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Einrichtung zur Erleichterung des elektropneumatischen oder elektrohydraulischen
Schaltens der Stufen von Schieberadgetrieben Es ist bekannt, bei Arbeits- und insbesondere
Werkzeugmaschinen zur Erweiterung des Drehzahlbereiches außer der rein elektrischen
Regelung auch eine solche mechanischer Natur, nämlich unter Benutzung umschaltbarer
Getriebestufen bzw. verschiedene Übersetzungen ermöglichender Schieberäder, vorzusehen.
Die Umschaltung der entsprechenden Getriebestufen bzw. das Einrücken verschiedene
Übersetzungen ermöglichender Schieberäder erfolgte bis vor kurzem von Hand über
Hebel- oder Handräder. Zum gegenseitigen Einrücken der Zahnräder wurden, wenn Zahn
gegen Zahn stand, mit der Betätigung eines Druckknopfschalters »Einrichten« Stromimpulse
auf den Antriebsmotor gegeben, bis sich Zahn und Lücke gegenüberstanden. Dieses
»Einricht«-Verfahren ist umständlich und gefährdet die Zähne der Zahnräder.
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In noch jüngerer Zeit verwendet man zur Schaltung der Getriebestufen
bzw. der Schieberäder elektrohydraulische Einrichtungen, bei denen die Verschiebung
der Getriebeblöcke bzw. der Schieberäder von Drucköl gesteuert wird. Dabei werden
zwecks schnellen Einrückens dem Antriebsmotor Stromimpulse einer oder beider Richtungen
zugeführt. Man glaubte so zu einer gegenseitigen Verrückung der miteinander in Eingriff
zu bringenden Zahnräder bis zum Gegenüberstehen von Zahn und Lücke zu gelangen.
Dieser Zustand trat aber häufig nicht ein. Vielmehr wurde, wenn Zahn gegen Zahn
stand, durch die auf den Motor gegebenen Stromimpulse der zu kuppelnde Getriebeteil
von dem vom Motor angetriebenen Getriebeteil in »Zahn-gegen-Zahn-Stellung« mitgenommen.
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Bei einer anderen bekannten Einrichtung zur Erleichterung des elektrohydraulischen
Schaltens der Stufen von Schieberadgetrieben werden bei stillgesetztem Drehantriebsmotor
des Getriebes ohne Druckminderung oder Druckaufhebung am Getriebe mittels eines
Hilfsantriebes Impulse auf die treibenden Zahnräder gegeben, die diese in eine oszillierende,
d. h. hin- und hergehende Bewegung versetzen. Abgesehen von dem durch den zusätzlichen
Hilfsantrieb bedingten großen Aufwand stößt auch bei dieser Stufenschaltung von
Schieberadgetrieben das ordnungsgemäße gegenseitige Einrücken der Zahnräder auf
große Schwierigkeiten. Eine einmal eingetretene gegenseitige Verkeilung der Zahnräder
ist wegen des noch anstehenden hydraulischen Druckes nur schwer auflösbar. Die Zähne
der Zahnräder bleiben auch hier stark gefährdet.
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Eine Möglichkeit, diesem Mangel abzuhelfen, eröffnet die Erfindung
auf ebenso einfache wie vorteilhafte Weise. Sie sieht bei einer Einrichtung zur
Erleichterung des elektropneumatischen oder elektrohydraulischen Schaltens der Stufen
von Schieberadgetrieben, bei welchen der Drehantrieb der miteinander in Eingriff
zu bringenden Räderpaarung mit einer Impulsfolge beaufschlagbar ist, vor, daß der
elektropneumatische oder elektrohydraulische Verschiebeantrieb des Schieberades
ebenfalls mit einer Impulsfolge beaufschlagbar ist, und zwar im Gegentakt zum Drehantrieb.
In besonders zweckmäßiger Weise werden dabei der Stromkreis des elektromotorischen
Drehantriebes wie auch der elektrische Betätigungskreis des hydraulischen oder pneumatischen
Verschiebeantriebes durch die Impulsfolge auf alternierende Öffnung und Schließung,
beide wieder in Gegentakt, gesteuert. Erfindungsgemäß dienen die Schließungsimpulse
des elektrischen Betätigungskreises des pneumatischen oder hydraulischen Verschiebeantriebes
der Druckgabe, die Öffnungsimpulse aber der Druckminderung bzw. Druckaufhebung.
Durch die teilweise oder vollständige Aufhebung des pneumatischen oder hydraulischen
Druckes wird während der Einschaltdauer des Drehantriebsmotors eine gegenseitige
Verschiebung der miteinander in Eingriff zu bringenden Zahnräder unbedingt sichergestellt.
Bei den bekannten hydraulischen Schieberadgetrieben war dies wegen des anstehenden
hydraulischen Druckes nicht der Fall. Es kann nicht mehr geschehen, daß bei anfänglichem
Gegenüberstehen von Zahn und Zahn der vom Motor angetriebene Teil den zu kuppelnden
Getriebeteil mitnimmt. Vielmehr geht das Einrücken der betreffenden Zahnräder oder
Getriebeteile in kürzester Zeit vor sich.
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Indem weiterhin vorgesehen wird, daß der pneumatische
oder
hydraulische Verschiebeantrieb über seinen elektrischen Betätigungskreis umsteuerbar
ist, kann auf einfache Weise von kleineren zu größeren Drehzahlen umgekehrt übergegangen
bzw. ein Geschwindigkeitswechsel wieder rückgängig gemacht werden. Es liegt ferner
in Richtung einer Fortführung des Erfindungsgedankens, wenn die Impulsfolge den
Motorkreis des Drehantriebes mit ihren Schließungs impulsen auf alternierende Drehrichtungsumkehr,
die Gegentakt-Impulsfolge des Verschiebeantriebes mit ihren Schließungsimpulsen
den letzteren auf Druckbeaufschlagung und mit ihren Öffnungsimpulsen auf Druckentlastung
steuert. Damit wird die Sicherheit gegen eine Mitnahme des zu kuppelnden Getriebeteils
bzw. des zu kuppelnden Schieberades durch den motorangetriebenen Getriebeteil in
Zahn-gegen-Zahn-Stellungen noch erhöht.
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Zweckmäßig wird jeder Schubrichtung des Verschiebeantriebes ein für
letzteren bestimmter Ventilsteuerkreis bzw. -zweig zugeordnet, mittels dessen der
Verschiebeantrieb im Takte der Impulsfolge und alternierend druckbe- oder -entlastet
wird.
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Ferner ist erfindungsgemäß der Steuerstromkreis des elektromotorischen
Drehantriebes außer über einen mit Erregung des zugehörigen Schützes sich in kurzen
Zeitabständen abwechselnd schließenden und öffnenden Kontakt über die Erregung eines
zweiten Schützes geführt, das beim Ansprechen einerseits den Motorkreis des Drehantriebes,
beispielsweise über die Erregung des den Motor speisenden Generators, schließt,
und andererseits den elektrischen Betätigungskreis des pneumatischen oder hydraulischen
Verschiebeantriebes öffnet. Damit ist auf einfachste Weise die Impulsbeaufschlagung
des Drehantriebes und die in Gegentakt hierzu ablaufende Impulsbeaufschlagung des
Verschiebeantriebes sichergestellt.
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Des weiteren ist in Übereinstimmung mit dem Erfindungsgedanken der
Steuerkreis des Drehantriebsmotors über einen Umschalter geführt, der mit einem
zweiten Umschalter für den oder die Steuerkreise des Verschiebeantriebs derart in
Betätigungsverbindung steht, daß mit der Umlegung des ersteren der zweite auf Erregungswechsel
zwischen zwei Ventilsteuerkreisen für den Verschiebeantrieb umgelegt wird, wobei
einmal der Verschiebeantrieb entsprechend der einen und zum zweiten entsprechend
der dazu entgegengesetzten Verschiebungsrichtung druckbeaufschlagt wird. Diese Maßnahme
gibt. die Gewähr dafür ab, daß auch bei insbesondere andersgerichtetem Einrücken
eines zweiten, eine andere Geschwindigkeit des Drehantriebes ermöglichenden Schieberades
die ge= schilderte Impulsbeaufschlagung von Drehantrieb und Verschiebeantrieb sicher
vor sich geht.
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Indem erfindungsgemäß die den Zufluß des Druckmediums in dem einen
oder anderen Sinne steuernden Ventile in Betätigungsverbindung mit abflußsteuernden
Ventilen in dem Sinne stehen, daß mit der Öffnung des einer Verschiebungsrichtung
zugeordneten Zuflußventils das der gleichen Verschiebungsrichtung zugeordnete Abflußventil
geschlossen wird, ist des weiteren sichergestellt, daß während der auf einen Schließungsimpuls
des Motorstromkreises zurückgehenden Fortbewegung des Drehantriebes der Verschiebeantrieb
auch bei dem durch ihn zu bewirkenden Einrücken der verschiedensten Schieberäder
stets unter vermindertem Druck steht bzw. dieser Druck vollständig aufgehoben ist.
Das Einfädeln auch jedes einzelnen der verschiedenen Schieberäder geht also stets
sicher und schnell vor sich, und zwar ohne Gefährdung der Zähne der Zahnräder. Schließlich
sind gemäß der Erfindung an die beiden Gegenpole des Umschalters im Drehantriebssteuerkreis
zwei mit je einem Schalter bestückte Parallelkreise angeschlossen, wobei die Parallelkreisschalter
vom Verschiebeantrieb her in dem Sinne betätigbar sind, daß der jeweils spannungsbeaufschlagte
Parallelkreis mit dem endgültigen Einrücken des entsprechenden Verschieberades geöffnet
wird. Damit ist eine Gewähr dafür gegeben, daß einmal für jede angenommene Getriebe-
bzw. Geschwindigkeitsstufe der Motorsteuerkreis für die Umschaltung auf eine andere
Getriebestufe vorbereitet ist, und zum zweiten, daß beim Umschalten auf eine andere
Getriebestufe mit dem Einfädeln von Zahn und Lücke auch der Einrückvorgang beendet
wird. Das Steuerglied des pneumatischen oder hydraulischen Verschiebeantriebes selbst
steht erfindungsgemäß mit den Schieberädern oder Getriebeblöcken über eine Mitnahmekupplung
in Verbindung.
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In der Zeichnung ist ein besonders vorteilhaftes Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Einrichtung zur Erleichterung des elektropneumatischen oder
elektrohydraulischen Schaltens der Stufen von Schieberadgetrieben schematisch wiedergegeben.
Da es sich nur um ein Ausführungsbeispiel handelt, ist die Erfindung als solche
nicht auf dieses beschränkt.
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In der Zeichnung bedeutet 1 einen von Hand zu betätigenden Umschalter,
der in starrer Betätigungsverbindung mit einem zweiten Umschalter 1 a steht. Dabei
sind die den zwei hier vorliegenden Schieberädern I a und II a entsprechenden Stellungen
durch 1 und 1I angedeutet. Mit 2 sind elektromagnetisch zu betätigende Ventile für
die Druckölbeaufschlagung des Kolbens des Verschiebeantriebes 3 in der einen oder
anderen Richtung bezeichnet. 2a sind zwei den Abfluß des Drucköls steuernde Ventile,
die mit den erstgenannten Ventileng derart in Betätigungsverbindung stehen, daß
bei geöffnetem Ventil 2 das vermittels Strichliniierung zugeordnete Abflußventil2a
geschlossen ist. Eine mit dem Kolben des Verschiebeantriebes 3 starr verbundene
und nicht näher gekennzeichnete Winkelstange steht im Eingriff mit einer Verschiebemuffe
4. Mittels der Verschiebemuffe 4 kann das Stirnrad 11a längs der Antriebskeilwelle
4a bis zum Eingriff bzw. bis zum seitlichen Gegenüberstehen mit dem Abtriebsstirnrad
1I verschoben werden. In der gezeichneten Stellung kämmt das Stirnrad I a mit dem
Abtriebsstirnrad I. Es bedeuten ferner R und S zwei Phasenleiter einer entsprechenden
Drehstromleitung. 5 stellt ein Schalterpaar dar, das auf Öffnung bzw. Schließung
durch die Kolbenstange des Verschiebeantriebes 3 zu steuern ist. Ein auf der letzteren
sitzender Nocken hebt die Hebelstangen des Schalterpaares 5 in Öffnungsstellung.
6 ist ein über die Schalter 1 und 5 zu erregendes Schütz, das im erregten Zustand
seinen Kontakt abwechselnd in kurzen Zeitabständen öffnet und schließt. Ein weiteres
Schütz trägt die Kennziffer 7. Es wird mit dem Schließen des Schützkontaktes 6 eingeschaltet.
Indem es seinen rechten Kontakt schließt, wird der den Motor 8 speisende Generator
9 erregt. Durch 10 ist schließlich der Antriebsmotor des Generators 9 angedeutet.
Der linke Kontakt des Schützes 7 legt die Phasenleitung R an den oberen Pol des
Umschalter l a.
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Die Wirkungsweise ist folgende: Soll zwecks Wechsels der Umdrehungsgeschwindigkeit
von der Getriebestufe I auf die Getriebestufe 1I übergegangen werden, so ist der
Schalter 1 von der Stellung I auf die Stellung Il umzulegen. Damit wird ein Stromkreis
vom
Phasenleiter R über den geschlossenen linken Kontakt des Schützes 7, den linken
Kontakt des rechten Schalters 1 a und die Wicklung des rechten Magnetventils Z zum
Phasenleiter S geschlossen. Dadurch wird das Ventil 2 geöffnet und das Drucköl auf
den Kolben des Verschiebeantriebes 3 gegeben. Gleichzeitig wird das Abflußventil
2a geschlossen. Der Kolben bewegt sich nach links unrl nimmt über die Verschiebemuffe
das Stirnrad Il a in gleicher Richtung mit, bis dies zum Eingriff mit dem Abtriebsstirnrad
1I kommt bzw. diesem gegenübersteht. Gleichzeitig wird ein Stromkreis vom Phasenleiter
R über den linken Kontakt des linken Schalters 1, den bereits geschlossenen Schalter
5 und die Erregerwicklung des Schützes 6 zum Phasenleiter S geschlossen. Das Schütz
6 schließt nun und öffnet seinen Kontakt abwechselnd in kurzen Zeitabständen. Mit
der Schließung des Schützkontaktes 6 wird der Erregerkreis des Schützes 7 geschlossen,
so daß dieses seinen rechten Kontakt schließt und seinen linken Kontakt öffnet.
Es wird also die Erregung des Generators 9 eingeschaltet, so da.ß der Motor 8 die
Antriebswelle 4a langsam durchdreht.
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Wenn der Kolben des Verschiebeantriebes 3 seinen Hubweg durchläuft,
kann es vorkommen, daß das verschiebbare Stirnrad II a sich nicht mit seinen Zähnen
sofort richtig in die Zahnlücken des Abtriebsstirnrades 1I einschiebt. Bei den bekannten
Getriebeumschaltanordnungen könnte es dann geschehen, daß wegen des anstehenden
Öldruckes das Abtriebsstirnrad II durch seitlichen Anpassungsdruck mitgenommen wurde,
auch ohne daß es zum Eingriff gekommen war, trotzdem also Zahn gegen Zahn stand.
Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel wird. aber mit der Erregung des Generators
9 der linke Kontakt des Schützes 7 geöffnet und damit der Erregerkreis des Ventils
2 unterbrochen. Das ölzuflußventil 2 schließt also wieder und gibt gleichzeitig
hiermit über das zugehörige Ventil 2 a den rechts unteren, am Zylinder des Verschiebeantriebs
3 angedeuteten Ölabfluß frei. Da der Öldruck nun nicht mehr ansteht, können sich
unter dem Durchdrehen der Antriebswelle 4a die Stirnräder II und Ha leichter gegeneinander
verschieben und dadurch auch leichter zum gegenseitigen Eingriff kommen. Der ganze
Umrückvorgang kommt zum Abschluß, wenn mit dem Verschieben der Kolbenstange des
Verschiebeantriebes 3 nach links deren Nocken unter die Hebelstange des linken Schalters
5 greift und diese bis zu dessen Öffnen anhebt. Im gleichen Augenblick werden die
Erregerkreise der Schütze 6 und 7 und damit die Impulsabgabe sowohl für den Drehantrieb
als auch für den Verschiebeantrieb unterbrochen.
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An Stelle der hydraulischen Steuerung der Verschiebemuffe 4 kann auch
eine pneumatische treten. Dann können auch andere als Stirnradgetriebe zur Anwendung
kommen, beispielsweise Getriebe mit Kegelrad- oder Schrägverzahnung.