Für die Drehzahlsteuerung unter Last schaltbares Getriebe, insbesondere für Werkzeugmaschinen Die Erfindung bezweckt die Schaffung eines un ter Last schaltbaren Getriebes, bei dem die Ände rung des Drehmomentes bzw. der Drehzahl an der Abtriebswelle beim Gangwechsel stetig und ohne jeden Stoss erfolgt. Derartige Getriebe werden ins besondere für Werkzeugmaschinen benötigt, um einen stets gleich hohen Schnittdruck am Werkzeug - auch während eines Gangwechsels - zu erzielen.
Für die moderne Bearbeitungstechnik mit hohen Schnittge schwindigkeiten bis zu mehr als 500 m/min bei An wendung von Keramikplättchen, die sehr bruchemp findlich sind, ist dies ein dringendes Erfordernis.
Ohne Schwierigkeiten lassen sich diese Forderun gen mit einfachen Reihengetrieben erfüllen, bei denen zum Gangwechsel stets nur eine Kupplung zu öff nen und eine andere gleicher Grösse zu schliessen ist. Bei grösserer Gangzahl würden diese Reihengetriebe jedoch zu umfangreich. An ihre Stelle treten die Gruppengetriebe, bei denen jedoch bei Gangwechsel mehrere verschieden grosse Kupplungen geöffnet bzw. geschlossen werden müssen. Dieses Öffnen der einen und Schliessen der anderen Kupplungen führt zum kurzzeitigen Durchschalten eines weit niederen oder höheren Ganges, so dass die Abtriebswelle uner wünschte Beschleunigungen oder Verzögerungen er fährt oder durch gleichzeitiges Kuppeln zweier Gänge (Blockierung) abgebremst wird. Dies hat wiederum zur Folge, dass z.
B. bei einer Werkzeugmaschine der Schnittdruck des Werkzeuges vorübergehend herab gesetzt bzw. erhöht wird. Diese Schnittdruckverände- rungen können zum Bruch des Werkzeuges führen.
Zwar können die Ein- und Ausschaltpunkte der Kupplung durch Zeitrelais so gegeneinander verscho ben werden, dass nur der gewünschte Gang tatsäch lich wirksam wird, jedoch müsste dann für jedes auf- tretende Drehmoment eine zugehörige Zeiteinstellung vorgenommen werden. Dies führt einerseits zu recht komplizierten und teueren Steuerungen, anderseits befindet sich die Anlage während der Umschaltung in einem labilen Zustand. Wie bereits erwähnt, kann es während eines Gangwechsels durch gleichzeitiges Kuppeln zweier Gänge zu einer Blockierung und damit zu einem unerwünschten Abbremsen der Ab triebswelle kommen.
Bei entsprechender Dimensio- nierung der Antriebsmaschine kann das erhöhte Dreh moment bei einer Blockierung überwunden werden; z. B. bei Antrieb durch einen Elektromotor darf das durch die Blockierung hervorgerufene Drehmoment das Kippmoment des Motors nicht überschreiten. Jedoch wird bei mehr als einer Blockierung die Abtriebswelle stets eine Verzögerung erfahren.
Nach der Erfindung wird während der Schalt zeit der Kupplungen die Drehzahl der Antriebsma schine herauf- bzw. herabgesetzt, so dass keine Dreh zahlsteigerungen bzw. Verringerung über die ge- gewünschte bzw. vorhandene Abtriebsdrehzahl hin aus erfolgt. Erfolgt der Antrieb durch einen Dreh stromkurzschlussläufermotor, wird z. B. ein polum schaltbarer Motor gewählt, wobei die Wicklung für die Umschaltdrehzahl nur für eine kurze Einschalt dauer ausgelegt zu sein braucht, z. B. 10% ED. Daraus ergibt sich eine nur geringe Änderung des Motorumfanges gegenüber einem Motor mit Nor maldrehzahl.
Bei Antrieb durch einen Gleichstrom motor wird zweckmässig dessen Drehzahl durch Rege lung der Felderregung oder Ankerspannung mittels eines Stellmotors verändert. Hierbei kann der Stell motor in Abhängigkeit von der Getriebeabtriebsdreh- zahl z. B. durch frequenzabhängige Relais gesteuert werden, oder durch einen Tachometergenerator, der über einen Verstärker auf eine geeignete Drehzahl regeleinrichtung arbeitet.
Vorteilhaft sind die Kupplungen zeitlich so zu schalten, dass beim Wechsel in den nächstfolgenden Gang zunächst um zwei oder mehrere Gangschalt- stufen höher geschaltet wird und durch weiteren Kupplungswechsel zurück zu dem gewünschten Gang. Dadurch kann erreicht sein, dass pro Schaltschritt immer nur eine Kupplung gewechselt wird und das für eine Lastumschaltung notwendige zusätzliche Überbrückmoment von der Antriebsmaschine auf gebracht werden kann. Um eine stetige Verände rung der Abtriebsdrehzahl bei Gangwechsel zu er zielen, wird z.
B. mit Beginn des Gangwechsels beim Aufwärtsschalten die Drehzahl der Antriebsmaschine herabgesetzt und zu Beginn der zweiten Umschalt phase die Antriebsmaschine wieder auf Normaldreh zahl gebracht.
Der Gangwechsel kann auch in mehr als zwei Phasen erfolgen; ebenso kann dann der polumschat- bare Motor auch mit mehr als einer Hilfswicklung ausgestattet werden.
In der Zeichnung ist zunächst eine Ausführung nach bekannter Weise schematisch dargestellt. Ausser dem ist dann ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt. Es zeigen: Fig. 1 das Schemabild eines Acht-Gang-Getriebes in bekannter Anordnung, Fig. 2 das Schaltschema der Kupplungen des Ge triebes nach Fig.l. Fig. 3 das Schemabild eines Acht-Gang-Getriebes nach der Erfindung,
Fig. 4 das Schaltschema der Kupplungen des Ge triebes nach Fig.3. Fig. 5 eine graphische Darstellung des Gangwech sels beim Getriebe nach Fig. 1, Fig.6 eine graphische Darstellung des Gang wechsels beim Getriebe nach Fig. 3.
In Fig. 1 ist ein in bekannter Weise aufgebautes Acht-Gang-Getriebe dargestellt. Erzeugt werden die acht Gänge mittels der drei Gruppengetriebe 9, 10 und 11, wobei besonders beachtenswert ist, dass jeweils drei Kupplungen bei jedem der Gänge ein geschaltet sind. Während die mit der Getriebeein- gangswelle 1 unmittelbar in Verbindung stehende Getriebegruppe 9 im ersten und jedem weiteren mit ungerader Ziffer bezeichneten Gang im Block um läuft, wird in den übrigen Gängen das Sonnenrad 9b festgesetzt.
Die Getriebegruppe 10 ist im ersten bis vierten Gang wirksam durch Schliessen der zugehöri gen Kupplung Bz, während im fünften bis achten Gang durch Schliessen der Kupplung K, diese Gruppe im Block umläuft. Die Getriebegruppe 11 ist im ersten, zweiten, fünften und sechsten Gang wirk sam durch Schliessen der Kupplung B3, im dritten, vierten, siebten und achten Gang läuft diese Getriebe gruppe durch Schliessen der Kupplung K3 im Block um.
Bei dieser Gruppe ergibt sich beim Schalten vom vierten auf den fünften Gang der nicht er wünschte Wechsel von drei eingeschalteten Kupp- Lungen, da beim Umschalten sich ein Durchfahren des dritten und siebenten oder dritten und zweiten Ganges ergibt, wodurch beträchtliche Beschleuni gungen bzw. Verzögerungen der Abtriebswelle her vorgerufen werden. In Fig.5 ist der Gangwechsel graphisch dargestellt. Der Aufbau des für die Drehzahlsteuerung unter Last schaltbaren Getriebes nach der Erfindung ist so gewählt, dass beim Gangwechsel zur Änderung der Übersetzung jeweils nur eine oder zwei Kupplungen zu schalten sind.
Bei der zeitlich nacheinander erfol genden Zu- und Abschaltung von zwei Kupplungen wird beim Aufwärtsschalten jeweils der nächsthöhere als der gewünschte Gang durchfahren, z. B. vom zweiten auf den dritten der vierte, vom vierten auf den fünften der sechste Gang usw. Um diese uner wünschte Beschleunigung beim Aufwärtsschalten bzw. Verzögerung beim Abwärtsschalten aufzuheben, wird die Antriebsmaschine zu Beginn des Schalt vorganges auf kleinere bzw. grössere Umlaufzahl ge schaltet und beim Umschalten der zweiten Kupp lung wieder auf die Normaldrehzahl umgeschaltet. In Fig. 6 ist der Umschaltvorgang graphisch darge stellt.
Da die Zeit zum Gangwechsel sehr kurz ist (sie beträgt nur Bruchteile von Sekunden), kann bei Antrieb durch einen polumschaltbaren Drehstrom kurzschlussläufermotor die Wicklung für die kleinere Umlaufzahl für eine kurze Einschaltdauer ausgelegt werden; im allgemeinen wird<B>10%</B> ED ausreichend sein. Unter diesen Bedingungen ist der Platzbedarf für die zweite Windung nicht gross, so dass sich eine nur geringe Vergrösserung des Elektromotors ergibt bzw. bei Einhaltung der normalen Motorgrösse eine nur geringe Leistungsminderung bei Normaldrehzahl.
In Fig. 3 ist 21 die Getriebe-Eingangswelle und 24 die Ausgangswelle. Auf der Eingangswelle 21 ist das Sonnenrad 26b der ersten Getriebegruppe 26 angeordnet, deren Hohlrad 26a durch die Bremse Bi abgebremst werden kann. Mittels der Reibkupp lung K1 wird das Hohlrad mit der Antriebswelle 21 verbunden, das heisst diese Übersetzungsstufe abge schaltet. Der Steg 26d zu den Planetenrädern 26c ist mit dem Hohlrad 27a der nächsten Getriebe gruppe 27 verbunden. Mittels der Bremse B., ist das Hohlrad 27a abbremsbar. Das zugehörige Sonnenrad 27b ist fest auf der Antriebswelle 21 angeordnet.
Die Planetenräder 27c sind auf gemeinsamer Welle mit einem weiteren Planetenradsatz 28b angeordnet, der mit dem Hohlrad 28n im Eingriff steht. Dieses Hohlrad 28a ist mit der Bremse B; ausgestattet. Die gemeinsame Hohlwelle der Planetenräder 27c und 28b ist frei drehbar auf einer mit dem Steg 28c fest verbundenen Welle gelagert. Dieser Steg ist mit dem Hohlrad 29a des Getriebes 29 fest verbunden.
Das Sonnenrad 29b des Getriebes 29 ist mittels der Bremse B4 abbremsbar und mittels der Reibkupp lung K, mit der Abtriebswelle 24 kuppelbar, wäh rend der zugehörige Steg fest mit der Abtriebswelle 24 verbunden ist.
For speed control under load switchable transmission, in particular for machine tools The invention aims to create an under load switchable transmission in which the change in the torque or the speed at the output shaft when changing gears occurs continuously and without any shock. Such gears are required in particular for machine tools in order to always achieve the same high cutting pressure on the tool - even during a gear change.
This is an urgent requirement for modern processing technology with high cutting speeds of up to more than 500 m / min when using ceramic plates that are very sensitive to breakage.
These requirements can be met without difficulty with simple in-line transmissions in which only one clutch has to be opened to change gear and another of the same size has to be closed. With a larger number of gears, however, these series transmissions would be too extensive. The group transmissions take their place, but when changing gears, several clutches of different sizes have to be opened or closed. This opening of one and closing of the other clutches leads to brief switching through a far lower or higher gear, so that the output shaft drives undesirable accelerations or decelerations or is braked by simultaneously coupling two gears (blocking). This in turn has the consequence that z.
B. in a machine tool, the cutting pressure of the tool is temporarily reduced or increased. These changes in cutting pressure can cause the tool to break.
It is true that the switch-on and switch-off points of the clutch can be shifted relative to one another using timing relays so that only the desired gear actually becomes effective, but an associated time setting would then have to be made for each torque that occurs. On the one hand, this leads to rather complicated and expensive controls, and on the other hand, the system is in an unstable state during the switchover. As already mentioned, during a gear change, the simultaneous coupling of two gears can lead to a blockage and thus to undesired braking of the drive shaft.
If the drive machine is dimensioned accordingly, the increased torque can be overcome in the event of a blockage; z. B. when driven by an electric motor, the torque caused by the blocking must not exceed the breakdown torque of the motor. However, if there is more than one blockage, the output shaft will always experience a delay.
According to the invention, the speed of the drive machine is increased or decreased during the switching time of the clutches, so that there is no increase or decrease in speed beyond the desired or existing output speed. If the drive is carried out by a three-phase squirrel cage motor, z. B. a polum switchable motor selected, the winding for the switching speed only needs to be designed for a short switch-on duration, z. B. 10% ED. This results in only a small change in the motor circumference compared to a motor with normal speed.
When driven by a direct current motor, its speed is expediently changed by regulating the field excitation or armature voltage by means of a servomotor. Here, the servomotor can, depending on the gearbox output speed, e.g. B. controlled by frequency-dependent relays, or by a tachometer generator, which works via an amplifier to a suitable speed control device.
It is advantageous to shift the clutches in such a way that when changing to the next gear, the gear is first shifted two or more gear steps higher and then back to the desired gear by changing the clutch again. In this way it can be achieved that only one clutch is changed per switching step and the additional bridging torque necessary for a load switch can be applied by the drive machine. In order to achieve a constant change in the output speed when changing gear, z.
B. with the beginning of the gear change when shifting up the speed of the drive machine is reduced and at the beginning of the second switching phase, the drive machine is brought back to normal speed.
The gear change can also take place in more than two phases; the pole-changing motor can then also be equipped with more than one auxiliary winding.
In the drawing, an embodiment is shown schematically in a known manner. In addition, an embodiment of the invention is then shown schematically. They show: Fig. 1 the schematic diagram of an eight-speed transmission in a known arrangement, Fig. 2 the shift pattern of the clutches of the Ge transmission according to Fig.l. 3 shows the schematic diagram of an eight-speed transmission according to the invention,
Fig. 4 shows the circuit diagram of the clutches of the Ge transmission according to Fig.3. Fig. 5 is a graphical representation of the gear change in the transmission of FIG. 1, Fig. 6 is a graphical representation of the gear change in the transmission of FIG.
In Fig. 1 an eight-speed transmission constructed in a known manner is shown. The eight gears are generated by means of the three group transmissions 9, 10 and 11, it being particularly noteworthy that three clutches are switched on for each of the gears. While the gear group 9, which is directly connected to the gear input shaft 1, rotates in the first and each further gear designated by an odd number, the sun gear 9b is locked in the other gears.
The transmission group 10 is effective in the first to fourth gear by closing the associated clutch Bz, while in the fifth to eighth gear by closing the clutch K, this group rotates in a block. The transmission group 11 is effective in the first, second, fifth and sixth gear by engaging the clutch B3, in the third, fourth, seventh and eighth gear this gear group rotates in the block by engaging the clutch K3.
In this group, when shifting from fourth to fifth gear results in the undesired change of three engaged clutches, since when switching results in driving through the third and seventh or third and second gears, which results in considerable accelerations or delays in the Output shaft are called forth. The gear change is shown graphically in FIG. The structure of the transmission according to the invention, which can be shifted for speed control under load, is chosen so that only one or two clutches have to be shifted when changing the gear ratio.
With the successive connection and disconnection of two clutches, the next higher than the desired gear is passed through when upshifting, z. B. from the second to the third of the fourth, from the fourth to the fifth of the sixth gear, etc. To cancel this unwanted acceleration when shifting up or deceleration when shifting down, the drive machine is switched to a smaller or larger number of revolutions ge at the beginning of the switching process and when the second clutch is switched back to normal speed. In Fig. 6, the switching process is graphically Darge provides.
Since the time to change gears is very short (it is only a fraction of a second), the winding can be designed for the smaller number of revolutions for a short duty cycle when driven by a pole-changing three-phase squirrel-cage motor; in general, <B> 10% </B> ED will be sufficient. Under these conditions, the space requirement for the second winding is not great, so that there is only a slight increase in the size of the electric motor or, if the normal motor size is maintained, only a slight reduction in performance at normal speed.
In Fig. 3, 21 is the transmission input shaft and 24 is the output shaft. The sun gear 26b of the first gear group 26 is arranged on the input shaft 21, the ring gear 26a of which can be braked by the brake Bi. By means of the Reibkupp treatment K1, the ring gear is connected to the drive shaft 21, which means that this gear ratio is switched abge. The web 26d to the planetary gears 26c is connected to the ring gear 27a of the next gear group 27. The ring gear 27a can be braked by means of the brake B. The associated sun gear 27b is fixedly arranged on the drive shaft 21.
The planet gears 27c are arranged on a common shaft with a further planetary gear set 28b, which meshes with the ring gear 28n. This ring gear 28a is connected to the brake B; fitted. The common hollow shaft of the planetary gears 27c and 28b is freely rotatable on a shaft firmly connected to the web 28c. This web is firmly connected to the ring gear 29 a of the gear 29.
The sun gear 29b of the transmission 29 can be braked by means of the brake B4 and can be coupled to the output shaft 24 by means of the Reibkupp treatment K, while the associated web is firmly connected to the output shaft 24.