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Vorschubgetriebe für Bearbeitungsmaschinen mit elektrischer Steuerung,
insbesondere für Baukasten-Einheiten Die Bearbeitung von Werkstücken erfordert ein
dauerndes Umschalten der Vorschubspindel, sowohl in bezug auf die Richtung als auch
auf die Geschwindigkeit. Die Getriebe mechanisch gesteuerter Bearbeitungsmaschinen
waren deshalb, besonders bei vielgestaltigen Arbeitsaufgaben, sehr kompliziert.
Eine wesentliche Vereinfachung brachte die elektrische Steuerung der Bearbeitungsmaschinen,
da ein Teil der Steuerungsaufgaben vom Motor übernommen wurde. Der Elektromotor
ist durch seine Schaltmöglichkeiten besonders gut für diesen Zweck geeignet, da
z. B. die Umkehrung der Drehrichtung der Spindel durch einfaches Umschalten des
Motors erreicht werden kann. Jedoch waren immer noch vielseitige und in ihrer Bauart
sehr voneinander abweichende Getriebekonstruktionen erforderlich, um die vielfachen
und mannigfaltigen Bearbeitungsvorgänge zu steuern, die bei den verschiedenen Bewegungsabläufen
der spanabhebenden Bearbeitungsmaschinen vorkamen.
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Das Getriebe ist im allgemeinen ein Bestandteil der Maschine und wird,
entsprechend den von der jeweiligen Maschine zu leistenden Bearbeitungsvorgängen,
mit der Maschine zusammen konstruiert und an sie angebaut. Es ist so konstruiert,
daß es nur die für diese Maschine in Frage kommenden Steuerungsaufgaben löst.
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Das Getriebe nach der Erfindung ist nicht an die Maschine angebaut,
sondern ein vollkommen selbständiges Element, das sämtliche in der spanabhebenden
Bearbeitung vorkommenden Bewegungsabläufe beherrscht und deshalb auch für jede Art
dieser Maschinen Verwendung finden kann. Das erfindungsgemäße Getriebe ist deshalb
besonders
als Grundelement zum Aufbau von Maschinen nach dem Baukasten-System geeignet. Die
hierbei eingesetzte, das Werkzeug oder Werkstück tragende Arbeitseinheit benötigt
kein eingebautes Vorschubgetriebe mehr, sondern sie erhält den Vorschub durch Anschalten
des erfindungsgemäßen Getriebes nach dem Aufbau auf den Tisch oder Schlitten.
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Es sind Getriebe bekanntgeworden, die ein bewegliches, von der Maschine
unabhängiges Element darstellen, das für mehrere Maschinenarten brauchbar ist.
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Zum Beispiel wurde ein solches Getriebe für zwei Geschwindigkeiten
konstruiert, das durch einen Motor angetrieben wurde. Das Umschalten auf die beiden
Geschwindigkeiten geschah durch eine magnetisch betätigte Kupplung. Weiterhin wurde
ein derartiges Getriebe gebaut, das durch einen Eilgang- und einen Vorschubmotor
gesteuert wurde, die über ein Planetengetriebe auf eine Abtriebswelle wirkten.
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Jedoch haben diese Getriebe den an sie gestellten Anforderungen nicht
genügt. Sowohl bei gewissen Bohrarbeiten, Ausbohrarbeiten und auch bei gewissen
Fräsarbeiten, grundsätzlich jedoch beim Ansenken, Anfassen und Plandrehen, werden
Genauigkeiten für das Stillsetzen und Umsteuern einer Vorschubbewegung gefordert,
die nur durch Anfahren gegen feste Anschläge erreicht werden können.
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Es bestand nun die Aufgabe, diese an sich bekannte Arbeitsweise auf
den Vorschubantrieb oder das Getriebe so einwirken zu lassen, daß eine Beschädigung
des Antriebes (der Spindel und Mutter) nicht eintrat und zugleich die für die Steuerung
notwendigen elektrischen Kommandos zu geben. Da außerdem bei elektrisch gesteuerten
Maschinen die Forderung besteht, daß der Arbeitsablauf ferngesteuert und voll selbsttätig
erfolgt, war es notwendig, die vom Festanschlag abhängige Auslösevorrichtung so
zu bauen, daß sie ohne manuelle Einwirkung ferngesteuert blieb. Zugleich mußte sie
für beide Bewegungsrichtungen des Schlittens wirksam sein.
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Diese Aufgabe wurde von den bekannten Getriebekonstruktionen nicht
gelöst, da diese bekannten Konstruktionen zwar schon selbständige Elemente darstellten,
die für verschiedene Maschinenarten Verwendung finden konnten, für eine ganze Reihe
von Bearbeitungsvorgängen jedoch nicht brauchbar waren. Beim Getriebe nach der Erfindung
sind die beschriebenen Aufgaben sämtlich gelöst.
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Die Erfindung geht von elektrisch gesteuerten Bearbeitungsmaschinen
aus, bei denen die Steuerung von einem Eilgang- und einem Vorschubmotor durchgeführt
wird, die beide über ein Planetengetriebe auf die Abtriebswelle wirken und bei denen
die Endab- und Umschaltung durch Anfahren des beweglichen Unterbaues (Tisch oder
Schlitten) an Festanschläge verursacht wird, die entsprechend der erforderlichen
Länge des Arbeitsweges angebracht werden. Erfindungsgemäß greift ein über ein Planetengetriebe
mit dem Eilgangmotor und der Vorschubspindel in Verbindung stehendes Schneckenrad
in eine Globoidschnecke mit hohler Welle ein, in der sich eine vom Vorschubmotor
über Wechselräder angetriebene Welle dreht, die die Hohlwelle antreibt. Diese Welle
arbeitet derart gegen zwei vorgespannte, den Festanschlägen für Vorwärts-Ende und
Rückwärts-Ende zugeordnete Federn, daß beim Überschreiten eines bestimmten Drehmomentes
die Spannung jeweils einer der Federn überschritten wird und dadurch ein dieser
Feder vorgelagerter Endschalter betätigt wird und so die Motoren umgeschaltet oder
stillgesetzt werden.
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Nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Triebwelle an
dem dem Wechselrad entgegengesetzten Ende mit einer Schrägverzahnung versehen, die
mit ihrem Gewinde in die hohle Schneckenwelle eingreift und so die Schneckenwelle
mit der Vorschubsehne.eke antreibt. Die Federn sind so vorgespannt, daß beim Arbeiten
der Motoren Triebwelle, Schneckenwelle und Schnekkenrad sich im Gleichgewicht befinden.
Beim Anfahren des Tisches oder Schlittens gegen einen Festanschlag schraubt sich
die Schrägverzahnung, da die Globoidschnecke sich nicht verschieben kann, aus der
Schneckenwelle heraus und gibt dadurch einem Übertragungsglied, z. B. einer Hebelstange,
die in einem Gelenkstück schwenkbar befestigt ist, eine Schwenkung nach einer Richtung.
Die Hebelstange kann in einem Ouerhebel gelagert sein, der mit seinen beiden Enden
die Schaltbolzen der Endschalter für Vorwärts-Ende und Rückwärts-Ende berührt. Hinter
den Endschaltern befinden sich die vorgespannten Federn, auf die sich die Schaltbolzen
abstützen.
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Die Festanschlagsauslösungen sind zusammen mit den Schaltern und Klemmen
in einem an das Getriebegehäuse angebauten Kasten eingebaut.
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Die Wechselräder zwischen Vorgelegewelle und hohler Schneckenwelle,
die zur Einstellung der Drehzahl für den Vorschub dienen, können umgesteckt oder
ausgewechselt und dadurch die Drehzahl für den Vorschub geändert werden.
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Die Federspannung der beiden hinter den Endschaltern liegenden Federn
kann beliebig von außen eingestellt werden. Die zwischen den beiden Federn sitzende
mittlere Feder gibt die Möglichkeit für einen Vorkontakt. Beim Betätigen eines der
beiden Schaltbolzen wird die hinter dem Endschalter liegende Feder so weit zusammengedrückt,
daß sich ihr Sitz auf einen Anschlag des Sitzes der mittleren Feder setzt. In diesem
Augenblick tritt die mittlere Feder in Tätigkeit. Die mittlere Feder kann sowohl
mit der rechten als auch mit der linken Feder zusammenarbeiten.
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Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung sitzt an dem dem
Wechselrad entgegengesetzten Ende der Triebwelle ein Kegelrad, durch das eine Stegwelle
hindurchgeführt ist, an deren beiden Enden je ein Planetenrad angebracht ist. Diese
beiden Planetenräder greifen in ein auf der hohlen Schneckenwelle sitzendes Kegelrad
ein. Die
Triebwelle treibt also über ein Kegelraddifferential die
hohle Schneckenwelle und damit die Globoidschnecke an.
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Die beiden Enden der Stegwelle berühren über ein geeignetes Übertragungsglied
die Schaltbolzen des Endschalters für Vorwärts-Ende und für Rückwärts-Ende. Außerdem
stützen sich die Übertragungsglieder auf die beiden vorgespannten Federn, die den
Festanschlagsauslösungen für Vorwärts-Ende und Rückwärts-Ende zugeordnet sind, ab.
Als Übertragungsglieder können Stößel mit Schrägen oder auch Hebel verwendet werden.
Die Spannung der Federn ist durch Schrauben von außen einstellbar.
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Während des Arbeitens der Maschine sind Triebwelle und Globoidschnecke
mit Schneckenrad mit den beiden Federn im Gleichgewicht. Beim Anfahren des Tisches
gegen einen Festanschlag wird die Spannung einer der beiden Federn überschritten,
die Stegwelle erhält eine Schwenkung, hebt dadurch den zugeordneten Stößel oder
Hebel an und betätigt so den zugeordneten Endschalter.
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Da die Festanschlagsausschaltung, nämlich die Stegwelle des Kegelraddifferentia,ls,
vor der Vorschubschnecke liegt, wird sie von dem Wirkungsgrad der Schnecke nicht
beeinflußt. Die Festanschlagsausscha,ltung ist dadurch außerordentlich feinfühlig.
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Die Schaltkraft entspricht dem Drehmoment der Schnecke nahezu ohne
Zwischenschaltung einer Reibung. Dadurch ist die Schaltung sehr genau einstellbar.
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Die Größe des Ausschaltdrehmomentes kann durch Verstellung der Federspannung
von außen beliebig eingestellt werden.
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Bei den beiden erfindungsgemäße Ausführungen des Vorschubgetriebes
ist der Schaltweg der Triebwelle verhältnismäßig kurz, d. h., er ist nicht länger,
als zur Ausführung der Schaltbewegung erfoderlich ist.
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Der Vorschubmotor ist nach dieser Schaltbewegung zwar abgeschaltet,
braucht aber noch einen gewissen Auslauf, um die eigene, kinetische Energie zu vernichten.
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Dieser Auslauf wird dadurch ermöglicht, daß der Vorschubmotor über
das Planetengetriebe- den Eilgangmotor antreibt, der durch eine auf das Höchstdrehmoment
des Getriebes eingestellte Bremse festgehalten wird. Die Bremse gleitet beim Überschreiten
des Höchstdrehmomentes und ermöglicht dadurch eine stoßfreie Aufnahme der Auslaufenergie.
Ferner dient die Bremse als Sicherung gegen Überlastungen des Getriebes.
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Die an der Festanschlagsfeder einzustellende Vorschubkraft kann demnach
beliebig kleiner als die durch das Höchstdrehmoment gegebene größte Vorschubkraft
gehalten werden. Sie kann sogar bis auf Null heruntergesetzt werden, da die Festanschlagsfeder
nicht zur Vernichtung der Auslaufenergie des Vorschubmotors benötigt wird.
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Die Bremse kann mittels einer in die Welle eingebauten Handkurbel
auch von Hand gelüftet werden. Mit dem erfindungsgemäßen Getriebe arbeitet die Maschine
durch die vollautomatische elektrische Steuerung gemäß der Erfindung unbedingt exakt.
Es kann für sämtliche normalerweise in der spanabhebenden Bearbeitung vorkommenden
Bewegungsabläufe, wie z. B. Einhub, Vielhub, Pendelhub usw., verwendet werden und
darüber hinaus noch für spanlose Fertigung, wenn es sich um ähnliche Bewegungsabläufe
handelt. Die Festanschlagsausschaltung bildet wiederum eine getrennte Konstruktionseinheit
und kann beliebig in ein Eilgang-Vorschubgetriebe eingebaut werden.
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In den Zeichnungen sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.
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Die Abb. 1 bis q. zeigen die erste Ausführungsform der Erfindung mit
der Schrägverzahnung an der Triebwelle, und zwar ist Abb. i eine perspektivische
Ansicht des Getriebes, Abb. 2 ein Schnitt durch die Triebwelle und die hohle Schneckenwelle,
Abb. 3 ein Schnitt nach der Linie a-b der Abb. 2 und Abb. q. eine Draufsicht auf
die Endschalter mit den zugehörigen Federn.
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Die Abb. 5 bis 7 zeigen die zweite Ausführungsform der Erfindung mit
dem Kegelraddifferential an der Triebwelle, und zwar ist Abb. 5 ein Schnitt durch
die Triebwelle und die hohle Schneckenwelle, Abb. 6 eine Draufsicht auf die Stegwelle
mit den Endschaltern und Federn und Abb. 7 eine perspektivische Ansicht der Festanschlagsausschaltung.
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In den Abb. i bis q. ist i das auf der Vorschubspindel 2 lose gelagerte
Schneckenrad, in das die Welle 3 eingreift, die auf der anderen Seite in einer Scheibe
q. im Getriebegehäuse 5 gelagert ist. Auf der Welle 3 sitzt das Planetenrad 6, das
sich auf dem Ritze:l 7 abwälzt, das fest auf der Achse 8 des Eilgangmotors 9 sitzt.
Mit dem Planetenrad 6 ist das Planetenrad io auf der Welle 3 fest verbunden, das
sich auf dem Ritzel i i abwälzt, das fest auf der Vorschubspindel 2 sitzt. Das Schneckenrad
i greift in das Gewinde einer Globoidschnecke 12 ein, die an einer hohlen Schneckenwelle
13 sitzt, in der eine Triebwelle 1q. längsbeweglich und drehbar gelagert ist. Auf
der hohlen Schneckenwelle 13 sitzt an ihrem einen Ende ein Wechselrad 15, das über
ein Wechselrad 45 und eine Vorgelegewelle 18 mit dem Vorschubmotor i9 verbunden
ist.
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An dem dem Wechselrad 15 entgegengesetzten Ende hat die Triebwelle
1q. eine Schrägverzahnung 16, die in eine entsprechende Verzahnung in der hohlen
Schneckenwelle 13 eingreift und den Vorschubmotor i9 mit dem Schneckenrad i verbindet.
Die Triebwelle 1q. liegt unter Zwischenschaltung von Kugellagern in einem Ring 21,
der an zwei Seiten mit zwei Verzapfungen 22 in einem Gelenkstück 23 befestigt ist.
Im Gelenkstück 23 ist eine Hebelstange 24 verkeilt. Die Hebelstange 24 ist mit ihrem
anderen Ende in einem Querhebel 27 geführt, dessen beide Enden 28 und 29 die beiden
Schaltbolzen
30 und 31 der Endschalter 32 und 33 berühren.
Der Schaltbolzen 3o des Endschalters 32 arbeitet gegen die Feder 34, die sich auf
den Teller 37 abstützt. Der Schaltbolzen 3 i des Endschalters 33 arbeitet gegen
die Feder 35, die sich auf den Teller 36 abstützt. Zwischen den Federn 34 und 35
befindet sich die Feder 38 mit dem Teller 39, der zwei Anschläge 40 und 41 besitzt,
gegen die die Federteller 36 und 37 der Federn 34 und 35 anschlagen. 42 sind die
mit den Endschaltern 32 und 33 in das Zusatzgehäuse 43 eingebauten Klemmleisten.
44 ist die elektromagnetisch gelüftete Bremse für den Eilgangmotor 9.
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In den Abb. 5 bis 7, die die zweite Ausführungsform der Erfindung
zeigen, treibt der Vorschubmotor i9. über eine Vorgelegewelle 46 und die Wechselräder
15 und 45 eine in der hohlen Schnekkenwelle 13 drehbar gelagerte Welle 14 an. Auf
dem dem Wechselrad 15 entgegengesetzten Ende der Triebwelle 14 sitzt ein Kegelrad
47, das über die auf der Stegwelle 48 sitzenden Planetenräder 49 und 5o das auf
der Schneckenwelle 13 sitzende Kegelrad 51 und damit die Schnecke 12, antreibt.
Die Stegwelle 48 liegt mit ihren beiden Enden an. zwei Stößel 52 an, die mit Schrägen
53 versehen sind. Die Schrägen 53 der beiden Stößel 52 berühren die Schaltbolzen
54 der beiden Endschalter 55. Die Stößel 52 stützen sich auf zwei vorgespannte Federn
56 ab, die durch zwei Schrauben 57 von außen einstellbar sind.