DE8108351U1 - Zusatzregelgetriebe für leistungsregelbare Antriebsmaschinen - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Zusatzregelgetriebe für eine leistungsregelbare Antriebsmaschine, welche über einem weiten Drehzahlbereich eine konstante Leistungsabgabe bringen soll. Insbesondere bei Zerspanungsmaschinen wird eine konstante Leistungsabgabe gefordert, um Spanquerschnitt und Schnittgeschwindigkeit bei jedem Drehdurchmesser im Idealfalle gleichhalten zu können.

Der Stand der einschlägigen Entwicklung ist ersichtlich aus dem Übersichtsaufsatz "Antriebe für Werkzeugmaschinen, 1. Hauptantriebe für spanende Werkzeugmaschinen" der Zeitschrift "Der Konstrukteur", Nr. 7 - 8/1980, Seite 46 bis 49, im Verlag für Technik und Wirtschaft, Meynen KG, Wiesbaden. Gemäß dieser Übersicht ist allgemein bekannt, den bauartbedingt begrenzten Bereich von leistungsregelbaren Antriebsmaschinen - vorzugsweise elektrischen Regelmotoren -, in welchem diese entsprechend ihrer Drosselkurven bei den verschiedenen, vom Einsatzfall abhängigen (z. B. Drehwerkstück) Drehzahlen noch gleich große Abtriebsmomente ergeben (z. B. für maximale Spantiefen), dadurch zu erweitern, daß man zwischen dem Motor und dem eigentlichen Reduziergetriebe in der Werkzeugmaschine noch ein oder mehrere Zusatzregelgetriebe anordnet. Diese sollen in den angrenzenden Bereichen nur den zusätzlichen Drehzahlabfall des Motors in Richtung konstanter Leistungsabgabe auf mechanischem Wege kompensieren,

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im wesentlichen Einsatzbereich der Maschine jedoch Direktdurchtrieb der Motordrehzahl zum eigentlichen Hauptgetriebe, deis bedarfsspezifisch auf die Enddrehzahl reduziert, ermöglichen.

Die konstante Leistungsabgabe wird danach sowohl mittels speziell auf die Regelcharakteristik der Antriebsmaschine abgestimmter Zusatzregelgetriebe zischen einem leistungsregelbaren Antriebsaggregat und einem in der Werkzeugmaschine angeordneten Hauptgetriebe als auch mittels diesem vorgeordneter stufenloser Zusatzregelgetriebe und schließlich auch mit Kombinationen von beiden Zwischenübersetzungs-Arten erreicht. Die effektivste Leistungsregelung wird mit Motoren erreicht, die sich leicht Steuer- bzw. regelbar anfahren lassen und deren Drehzahl beispielsweise über Tachogeneratoren, Potentiometer usw. feinfühlig einstellbar ist und bei denen die zugeordneten Zusatzregelgetriebe je nach Drehzahlbereich automatisch unter Last betätigt werden können. Mit Kombinationen von stufenlosen und hochgeschwindigkeits-Schaltgetrieben überwindet man den begrenzten Verstellbereich der ersteren am nachhaltigsten.

Die Unterbringung der Zusatzregelgetriebe erfolgt insbesondere bei Werkzeugmaschine aus Wärmeableitungs- und Wartungsgründen außerhalb des Hauptgetriebes in gesondertem Gehäuse. Diese Aufstellungsweise ist beispielsweise auch ersichtlich aus dem SIEMENS-Katalog DA 35.1981, Bestellnummer E 860 10-K 4G35-A 100-A 1, Abschnitt 5, auf den Seiten 1 bis 12. Die dort dar-

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gestellte Unterbringung der Zusatzregelgetriebe in gesonderten Gehäusen mit als Riementrieb ausgestalteten An- und Abtrieben und außenliegenden Stellgliedern zur Umschaltbetätigung hat sich seit langem zwar auf breiter Basis bewährt, ist jedoch hinsichtlich Herstell- und Montagekosten, Beschädigungs- und Unfallgefahren sowie bezüglich Raumbedarf, Wartungsfreundlichkeit und Energienutjiung noch verbesserungsfähig:

So ist zunächst einmal das abtriebsseitige Motor-Lager infolge seiner Zusatzbelastung durch erhebliche Seitenkräfte des Abtriebes stark einseitig beansprucht, so daß es besonderer Vorkehrungen und Überwachungen bedarf, um ausreichende Lebensdauern zu erzielen. Weiterhin verschlechtert der Einsatz von Riementrieben auch den Wirkungsgrad und die Betriebsbereitschaftssicherheit.

Die erhöhten Anforderungen bezüglich Leistungsgröße und Schaltgenauigkeit moderner Werkzeugmaschinen bringen zudem Einstellprobleme mit sich, die mit individuell auf separaten Konsolen angeordneten und mit den örtlichen Platzverhältnissen einzeln anzupassenden Stellgliedern auch nicht mehr wirtschaftlich und zuverlässig genug bewältigbar sind.

Bei besonders präzisen Antrieben ist zudem lästig, daß infolge Schaltstößen, wie z. B. durch Wechsel der Drehrichtungen oder durch schnelle Änderungen der Drehzahlen die Elastizität der Riementriebe bzw. der dort auftretende Schlupf die unterschiedlichsten Funk-

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tionsfehler bei der angetriebenen Maschine bzw. deren Steuerung oder Beeinträchtigungen von deren Arbeitsergebnissen hervorrufen können.

Die aufgelöste Bauweise der bisherigen Anordnung führte auch wegen des hohen Raumbedarfes zu Unterbringungsproblemen für die Stellglieder zur Betätigung der Zusatzregelgetriebe. Individuelle Konsolen und Verstrebungen waren nötig. Die Riementriebe erforderten platzraubende Schutzgitter.

Die Zwischenräume der Einzelaggregate und Schutzgitter ergaben auch Schmutzecken an der Gesamtanlage, in denen sich Späne etc. verfingen, und ein zuverlässiger Korrosionsschutz wurde in solchen Winkeln und Spalten erheblich erschwert.

Die Bereithaltung verschieden ausgebildeter Motorlager für Einsatzfälle mit und ohne Zusatzregelgetriebe war kostspielig.

Aufgabe der Erfindung war es daher, ein Zusatzregelgetriebe für leistungsregelbare Antriefosmaschinen mit konstanter Leistungsabgabe über einem'weiten Drehzahlbereich zu schaffen, bei welchem eine vorteilhaftere Herstell- und Montierbarkeit unter Verbesserung der Wirkungsgrade, der Lebensdauererwartung und der Wartungsfreundlichkeit sowie der Raumausnutzung sich ohne zusätzliche Erwärmungseinflüsse auf das Hauptgetriebe bzw. die eigentliche Werkzeugmaschine erreichen läßt, - und wobei die Nachrüstung entsprechender Antriebsmaschinen (Motore) keine Lagerverstärkungsprobleme aufwirft.

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Diese Aufgabe wird von der im Kennzeichen des Anspruchs dargestellten Erfindung gelöst.

Es werden mit dieser erfindungsgemäßen Anordnung folgende

Vorteile erreicht:

- Die Motorabtriebsdrehzahl wird schlupffrei und ohne Wirkungsgradeinbuße in das Zusatzregelgetriebe eingeleitet. Abwärme strahlt nicht unkontrolliert ab, sondern wird per Motorkühlsystem noch vor der Werkzeugmaschine m

abgeführt.

Das Zusatzregelgetriebe kann dank besonderer Ausgestal- | tung nunmehr mit höchsterreichbarer Eingangsdrehzahl «· arbeiten, also sehr klein bauen und feinfühliger reagieren. Die bisher gebräuchliche Drehzahlminderung mittels einer Riemenübersetzung entfällt. Damit wird auch der Wirkungsgrad der Kraftübertragung verbessert. Die Lagerung des Antriebsmotors ist nunmehr völlig entlastet von Seitenkräften aus dem Riemenabtrieb und kann jederzeit unverstärkt bzw. nur normal gewartet verwendet werden.

Der Bauraum für den Riementrieb, dessen Schutzgitter und die Gewichte der Riemenscheiben und die separate Konsole für das Zusatzregelgetriebe entfallen. Der Zusammenbau des Zusatzregelgetriebes und der Antriebsmaschine mindert auch die Gefahr von Unfällen und Beschädigungen, insbesondere, da das Getriebe nun weniger exponiert angeordnet ist.

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Die Montage und Einstellung des Zusatzregelgetriebes ist nun denkbar einfach und bereits vollständig während der Fabrikation zusammen mit der eigentlichen Antriebsmaschine möglich. Bauseitige Justagen und Anpassungsarbeiten entfallen.

Die exaktere und starrere Triebverbindung durch Wegfall mindestens eines Riementriebes verbessert die Steuerungsund Arbeitsergebnisse insbesondere durch Minderung von Schwingungen und Verringerung der Schwungmassen. Im Bereich normaler Antriebsbelastung ist ein nahezu verlustfreier Direktdurchtrieb bei übersetzung 1 : 1 möglich.

, - Die Gesamtmaschine wird übersichtlich gegliedert, indem

der Regelantrieb nun "einstückig" zusammengefaßt ist. Auch entfallen unschöne Schmutzecken und Stoßkanten. Die Zusammenlegung der Gehäuseteile von Antriebsmaschine und Züsatzregelgetrxebe und die Ableitung der Abtriebs-Seitenkräfte über ein gemeinsames Fundament mittels der

konzentrischen Flanschverbindung erspart umfangreiche

Konsolen-Konstruktionen und damit verbundene Montagear-

beiten.

si - Die Einbeziehung der Stellglieder in das Gehäuse eröffnet

weitere Montage- und Bedienungsvorteile.

- Die Nutzung des gemeinsamen Gehäuses zur axialen und

radialen Festlegung von Abtriebswelle und Lagerung bzw. Wellenverbindung zur Antriebsmaschine erspart nicht nur

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den normalerweise üblichen ersten Riementrieb, sondern auch eine Verstärkung des motorseitigen Antriebslagers und ergibt eine Doppelnutzung des Getriebelagers, die

es ermöglicht, sehr kleine Abtriebsräder-Durchmesser zu verwenden. Die davon ausgehenden erhöhten Zugkräfte

•| (Zentrifugalwirkung) können über dieses Lager bzw. das

-■ Gehäuse zum ohnehin stabilen Motorfundament leichter

abgeleitet werden als mit separater Konsole. Das Motor-

[;, gewicht steht den Zugkräften schon selbst entgegen, so

/| daß die Verankerung nicht wesentlich verstärkt werden

braucht.

- Mit der Verlegung des Zusatzregelgetriebes zum Motor wird überdies die dort entstehende Wärme auf einfachere Weise abgeführt und von der anzutreibenden Hauptmaschine ferngehalten. Auch bezüglich Geräuschminderung ergeben sich Vorteile.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung enthalten die üntaransprüche:

- Mit Anspruch 2 wird erreicht, daß die Abtriebswelle durch eine Hohlwelle wesentlich versteift werden kann und daß das meist^belastete Lager vom Abtriebsrad her leicht zugänglich ist.

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Mit Anspruch 3 wird erreicht, daß die Baugruppen des Zusatzregelgetriebes baukastenartig so zueinander kombinierbar sind, daß in denjenigen Fällen, in denen kein Drehzahlwandler notwendig ist, dennoch das gleiche verstärkte Lager der Antriebsmaschine zugeordnet werden kann, welches in den Bedarfsfällen mit Zusatzregelgetriebe angewendet wird.

Nach Anspruch 4 wird erreicht, daB die Stellglieder des Drehzahlwandlers nach dessen Abschaltung selbsttätig in eine Ausgangslage zurückkehren, in welcher die Leistungsregelung der Antriebsmaschine allein wirksam ist.

Nach Anspruch 5 wird erreicht, daß die Stellglieder auch dann betätigbar sind, wenn die Maschine arbeitet, und daß sie sich dem Kennfeldbereich für konstante Abgabeleistung aus der Antriebsmaschin möglichst lückenlos und ohne Drehzahlsprung anfügt.

Nach Anspruch 6 wird erreicht, daß der Platzbedarf für die hydraulischen Stellglieder außerordentlich gering ist und deren Stellkraft direkt übertragbar ist. Außerdem kann der ölvorrat des Gehäuses auch als Schmierölsumpf benutzt werden.

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Nach Anspruch 7 wird erreicht, daß das Zusatzregelgetriebe mit hohem Wirkungsgrad und hoher Kraftübertragungsleistung arbeitet.

Nach Anspruch 8 wird erreicht, daß das Zusatzregelgetriebe sehr kompakt baut und energiesparend arbeitet und daß sich seine Außenkonturen denjenigen der Antriebsmaschine günstig anpassen.

Nach Anspruch 9 wird erreicht, daß das Zusatzregelgetriebe unterbrechungslos auf den erweiterten Kennfeldbereich umschaltbar ist.

Nach Anspruch 10 wird erreicht, daß die verfügbaren Reibflächen des Zusatzregelgetriebes anstelle einer separaten Motorbremse zur Arettierung der Abtriebswelle ohne Nachlaufen bei Abschaltung des Antriebsaggregates mitbenutzbar werden.

Nach Anspruch 11 wird erreicht, daß die Anpassung des Kennfeldes während der Einschaltung des Drehzahlwandlers und ohne Schaltsprünge auf besonders günstige Weise bei großer Bandbreite möglich ist.

Nach Anspruch 12 wird erreicht, daß die Einfachheitsvorteile eines konstant übersetzenden Umlaufgetriebes mit einem stufenlosen Regelgetriebe zusammen einen noch größeren Einsatzbereich der anzutreibenden Hauptmaschine ergibt als es mit einem der Getriebe allein möglich ist.

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Mit Anspruch 13 wird erreicht, daß ein beliebiger Antriebsmotor verwendet werden kann, da diesem eine stufenlos regelbare Leistungskonstanthaltung zugeordnet ist.

Nach Anspruch 14 wird erreicht, daß die Antriebsmaschine ein Motor mit elektrischer Leistungskonstanthaltung sein kann, bei welcher im wesentlichen Einsatzbereich ein Direktdurchtrieb durch das Zusatzregelgetriebe erfolgt.

Nach Anspruch 15 wird erreicht, daß das Umlaufgetriebe in einer besonders bewährten und fertigungsgünstigen Weise gestaltet ist.

Nach Anspruch 16 wird erreicht, daß die Wellenverbindung als weitere Axialfestlegung auch den auf die Schrägverzahnung zurückzuführenden Axialkräften entsprechend ausgelegt sein kann.

Nach Anspruch 17 wird erreicht, daß die Triebverbindung zwischen leistungskonstant-haltendem stufenlosen Getriebe und dem Umlaufgetriebe auf besonders platzsparende Weise gestaltet sein kann.

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Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert.

Fig. la zeigt den prinzipiellen Aufbau der erfindungsgemäßen Anordnung mit einem zweistufigen Umlauf-Wechselgetriebe,

Fig. Ib zeigt die mit dem dabei angewendeten verstärkten Lagerschild mögliche Verwendung des letzteren ohne Zusatzregelgetriebe unter Direktanflanschung an die Antriebsmaschine.

Fig. 2 zeigt die prinzipielle Anordnung einer An-

triebsmaschine, der ein leistungsregelbares stufenloses Getriebe unmittelbar nachgeordnet ist, während das Zusatzregelgetriebe zur Ergänzung der Leistungskonstanthaltung diesem angeflanscht wird.

Fig. 3 zeigt einen Schnitt durch das Zusatzregelgetriebe in Vorgelege-Bauweise mit Formschlußkupplungen.

Fig. 4 zeigt einen Schnitt durch das Zusatzregelgetriebe in Umlauf-Getriebebauweise gemäß einer bevorzugten Ausführungsform mit lastschaltbaren Hydraulikkupplungen.

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Die bisher meist gebräuchliche Ausrüstung von Antriebsmaschine^ mit Zusatzregelgetrieben, die zur Vermeidung von wechselnden Wärmeeinflüssen auf die anzutreibende Maschine separat vorgeordnet sind, führte wegen des bisher nötig gewesenen erheblichen Aufwandes an Bauteilen und auch Verlustleistungen zu mehreren Nachteilen.

- Der unabhängig vom Gehäuse des Motors zu schaffende Aufstellungsplatz mit Verankerung, Justierbarkeit usw. für das Zusatzregelgetriebe bedingte dorthin eine eigene erste Triebverbindung, die vom Lager bzw. der Welle der Antriebsmaschine und dem Wellenzapfen ausging. Dazu kam praktisch stets nur eine erste Riemenverbindung in Frage, die auch bei der häufig vorkommenden 1:1-Schaltung mitlaufen mußte, also dann unnötige Mehrverluste verursachte. Die bei der bisher üblichen Gestaltung praktisch von Fall zu Fall wechselnden Anbau- bzw. Zugänglichkeitserfordernisse machten für den Drehzahlwandler auch eine extrem variable Anordnung bzw. Ausgestaltung der Stellglieder nötig. Die Individualanpassung und die damit verbundene variable Anordnung außerhalb eines gemeinsamen Gehäuses wurde deshalb als unumgänglich notwendig angesehen. Gelegentliche Versuche einer Integration des Zusatzregelgetriebes in das Hauptge-

triebe haben wegen der örtlichen Wärmekonzentration nicht befriedigt.

Mit der zweiten Triebverbindung zum Hauptgetriebe vom separat aufgestellten Zusatzregelgetriebe her bekam der gesamte Triebstrang eine erhebliche Flexibilität und VerAkte 5751 F

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Schleißanfälligkeit. Neben sehr sorgfältiger Montage war daher auch erhöhte Pflege erforderlich. Auch ließen sich bei dieser Anordnung selbst bei automatischer Steuerung Drehzahlbzw. Zugkraftsprünge nicht immer zuverlässig vermeiden. Es ist nämlich oft wichtig, daß auch der Obergang vom einen Regelbereich zum anderen glatt und stoßfrei erfolgt, so daß auch ein häufiges Hin- und Herschalten zwischen den Regelbereichen, beispielsweise ausgelöst durch Signale eines Tachogenerators am eigentlichen Spannfutter in der Hauptmaschine zwecks gleichbleibender Arbeitsresultate vermieden wird.

Der in Pig. ¹Ia schematisch gezeigte erfindungsgemäße Direktanschluß des Zusatzregelgetriebes 2 an die Antriebsmaschine 1 führt schon optisch offensichtlich zu erheblichen Vereinfachungen. Eine Gehäuseglocke 9, die unabhängig vom Verwendungsfalle immer einem entsprechenden Gehäuse 4 der Antriebsmaschine 1 angeglichen herstellbar ist, trägt nun ohne eigenes Fundament unter Aufsicht von Montageproblemen unabhängigerweise auch das komplette Zusatzgetriebe 2, in welches die Stellglieder 12 wegen stets gleichartiger Zugänglichkeit bereits von Anfang an einbaubar sind. Dabei ist die Wellenverbindung 11, welche den ersten Riementrieb der bisherigen Bauweise ersetzt, drehstarr und schlupffrei ausführbar, so daß bei konstanter übersetzung zwischen Antriebsmaschine und zweitem Riementrieb 19 praktische keine Wirkungsgradexnbußen an dieser Stelle oder Verschleißvorgänge

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ablaufen würden. Die erfindungsgemäß geraeinsame und von der Antriebsmaschine 1 unabhängig besonders kräftig ausbildbare Lagerung 15 für den Drehzahlwandler 10 und die Abtriebswelle 13 liegt dabei auf der gut kühlbaren motorabgewandten Seite des Zusatzregelgetriebes 2, und dieses ist räumlich vom Hauptgetriebe 3 völlig getrennt.

Fig. Ib zeigt die Möglichkeit, die mit dem Gehäusedeckel 45 bzw. Lagerhals 16 versehene Lagerbaugruppe des erfindungsgemäßen Zusatzregelgetriebes auch ohne dieses lediglich zur Verstärkung der Motorwellenlagerung einzusetzen und erst bei weiterem Bedarf an. LeistungskennfeIdflache mit einem entsprechenden Drehzahlwandler zu kombinieren .·

Fig. 2. zeigt eine weitere Ausbaumöglichkeit, welche davon ausgeht, daß ein nicht regelbares Antriebsaggregat mit einem leistungsregelbaren stufenlosen mechanischen Getriebe

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in/Richtung betrieben wird. Der Drehzahlwandler 10 ist hier auf sinngemäß gleiche Weise unmittelbar an der Antriebsmaschine 1 in einer entsprechenden größeren Gehäuseglocke 9 eingebaut, wie in der Anordnung nach Fig. 2a. Das Abtriebsrad 14 des beispielsweise als Riemen-Variotrieb ausgeführten stufenlos regelbaren Vorschljätgetriebes 46 steht hier über einem auf gleicher Welle umlaufender· Zwischenrad 47 im Eingriff mit dem ersten Kupplungs-Außenmitnehmer 22 des mechanischen Stufen-Drehzahlwandlers (gemäS Fig. \ a). Bei

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dieser Kombination weist derselbe eine Umfangsverzahnung auf und ist gegenüber dem Wellenzapfen 7 der Antriebsmaschine 1 drehbar, weil dieser jetzt das Antriebsrad des stufenlosen VorSchaltgetriebes 46 mitzunehmen hat.

_v Diese Bauweise hat nicht nur alle baulichen Vorteile der

vor geschilderten Ausgestaltung, sondern bietet dank der

- stufenlosen Leistungskonstanthaltung auch mit einem entsprechenden Regelsystem R die Möglichkeit, den elektrischen Regelbereich für den Motor 1 mit dieser stufenlosen Vorstufe

zu ersetzen. Die Verwendung von normalen Motoren ohne elektrische Leistungsregelung wird damit möglich.

Es ist dabei von weiterem Vorteil, daß die Stellglieder auch in dieser Kombination im gleichen Gehäuse 9 eng zusammengefaßt und geschützt unterbringbar sind.

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Eine dem Grundprinzip nach Fig. la verwandte Ausgestaltungsmöglichkeit zeigt das Ausführungsbeispiel nach Fig.3 · Einer vorzugsweise elektrisch regelbaren Antriebsmaschine J ' ist ein als Vorgelegegetriebe gestaltetes Zusatzregelgetriebe 2 zugeordnet. Vor allem aus Erwärmungsgründen sind beide räumlich getrennt von einenr Hauptgetriebe 3 aufgestellt.

Im Gehäuse 4 der Antriebsmaschine 1 (Motor) trägt dessen Lager 5 die Welle 6, von welcher ein Wellenzapfen 7 abtriebsseitig so weit vorkragt, daß er innerhalb der Flanschverbindung 8 der Gehäuseglocke 9 des Zusatzregelgetriebes 2 mit dem darin befindlichen Drehzahlwandler 10 an sich beliebiger

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Bauart über die Wellenverbindung 11 bei Montage in Fornuschluß bringbar ist. Die am Drehzahlwandler 10 angreifenden Stellglieder 12 bzw. die damit verbundenen Schaltelemente ermöglichen die Veränderung der Drehzahlen der Abtriebswe]:le mit dem daran befestigten Abtriebsrad 14, deren Lagerung 15 in einem aus der Gehäuseglocke 9 vorspringenden Lagerhals 16 erfindungsgemäß so gehaltert ist, daß das Abtriebsrad 14 im wesentlichen um ihn herumgraift. So wird vom Abtriebsrad 14 kaum zusätzliche Baulänge erfordert bzw. eine Biegekraft nur am Lager 15 verursacht. Das Lager 15 bzw. die dieses tragende Gehäuseglocke 9 des Zusatzregelgetriebes 2 ist daher inustande, auch die Lagerkräfte aus dem Drehzahlwandler 10 aufzunehmen und das Antriebsmaschinenlager 5 wirksam zu entlasten. Die Abtriebswelle 13 endet im gezeigten Beispiel mit dem Abtriebsrad 14, welches sowohl axial als auch radial gegenüber der Lagerung 15 im Lagerhals 16 festgelegt ist, den es am Umfang eng umschließt.

Bei der hier dargestellten Ausführung des Drehzahlwandlers 10 als Vorgelegetriebe an sich bekannter Bauart, welche sich auch für hohe Drehmomente gut eignet, konnte

sich deshalb ein kompletter Zusammenbau, unabhängig von der Antriebsmaschine 1, verwirklichen lassen. In Einbaulage wird das Zusatzregelgetriebe daher allein von der Antriebsmaschine 1 ; getragen und mittels der Flanschverbindung 8 mit ihr zusammengehalten. Ohne eigene Konsolen oder Fundamente ist damit die exakte axiale Ausrichtung zur Welle 6 der Antriebsmaschine 1 immer garantiert.

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Die Triebverbindung von der Antriebsmaschine 1 (Motor) zum

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Drehzahlwandler 10 (Vorgelegegetriebe) erfolgt gemäS diesem Beispiel (Fig. 3) schlupffrei und drehstarr auf kürzeste Distanz über eine den motorseitigen Wellenzapfen 7 und ein auf der dazu konzentrischen Abtriebswelle 13 umlaufendes erstes Zahnrad Zl im Betriebszustand in Formschluß haltende Wellenverbindung 11.

Das Zahnrad Zl steht einerseits in Eingriff mit einer parallel zur Abtriebswelle 13 in der Gehäuseglocke 9 gelagerten Vorgelegewelle V bzw. den beiden darauf gehalterten Zahnrädern Z2 und Z3. Andererseits hat das Zahnrad Zl noch einen abtriebsseitigen Schalt-Zahnkranz ZKl, welchem auf an sich bekannte Weise ein auf der Abtriebswelle 13 festgehaltener Muffenträger M und eine darauf axial verschiebliche Schaltmuffe SM zugeordnet ist.

Mittels der Schaltmuffe SM bzw. hier nicht gezeigten, an sich beliebigen Stellgliedern 12, kann der Muffenträger M bzw. die mit ihm fest verbundene Abtriebswelle 13 entweder dem Zahnrad Zl oder einem, dem Muffenträger M abtriebsseitig nachgeordneten, zur Abtriebswelle 13 koaxialen Zahnrad Z4, zugeschaltet werden. Dieses Zahnrad Z4 ist zur Abtriebswelle 13 drehbeweglich im Gehäusedeckel 45 gelagert und hat muffenträgerseitig auch einen Schalt-Zahnkranz ZK4. Sofern dieser mit dem Muffenträger M in Eingriff ist, wirkt die Übersetzung aus der Vorgelegewelle V. Steht er außer Eingriff und ist der Muffenträger M mit dem Schalt-Zahnkranz ZKl |

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verbunden, so ist die übersetzung aus der Vorgelegewelle V abgeschaltet und das Zusatzregelgetriebe 2 hat Eingangsdrehzahl ~ Ausgangsdrehzahl. Durch die Plazierung des Zahnrades Z4 direkt radial über der Lagerung 15 der Abtriebswelle 13 auf einem mit der Gehäuseglocke 9 einstückigen, innenseitigen Tragbund des Lagerhalses 16 und durch das ihn außen eng umschließende Abtriebsrad 14 wird eine kurze Baulänge des gesamten Zusatzregelgetriebes 2 erreicht. Dadurch ist eine problemlose Direktverbindung der Gehäuseglocke 9 des Zusatzregelgetriebes 2 und des Motorgehäuses 4 über die exakt fixierende Flanschverbindung 8 möglich, ohne daß eigene Fundamente bzw. Konsolen benötigt wurden oder die Biegekräfte vom Abtriebsrad 14 her hinderliche bzv/. nachteilige Größenordnungen annehmen würden.

Eine noch kompaktere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Zusatzregelgetriebes 2 ergibt sich bei Ausgestaltung des Drehzahlwandlers 10 als Umlaufgetriebe gemäß Fig. 4, wie sie auch in der Prinzipzeichnung, Fig. la, dargestellt ist. Auch hier ist das bereits bei der Erläuterung zu Fig. 3 geschilderte Grundprinzip in der Anordnung von Lagerung und Schaltelementen verwirklicht.

Die Abtriebswelle 13 endet jedoch in diesem Beispiel mit einer Hohlwelle 17, welche sowohl die axiale als auch die radiale Festlegung gegenüber der Lagerung 15 garantiert und deren Innenmitnahmen (18) (z. B. Keilverzahnung) und axiale Bundabstände etc. vorzugsweise so bemessen sind, daß sie auch auf

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dem Wellenzapfen 7 der Antriebsmaschine 1 direkt überschiebbar sind, falls einmal (gemäß Grundprinzip nach Fig. Ib).

eine Lagerung 15 ohne vorgeordneten Drehzahlwandler 10 zur Vermeidung von überhöhten Beanspruchungen des Lagers 5 der Antriebsmaschine 1 an dieser unmittelbar über eine gleichartige Flanschverbindung 8, wie mit Drehzahlwandler 10, angebaut werden soll. In diesem Falle wäre natürlich die Gehäuseglocke 9 allenfalls in Kurzbauweise notwendig. Im hier gezeigten Beispiel ist ein umlaufgetriebe 20 an sich bekannter Bauart vorgesehen, das sich den Motor-Außenkonturen gut anpaßt und auch für hohe Drehzahlen gut eignet. Es ist zwar so konstruiert, daß ein kompletter Zusammenbau unabhängig

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von der Antriebsmaschine 1 erfolgen kann, jedoch wird es in

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getragen und zusammengehalten. So bedarf es keiner gesonderten Konsolen oder Fundamente und die exakte axiale Ausrichtung zur Welle 6 der Antriebsmaschine 1 ist immer garantiert. Die Triebverbindung von der Antriebsmaschine 1 zum Drehzahlwandler 10 erfolgt dabei schlupffrei bzw. drehstarr über die mit dem Wellenzapfen 7 formschlüssige Wellenverbindung 11, die hier als Nabe 21 eines ersten Kupplungs-Außenmitnehmers ausgebildet ist. Dieser hat einen mit der Nabe 21 einen Ringzylinder 23 bildenden Außenring 24, in welchem ein erster Ringkolben 25 gegen eine axial wirkende Rückstellfeder 26 längsbeweglich gegen eine zur Hälfte im Außenring gehalterte Reibverbindung 27 mittels Druckmittel im Ringzylinder 23 anpreßbar nachgeordnet ist. Die Druckmittelzufuhr 28

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zum Ringzylinderraum 23 erfolgt über Bohrungen bzw. Kanä.le 29 in der Nabe 21 bzw. einem auf ihr drehbeweglich gehalterten Schleifring 30 von der Wand der Gehäuseglocke 9 aus. Die zweite Hälfte der ersten Reibverbindung 27 wird gehalten von einem ersten Kupplungs-Innenmitnehmer 31, welcher mit einem auf der Abtriebswelle 13 drehfest gehaltenen Planetenrad-Tragring 32 umläuft,- das über Planetenräder 33 tragende Bolzen 34 mit einem äußeren Zentralrad 35 verbunden ist. Planetenräder 33 stehen einerseits in ständigem gleichzeitigen Zahneingriff mit einem in der Nabe 21 drehfest gehaltenen Ritzel 36 (Sonnenrad), das aber zur Abtriebswelle 13 drehbeweglich gehalten und vorzugsweise auf ein zu dieser radial und axial festgelegten Zentrallager 37 zusätzlich zur Stützwirkung durch die außen auf ihn eingreifenden Planetenräder 33 nochmals geführt ist. Andererseits sind die Planetenräder 33 außen nochmals in Eingriff mit einem sie und das Zentralrad 35 außen von der Abtriebsseite her umfassenden Hohlrad 38, das an seinem Umfang einen zweiten Kupplungs-Außen- . \ mitnehmer 39 hat, über den eine zweite Reibverbindung 49, M die über einen zweiten Kupplungs-Außenmitnehmer 41 zur 1 Gehäuseglocke 9 drehbar festgehalten ist, mittels eines | zweiten Ringzylinders 42 und zweiten Ringkolbens 43 als Bremse des Hohlrades 38 einschaltbar ist. Abtriebsseitig vom :

gehäusefesten Ringzylinder 42 und vor einem auf der Außenstirnseite des Lagerhalses 16 angeflanschten Lagerdeckel 44 ist die sowohl die·Abtriebswelle 13 als auch die davon

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vorkragende Hohlwelle 17 abstützende Lagerung 15 angeordnet, welche den Abtriebsseitenkräften ausgesetzt ist. Diese Lagerung 15 wird erfindungsgemäß so dimensioniert, daß sie im Bedarfsfalle als selbständige Baugruppe zusammen mit einem entsprechenden Gehäusedeckel 45 auch unmittelbar an der Antriebsmaschine 1 angeflanscht sein kann, wo diese ohne Zusatzregelgetriebe 2 zum Einsatz gelangen soll.

Die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Zusatzregelgetriebes entspricht im Grunde der vom Stand der Technik bekannten Art;

In einem vorgebbaren Bereich meist gebräuchlicher Drehzahlen (z. B. circa η = 1000 bis 4000) arbeitet eine stufenlose Regelung (entweder die elektrische Motorregelung oder eine dieser entsprechende mechanische Nachschaltstufe, wenn kein Regelmotor vorhanden ist) mit der in den Triebstrang fest einkonstruierten Konstantübersetzung (beispielsweise 1:1). Dazu ist die über die zweite Reibverbindung 40 hergestellte Triebverbindung mit Blockumlauf des gesamten Getriebes ohne zusätzliche Verluste im Direktdurchtrieb der am ersten Kupplungs-Außenmitnehmer 22 verfügbaren Leistung vorgesehen. Diese kann im gesamten Bereich auf an sich bekannte Weise mittels eines entsprechenden Reglers R,. der auf die Stellglieder 12 in Richtung Drehzahlabfall-Ausgleich wirkt, | konstant gehalten werden.

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Muß dann jedoch (ζ. Β. wegen härteren Werkstoffen, größeren Werkstückdurchmessern oder dergleichen) mit niedrigerer Spindeldrehzahl gearbeitet werden, würde die abgebbare Leistung schon bei noch relativ häufig benötigten wichtigen Drehzahlen (z. B. zwischen η = 250 bis 1000) auf unbrauchbare Werte abgefallen sein. Daher erfolgt nun (z. B. bei η = 1000) die Zuschaltung des Zusatzregelgetriebes. Wenn dessen übersetzung i = 4 ist, verschiebt sich der Bereich der konstanten Abtriebsleistung auch um je ein Viertel, also ist dann in dem gewünschten Drehzahlbereich ebenfalls P = konstant und die Veränderung des Drehzahlabfalles liegt im gleichen Verhältnis wie bei l:l-Ubersetzung proportional zur Durchmesseränderung etc. - Auf die hier vorliegende Anordnung bezogen bedeutet das, daß das Zusatzregelgetriebe mindestens kurz nach Motoreinschaltung aktiviert sein muß. Dazu ist die erste Reibverbindung 27 geöffnet und die zweite 40 geschlossen, das Sonnenrad 36 wird nicht mehr durch die blockierten Planetenräder 33 festgehalten, sondern es wälzt sich mit denselben in Abstützung gegen das Hohlrad 38 unter Antrieb des Zentralrades 35 bzw. der Abtriebswelle 13 unter entsprechender Übersetzung im gleichen Drehsinne ab. Dabei wird je nach übersetzung der Planetenräder 33 die Antriebsdrehzahl für das Hauptgetriebe 3 mehr oder weniger langsam als sich die Motordrehzahl verändert. Wird schließlich der Punkt erreicht, wo die verfügbare Leistung wieder abzufallen beginnt (z. B. η ca. 1000), wird das Getriebe 2 abgeschaltet,

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indem die erste Reibverbindung 27 geschlossen und die zweite Reibverbindung 40 geöffnet wird, wodurch das Hohirad 38 also f freilaufen kann. Dadurch wird der Kraftfluß über die erste

Reibverbindung zur Antriebswelle 13 direkt hergestellt, und die Kupplung 22 läuft mit dem Planetentrieb drehstarr um, während die dieser Schaltstufe vorgeordnete stufenlose

f Regelung nun im höheren Drehzahlbereich (z. B. η = ca. 1000

bis 4000) die Leistung konstant hält.

)|. Die erfindungsgemäße Ausgestaltung ist selbstverständlich

elektrischen und

sowohl mit druckmittelgesteuerten als auch/elektromagnetischen

f Stellgliedern und verschiedenartigen Getriebesystemen realisierbar. Die vorgeschilderte Bauart hat jedoch demgegenüber den Vorteil größerer Laufruhe und Kompaktheit bei guter

ti Präzision und besonders geringem Wartungsbedürfnis.

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Claims (17)

·., a$4O8 3SW.s j ;;-■:· ·; ·| . ..... ZAHNRADFABRIK f'rIEDRICHSBAFEN ··' : Aktiengesellschaft Friedrichshafen Zusatzregelgetriebe für leistungsregelbare Antriebsmaschinen —&r-&M. nsprüche

1. Zusatzregelgetriebe (2) für leistungsregelbare Antriebsmaschinen (1) im wesentlichen bestehend aus:

einem Drehzahlwandler (11) im Triebstrange zwischen einer leistungsregelbaren Antriebsmaschine (1) und. einem Hauptgetriebe bzw. Stellantrieb (3),

- welcher die Zunahme des Drehzahlabfalles bei Leistungsrückgang außerhalb des wirtschaftlichen Regelbereiches der Antriebsmaschine (1) im Bedarfsfalle weitgehend in Richtung konstanter Leistungsabgabe an das Hauptgetriebe (3) kompensiert,

- einem Gehäuse (9) für den Einbau des Drehzahlwandlers (10) mit darin gelagerter Abtriebswelle (13) und einem mit dieser umlaufenden Abtriebsrad (14) bzw. Riemenscheibe mit Triebverbindung (19) zum Hauptgetriebe (3) ,

- sowie zur Betätigung des Zusatzregelgetriebes (2) erforderlichen Steuereinrichtungen und Stellgliedern,

dadurch gekennzeichnet,

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a) daß das Zusatzregelgetrxebe (2) bzw. der Drehzahlwandler (10) über eine dem leistungsregelbaren Antrieb (1) direkt nachgeordnete lösbare Wellenverbindung (11) drehstarr antreibbar ist, >

b) daß das Gehäuse (9) mit einer zum Antrieb (1) konzentrischen Flanschverbindung (8) und einem vorkragenden Lagerhals (16) auf der Abtriebsseite als freitragende Gehäuseglocke (9) ausgebildet ist, welche den Drehzahl- ., wandler (10) und Stellglieder (12) sowie eine Wellenverbindung (11) gemeinsam umschließt und diese zusammen mit der Abtriebswelle (13) und deren Lagerung (15) axial und radial festlegt.

2. Zusatzregelgetrxebe nach Anspruch 1,

dadurch "gekennzeichnet,

daß die Abtriebswelle (13) mit einer in der Lagerung (15) des Lagerhalses (16) geführten Hohlwelle (17) über eine Innenmitnahme (18) derselben trieblich verbunden ist, und daß an deren freiem Ende das den Lagerhals (16) der Gehäuseglocke (9) außen eng umschließende υ Abtriebsrad (14) drehfest angeordnet ist.

3. Zusatzregelgetriebe nach Anspruch 2,

J5j dadurch gekennzeichnet,

- daß Lagerhals (16) und Hohlwelle (17) Abmessungen auf

weisen, die dem getriebeseitigen Teil der Wellenverbindung (11) entsprechen.

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4. Zusatzregelgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellglieder (12) des Drehzahlwandlers (10) eine Ausgangslage mit Konstantübersetzung haben.

5. Zusatzregelgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellglieder (12) hxlfskraftbetatxgbar sind und

aus mittels der Steuereinrichtung der leistungsregelba- j

ren Antriebsmaschine (1) während des Betriebes unter Vermeidung von Leistungsunterbrechungen oder Drehzahlsprüngen in Anlage bringbaren Kupplungsdruckplatten bestehen.

6. Zusatzregelgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellglieder (12) hydraulische Zylinder (23,

42) haben und ihr Druckmittel gleichzeitig Schmiermittel des Drehzahlwandlers (10) ist.

7» Zusatzregelgetrisbe nach einem dar Anspruchs 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehzahlwandler (10) ein Vorgelegegetriebe ist, welches mittels Kupplungen (22, 3 9) ein- oder mehrstufig schaltbar ist.

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8. Zusatzregelgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehzahlwandler (10) ein Umlaufgetriebe ist, welches mittels Kupplungen (22, 3 9) ein- oder mehrstufig schaltbar ist.

9. Zusatzregelgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungen (22, 3 9) unter Last schaltbar sind.

10. Zusatzregelgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet,

- daß mittels der Kupplungen bzw. Bremsen, (22, 39) auch ein Nachlaufen der Antriebsmaschine (1) bei Abschaltung verhinderbar ist.

11. Zusatzregelgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet,

- daß der Drehzahlwandler (10) ein stufenlos regelbares vorschaltgetriebe (46) ist, welches mittels Riemenscheiben-Verstel!einrichtungen variabel ist.

12. Zusatzregelgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis bzw. 8 bis 10,

dadurch gekennzeichnet, daß der Drehzahlwandler (10) eine Kombination eines Umlaufgetriebes mit einem stufenlosen Regelgetriebe ist.

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13. Zusatzregelgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet,

daß die Antriebsmaschine (1) ein Motor mit in Richtung Leistungskonstanz geregeltem stufenlosen Getriebe ist.

14. Zusatzregelgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet,

daß die Antriebsmaschine (1) ein Motor mit elektrischer Leistungskonstanzregelung ist.

15. Zusatzregelgetriebe nach einem oder mehreren der Ansprüche 8 bis' 14,

dadurch gekennzeichnet, daß das umlaufgetriebe im wesentlichen besteht aus:

a) einem mit der Ausgangswelle der Antriebsmaschine (1) umlaufenden ersten Kupplungs-Außenmitnehmer (22), zwischen dessen Nabe (21) und Außenring (24) ein erster Ringkolben (25) gegen Federn axial beweglich geführt ist, welcher bei Druckmittelzufuhr eine von seinem Außenring (24) mitgenommene erste Reibverbindung (27) aktiviert, deren Kupplungs-Innenmitnehmer (31) mit einem Planetenrad-Tragring (32) in Eingriff stehen;

b) einem mit dem Planetenrad-Tragring (32) über Planetenräder (33) tragende Bolzen (34) verbundenen äußeren Zentralrad (35) , dessen außen umgreifendes Hohlrad (38)

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axialfest gelagert ist, welches mit einer motorseitigen Innenverzahnung mit den Planetenrädern (33) und mit einer lagerseitigen Außenverzahnung mit Reibkörpern eines zweiten Kupplungs-Außenmitnehmers (39) in Eingriff steht, zwischen dessen Nabe und Außenring ein zweiter Ringkolben (43) gegen Federn axial beweglich geführt ist, welcher bei Druckmittelzufuhr gegen eine von seinem am Gehäuse (9) festgelegten Außenring gehaltene zweite Reibverbindung (40) (Bremse) zur Anlage kommt; c) und einem zwischen der Welle der Antriebsmaschine (1) und dem äußeren Zentralrad (35) abgestützten Ritzel (3.6) (Sonnenrad), das antriebsseitig mit der Welle und abtriebsseitig mit den Planetenrädern (33) in Eingriff steht.

16. Zusatzregelgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, - daß die lösbare Wellenverbindung (11) aus einer mit der Ausgangswelle der leistungsregelbaren Antriebsmaschine (1) drehfest gehaltenen Nabe (21) besteht, welche axial über einen Innensegerring gegen einen antriebsseitig von einem Ritzel (36) (Sonnenrad) vorkragenden Wellenzapfen (7) festgelegt ist, wobei das Ritzel (36) zur Abtriebswelle (13) ein Axialdrucklager aufweist und eine Schrägverzahnung hat.

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17. Zusatzregelgetriebe nach Ansprüchen 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß das stufenlose Vorschaltgetriebe (46) antriebsseitig mit dem Zentralrad (35) und abtriebsseitig mit einem dazu drehbeweglichen Verlängerungsteil der Abtriebswelle (13) in Triebverbindung steht, wobei das Abtriebsrad (14) dem stufenlosen Getriebe (46) nachgeordnet ist.

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