräderschaltkastens wird erreicht, daß sämtliche Wellen in ortsfesten
Lagern ruhen und daher zuverlässig abgestützt werden können, um erschütterungsfrei
zu laufen, und daß eine den Wirkungsgrad beeinträchtigende Übersetzung vom Langsamen
ins Schnelle vermieden ist.
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Die vorliegende Erfindung betrifft nun eine weitere Ausgestaltung
des Wechselräderschaltkastens. Erfindungsgemäß verkörpert nämlich das Zwischengetriebe
zusammen mit der zweiten Zahnradgruppe des Grundgetriebes das Übersetzungsverhältnis
Während nach dem Hauptpatent das Zusatzgetriebe zur Umwandlung des metrischen Systems
in das Zollsystem auf der Zähnezahl 127 beruht, was nur zu richtigen Werten führen
würde, wenn 5 Zoll genau 127 mm betrügen, wird bei dem Getriebe nach der vorliegenden
Erfindung eine genaue Übersetzung erreicht, welche den Umstand berücksichtigt, daß
sich 5 Zoll tatsächlich auf 127,00487 mm belaufen. Eine besonders einfache Bauart
mit einer Mindestzahl von Zahnrädern ergibt sich erfindungsgemäß, wenn die zweite
Grundgetriebegruppe auf derselben Welle sitzende Zahnräder von gleichen Kopfkreisdurchmessern
und von gleichen Fußkreisdurchmessern enthält, die bei entsprechender Profilverschiebung
vierundfünfzig, fünfundfünfzig, sechsundfünfzig bzw. siebenundfünfzig Zähne haben,
wenn weiter die erste Grundgetriebegruppe die wahlweisen Übersetzungsverhältnisse
8 : 12, g : i2, io : 12, 11: 12, 12: 12 und 14: 12 verkörpert und wenn schließlich
das Vervielfachungsgetriebe die Übersetzungsverhältnisse i : i; i : 2, i : 4 und
i : 8 hat.
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In der Zeichnung ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung
dargestellt, und zwar zeigt Fig. i eine Seitenansicht des Vorschubgetriebes, Fig.
2 den Schnitt nach der Linie 2-2 der Fig. i und Fig. 3 eine zur Erläuterung der
verschiedenen Getriebeeinstellungen dienende Tabelle.
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Der nicht näher gezeigte Bettschlitten der Drehbank wird entweder
durch eine Leitspindel i02 (Fig: 2) oder durch eine Zugspindel 103 verschoben, die
durch das neuartige Vorschubgetriebe im Gehäuse 104 angetrieben werden.
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Auf der Oberseite des Vorschubräderkastens 104 ist ein Drehknopf 107
angeordnet, der achtundzwanzig verschiedene Winkelstellungen einnehmen kann und
dazu dient, das gewünschte Übersetzungsverhältnis zum Antrieb der Leitspindel i02
oder der Zugspindel 103 einzustellen. Will man beispielsweise ein Gewinde mit zweiundzwanzig
Gängen je Zoll schneiden, so muß man den Drehknopf i07 in seine Stellung Nr. io
bringen, wie die Tabelle der Fig. 3 lehrt, die links die den Winkelstellungen zugeordneten
Ordnungszahlen und rechts die Gewindesteigung angibt.
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Mit der gleichen Stellung Nr. io des Knopfes 107
kann man auch
ein Gewinde von 425 mm Steigung schneiden. Ob man nun das metrische oder das Zollgewinde
erhält, bestimmt sich nach der Stellung eines Drehknopfes i08, der zwei Schaltstellungen
einnehmen kann.
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Schließlich ist noch auf der Vorderseite des Getriebekastens 104 ein
Drehknopf mit vier Schaltstellungen vorgesehen, die unter anderem die Drehrichtung
der Leitspindel i02 bestimmen und statt der Leitspindel die Zugspindel anzutreiben
gestatten. Man kann also je nach Einstellung dieses Drehknopfes Rechts- oder Linksgewinde
erzeugen. Bei der vierten Einstellung wird die Leitspindel unmittelbar an die Eingangswelle
115 des Vorschubgetriebes angekuppelt, was mitunter erwünscht ist, wenn man das
Übersetzungsverhältnis durch Wechselräder bestimmen will, die in bekannter Weise
die Getriebeverbindung zwischen der Herzwelle des Spindelstockgetriebes und der
Eingangswelle 115 des Vorschubräderkastens bilden.
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Nunmehr sei erläutert, wie das Getriebe im Gehäuse 104 ausgebildet
ist.
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In der linken Stirnwand iio, den Querwänden iii, 112, 113 und in der
rechten Stirnwand 114 (Fig. 2) ist eine Reihe von Getriebewellen gelagert, die teils
feste, teils verschiebbare Zahnräder tragen. Die Zähnezahlen ihrer Zahnkränze sind
in Fig. 2 durch die Zahlen zwischen ii und 9g vermerkt, die also keine Bezugszahlen
darstellen. Die verschiebbaren Zahnräder sind mit i bis io bezeichnet.
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Die Eingangswelle 115, auf deren Ende ein Zahnrad 116 zum Antrieb
durch Wechselräder von der Herzwelle im Spindelstock aus befestigt ist, ruht einerseits
mittels des Kugellagers 117 in einer am Deckel 118 des Getriebegehäuses 104 befestigten
Lagerbuchse iig und trägt auf ihrem anderen Ende eine in der Wand iio mittels Kugellagers
i20 gelagerte Glocke 121.
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Gleichachsig zur Welle 115 ruht in den Zwischenwänden 111, 112 und
113 mittels Kugellager eine Welle 122, die in der Glocke 121 durch ein Kugellager
123 abgestützt ist und auf ihrem rechten Ende eine Glocke 124 trägt. Gleichachsig
zur Welle 122 ist in der Wand 114 und einer an dieser angeschraubten Lagerbuchse
125 mittels eines Gleitlagers und mittels zweier Spurkugellager 126 eine Welle 127
gelagert, deren linkes Ende in der Glocke 124 mittels eines Kugellagers 128 abgestützt
und deren rechtes Ende durch eine Buchse 129 und (Querstifte 130 mit der Leitspindel
i02 verbunden ist.
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Parallel zu dem Wellenzug 115, 122, 127 sind gleichachsig zueinander
Wellen 131, 132 und 133 in den Wänden iio, 111, 112, 113 und 114 gelagert, deren
Achse in Fig. i bei 134 gezeigt ist. Ein dritter Wellenzug; bestehend aus den zueinander
gleichachsigen Wellen 135 und 136, hat die Achse 137 (Fig. i), während unterhalb
des Wellenzuges 115, i22,127 und etwa in gleicher Höhe mit der Achse 137 zwei zueinander
gleichachsige Wellen 138 und 139 gelagert sind, deren gemeinsame Achse in Fig. i
bei 14o angedeutet ist. Die Welle 139 ragt rechts aus der Stirnwand 114 hervor und
ist dort mittels einer Buchse 141 mit der Zugspindel 103 verstiftet.
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Die Glocke 12i trägt einen Zahnkranz 142 mit fünfundsechzig Zähnen,
der mit einem auf der Keilwelle
138 befestigten Zahnrad 143
mit einundsechzig Zähnen kämmt. Die auf dieser Keilwelle 138 sitzenden Schieberäder
4 und 5 sind in ihrer mittleren Leerlaufstellung wiedergegeben. Sie können je nach
rechts und links verschoben werden und gelangen dann in Eingriff mit Zahnrädern
144, 145, 146 und 147, die auf der Welle 135 befestigt sind und die Zähnezahlen
54, 55, 56 und 57 haben. Wie Fig. 2 zeigt, haben die vier Zahnräder 144 bis 147
im wesentlichen den gleichen Fußkreis- und Kopfkreisdurchmesser, so daß die verschiedenen
Zähnezahlen durch Profilverschiebung ermöglicht sind. Das bedeutet, daß die Zahnräder
verschiedene Teilkreisdurchmesser haben, die im Verhältnis der Zähnezahlen zueinander
bemessen sind. Die Welle 135 trägt ferner ein auf ihr befestigtes Zahnrad 148 mit
sechsunddreißig Zähnen, das über ein auf der Welle 131 befestigtes Zwischenrad 149
das Schieberad io antreiben kann, das auf der Keilwelle 122 sitzt. Der Zahnkranz
des Schieberades io hat siebenunddreißig Zähne. Er kann bei der Verschiebung des
Rades io nach links in eine Innenverzahnung 150 des Zahnkranzes 142 eingreifen.
Wenn das geschieht, werden die Wellen 115 und 122 unmittelbar gekuppelt, während
die beschriebene Getriebeverbindung über die Zahnräder 142, 143, 4 oder 5, 144 bis
147, 148, 149, 10 zwischen den beiden letztgenannten Zahnrädern unterbrochen wird.
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Die unmittelbare Kupplung der Wellen 115, 122 dient dem Schneiden
metrischer Gewinde, während die beschriebene Getriebeverbindung zwischen den Wellen
115 und 122 das Zusatzgetriebe zum Schneiden von Gewinden nach dem Zollsystem bildet.
Wovon es abhängt, wie in diesem Falle die Schieberäder 4, 5 eingestellt werden,
wird später beschrieben.
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Die Schieberäder 1, 2 und 3 haben je zwei Zahnkränze. Sie sind in
Fig. 2 in ihrer mittleren Leerlaufstellung wiedergegeben und können von dieser aus
je einen Schritt nach rechts oder links verschoben werden. Sie treten dadurch in
Eingriff mit Zahnrädern 151, 152, 153 bzw. 154, die auf der Welle 132 befestigt
sind. Neben dem Zahnrad 154 hat die Welle 132 einen Zahnkranz 17 mit siebzehn Zähnen.
Dieser kann das Schieberad 6 antreiben, welches auf der Keilwelle 136 sitzt und
zwei Zahnkränze von vierundzwanzig und achtundsechzig Zähnen hat. Durch Verschiebung
des Schieberades 6 nach rechts oder links kommt entweder der Zahnkranz mit achtundsechzig
Zähnen in Eingriff mit dem Zahnkranz 17 oder der Zahnkranz mit vierundzwanzig Zähnen
in Eingriff mit dem Zahnrad 153, das ebenfalls vierundzwanzig Zähne aufweist. Es
kann also zwischen den Wellen 132 und 136 ein Übersetzungsverhältnis von i : i oder
1 : 4 eingestellt werden.
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Auf der Welle 136 sitzt ferner das Schieberad 7 mit zwei Zahnkränzen
von zweiunddreißig und einundzwanzig Zähnen. Je nachdem, ob es von der dargestellten
Leerlauflage aus um einen Schritt nach rechts oder links verschoben wird, kommt
es in Eingriff mit einem zweiunddreißigzähnigen Rad 155 oder mit einem zweiundvierzigzähnigen
Zahnrad 156, die beide auf der Welle 133 befestigt sind und diese daher im Übersetzungsverhältnis
i : Z oder i : 2 antreiben. Auf der Welle 133 ist noch ein Zahnrad 157 befestigt,
das zum Antrieb der Leitspindel 102 oder der Zugspindel 103 dient.
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Der Antrieb der Leitspindel rot erfolgt in dem einen oder dem anderen
Drehsinn. Das hängt von der Einstellung des auf der Keilwelle 127 sitzenden Schieberades
9 ab. Wird dieses von der dargestellten Leerlaufstellung aus nach rechts verschob.-n,
so kämmt sein Zahnkranz mit zweiunddreißig Zähnen mit dem gleich großen Zahnrad
157- Wird aber das Schieberad 9 einen Schritt nach links verschoben, so erfolgt
der Antrieb der Leitspindel auf folgendem Wege: Das Zahnrad 155 der Welle
133 treibt ein Zwischenrad 158, das mittels Kugellager 159 auf der Welle
139 läuft und außer dem mit dem Zahnrad 155 kämmenden zweiunddreißigzähnigen Kranz
einen achtunddreißigzähnigen Zahnkranz hat, der mit dem Zahnrad gleicher Zähnezahl
des Schieberades 9 in Eingriff kommt. Die Leitspindel Zog läuft dann in der entgegengesetzten
Richtung wie beim Antrieb durch das Zahnrad 157.
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Schließlich kann das Schieberad 9 ganz nach links verschoben werden,
so daß es außer Eingriff mit dem Zahnrad 158 gelangt und sich mittels der Kupplungsklauen
16o mit der Glocke 124 kuppelt. Wenn das geschieht, sind die Wellen 122 und 127
unmittelbar verbunden, was die Möglichkeit bietet, die Leitspindel 102 starr mit
der Welle 115 zu kuppeln und dann das Übersetzungsverhältnis der Leitspindel durch
die Wechselräder zu bestimmen, die dem Zahnrad 116 vorgeschaltet sind.
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Dem Antrieb der Zugspindel 103 dient das auf der Welle 139 sitzende
Schieberad 8, das bei entsprechender Einstellung mit dem Zahnrad 157 kämmt. Das
ist dann der Fall, wenn das Schieberad 9 die gezeigte Leerlaufstellung einnimmt.
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Auf der Welle 138, die durch das Zahnradpaar 142, 143 ständig angetrieben
ist, sitzt ein Nocken 16Z, der einen Kolben 162 einer Schmierölpumpe mit Kugelventilen
163 antreibt. Eine Schraubenfeder 164 drückt den Kolben an den Nocken Z61 an.
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Der Knopf 1o8 (Fig. Z), der zwei Schaltstellungen einnehmen kann,
dient zur Verstellung des Schieberades io.
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Ein mit Bezug auf Fig. i hinter dem Schaltknopf 1o8 liegender und
durch diesen verdeckter Stellknopf log, der vier Schaltstellungen einnehmen kann,
steuert die Schieberäder 8 und g.
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Zur Steuerung der Schieberäder i bis 7 dient zweckmäßig eine Schnellschalteinrichtung,
die eine Vorwählung der jeweils zu verstellenden Schieberäder und anschließend eine
gemeinsame Verschiebung dieser Räder in die Sollstellung gestattet und zu diesem
Zweck den von Hand in achtundzwanzig verschiedene Winkellagen drehbaren Einstellknopf
107 sowie einen Schalthebel 203 aufweist. Eine nähere Erläuterung dieser
Schnellschaltung dürfte sich erübrigen, da sie mit dem Gegenstand der Erfindung
in keinem unmittelbaren Zusammenhang steht.
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In Fig.3 geben die schraffierten Felder in der Spalte 24o diejenigen
Schieberäder an, die beim Aufwärtsschwenken des Schalthebels 203 der Vorwähleinrichtung
nach links verstellt werden. In der Spalte 241 geben in entsprechender Weise die
schraffierten
Felder diejenigen Schieberäder an, die beim Aufwärtsschwenken
des Schalthebels 203 der Vorwähleinrichtung nach rechts verschoben werden.
Die folgenden Spalten geben die mittels der Schieberäder i bis 7 im Grundgetriebe,
Zusatzgetriebe und Vorgelege eingestellten Übersetzungsverhältnisse wieder. Die
beiden letzten Spalten schließlich bezeichnen die Gewinde, die bei der betreffendenVorwählung
zustande kommen, je nachdem, ob das Schieberad io für Millimetergewinde nach links
(mit Bezug auf Fig. 2) oder für Zollgewinde nach rechts verschoben ist.
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Zur Erläuterung sei als Beispiel die Einstellung auf die Ordnungszahl
Nr. io herausgegriffen: Hierbei werden die Schieberäder 2 und 7 nach links und die
Schieberäder 4 und 6 nach rechts verstellt. Ist der Schaltknopf i08 auf Zollgewinde
eingestellt, um ein Gewinde von zweiundzwanzig Gängen j e Zoll zu schneiden, so
verläuft der Antrieb über folgende Zahnräder: 116, 142, 143, 4, 45, 148, 49, 10,
2, 152, 17, 6, 7, 155. Wie der Antrieb dann weiterverläuft, hängt von der Einstellung
des Schaltknopfes i09 ab. Die Zahnradpaare 142, 143 und 4, 145 und 148, Io ergeben
ein Übersetzungsverhältnis
Dieser Bruch läßt sich auch wie folgt schreiben:
das bedeutet aber 25,400974
Man erkennt, daß in Verbindung mit dem durch das Schieberad 2 eingestellten Übersetzungsverhältnis
auf diese Weise zweiundzwanzig Gänge auf einen Zoll trotz der metrischen Teilung
der Leitspindel i02 erzielt werden. Grundsätzlich ist hierzu folgendes zu sagen:
Um von der metrischen Grundreihe 14, 12, 11, 10, 9, 8 mm Steigung auf die zöllige
Grundreihe
Steigung zu kommen, muB jeweils folgender Übersetzungswert hinzugeschaltet werden:
Diese Übersetzungswerte lassen sich nun wie folgt aufteilen:
Der konstante Übersetzungswert
läßt sich auch
schreiben, wobei I" = 25,40000 mm eingesetzt wird. Die genaue Länge des englischen
Zolls bei 2o° C Bezugstemperatur beträgt jedoch 25,40097366 mm. Dieser Wert läßt
sich durch den Bruch
mit großer Genauigkeit ausdrücken. Mit dem konstanten Übersetzungswert
und dem Bruch
läßt sich folgende Gleichung aufstellen: ,
Da der Wert
erst in der sechsten Dezimalstelle; der Wert
dagegen schon in der vierten Dezimalstelle von dem genauen Zollwert abweicht,
ist
bewiesen, daß mit dem Übersetzungswert
genauere Zollgewinde geschnitten werden können als mit dem Übersetzungswert
Da die beiden Zahnräder 144 und 145 wahlweise mit demselben neunundvierzigzähnigen
Schieberad 4 kämmen müssen, ist es erforderlich, daß ihre Verzahnungen denselben
Kopfkreis- und Fußkreisdurchmesser haben. Da die Zähnezahlen aber, wie die Tabelle
der Fig. 3 zeigt, sich um einen Zahn unterscheiden, nämlich sich auf 54 und 55 belaufen,
haben die beiden Zahnräder 144 und 145 verschiedene Teilkreisdurchmesser, woraus
sich bekanntlich eine gewisse Profilverschiebung ergibt. Entsprechendes gilt für
die beiden Zahnräder 146 und 147. In ähnlicher Weise haben die mit dem Zahnrad 152
kämmenden Zahnkränze der Schieberäder i und 2, deren Zähnezahlen sich auf 18 und
2o belaufen, etwas abweichende Teilkreisdurchmesser und eine relative Profilverschiebung.
Dasselbe gilt für die mit dem Zahnrad 153 kämmenden Zahnkränze der Schieberäder
2 und 3. Auf diese Weise läßt sich die Zahl der Zahnkränze bzw. Zahnräder auf ein
Mindestmaß verringern.
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Ferner ersieht man aus Fig. 2, daß jedes Getrieberad von einem Rad
kleineren Durchmessers oder desselben Durchmessers, nirgends aber von einem Zahnrad
größeren Durchmessers angetrieben wird. Es ist daher durchweg eine Übersetzung ins
Schnelle vermieden, so daß sich ein günstiger Wirkungsgrad des Getriebes ergibt.