DE1477734C - Hydraulisches Stellgerat fur ein stufenloses Getriebe, insbe sondere fur Werkzeugmaschinen - Google Patents

Description

ständig die optimale Schnittgeschwindigkeit eingehalten werden soll. Diese zweite Forderung läßt sich nur dann erfüllen, wenn sich die Werkstückdrehzahl zwischen zwei Grenzwerten, die je einem bestimmten Werkstückdurchmesser zugeordnet sind, stufenlos verändern läßt, und zwar mit einer Beschleunigung oder Verzögerung — je nachdem ob radial von innen nach außen oder in umgekehrter Richtung gearbeitet wird —, die der radialen Vorschubgeschwindigkeit genau angepaßt ist.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Getriebe der eingangs beschriebenen Gattung zu schaffen, dessen Schubkolbenstellmotor mit einfachen Mitteln derart steuerbar ist, daß einmal festgelegte Übersetzungswerte des stufenlosen Getriebes ebenso eingehalten und wiederholt eingestellt werden können wie die festen Übersetzungsverhältnisse eines Zahnradschaltgetriebes und daß dennoch ein stetiger und beliebig langsamer Übergang von jeder stabilen Übersetzungseinstellung des stufenlosen Getriebes zur nächsten stabilen Übersetzungseinstellung möglich ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Kombination folgender für sich bekannter Merkmale gelöst:

a) der Zylinder des Schubkolbenstellmotors weist an seinen beiden Enden je einen Druckmitteleinlaß und dazwischen in Zylinderlängsrichtung gegeneinander versetzte, vom Schubkolben des Stellmotors einzeln abdeckbare Druckmittelauslasse auf, von denen wahlweise jeweils einer über ein Steuerventil mit einer Entlastungsleitung verbindbar ist;

b) die Entlastungsleitung weist zum Einstellen der Stellgeschwindigkeit eine einstellbare Drosselstelle auf.

Durch die Erfindung wird mit einem Schubkolbenstellmotor, der nur einen einzigen Kolben aufweist, eine beliebige Anzahl von Einstellmöglichkeiten geschaffen, die der Anzahl der Druckmittelauslässe entspricht. Jeder eingestellte Übersetzungswert läßt sich mit großer Genauigkeit einhalten, da der Schubkolben nur so breit zu sein braucht, daß er jeweils einen der Druckmittelauslässe gerade abdeckt und deshalb schon bei einer geringen Auslenkung aus einer seiner Abdeckstellungen eine Rückstellkraft selbsttätig dadurch entstehen läßt, daß von dem Zylinderraum auf seiner einen Seite eine gewisse Druckmittelmenge durch den infolge der Auslenkung nicht mehr vollständig abgedeckten Druckmittelauslaß abströmt, so daß sich der Druck auf dieser Kolbenseite bei unvermindertem Druck auf der anderen Kolbenseite vorübergehend vermindert, bis der Schubkolben in seine Sollstellung zurückgekehrt ist. Neben dieser Eigenschaft, den jeweils gewünschten Ubersetzungswert des stufenlosen Getriebes genau einzuhalten, hat das erfindungsgemäße Stellgerät aber den zusätzlichen Vorteil, daß es einen beliebig langsamen Übergang von einem Übersetzungswert auf einen anderen ermöglicht.

In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung ist die einstellbare Drosselstelle in einem sämtlichen Auslassen zugeordneten Abschnitt der Entlastungsleitung angeordnet und einem Absperrventil parallel geschaltet. Der Vorteil dieser Weiterbildung besteht darin, daß die einstellbare Drosselstelle durch Öffnen des Absperrventils umgangen werden kann, so daß beispielsweise bei der Verwendung eines erfindungsgemäßen Stellgeräts an einer Drehmaschine bestimmte Absätze, Bunde od. dgl., die nicht bearbeitet werden sollen, ohne Zeitverlust einfach übersprungen werden können und die Drehmaschine am Ende des Absatzes, Bundes od. dgl. gleich mit der neuen Werkstückdrehzahl weiterarbeiten kann.

Es ist ferner zweckmäßig, wenn die Verbindung zwischen der Kolbenstange des Schubkolbengetriebes und dem stufenlosen Regelgetriebe ein verstellbares mechanisches Zwischenglied umfaßt, insbesondere einen Hebel, dessen ortsgebundene Lagerung in Längsrichtung des Hebels sowie parallel zur Kolbenstange verstellbar ist. Hieraus ergibt sich der weitere Vorteil, daß man für eine große Zahl verschiedener Anwendungen des erfindungsgemäßen Stellgeräts mit einem bestimmten Schubkolbenstellmotor auskommen kann, da bei gegebener Anordnung der Druckmittelauslässe am Zylinder mindestens bei zwei stabilen Regelstellungen des stufenlosen Regelgetriebes bestimmte Drehzahlen genau erreicht und eingehalten werden können.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht von Teilen einer Werkzeugmaschine mit einem hydraulischen Stellgerät für ein stufenloses Getriebe,

F i g. 2 eine vergrößerte Ansicht des Stellgeräts mit Schnitt durch das Getriebe,

F i g. 3 einen Längsschnitt durch einen Schubkolbenstellmotor des Stellgeräts und

Fig.4 eine gegenüber Fig. 1 abgewandelte Verbindung des Stellmotors mit dem Getriebe.

Die in F i g. 1 teilweise dargestellte Werkzeugmaschine ist beispielsweise eine Drehbank mit einem längs eines Bettes B beweglichen Schlitten A. Die Drehbank besitzt eine Spindel C, die über ein Schaltgetriebe D und ein stufenloses Getriebe E von einem Elektromotor F angetrieben wird.

Am Schlitten A ist, im dargestellten Beispiel mittels starrer Zwischenglieder 1, eine Platte 2 befestigt, die zu der Bewegungsrichtung des Schlittens parallele Nuten 2 α aufweist. In diesen Nuten sind in bekannter Weise Nocken oder Anschläge 3 zu befestigen, die mit Betätigungshebeln 4 einer der Anzahl der Nuten entsprechenden Anzahl elektrischer Schalter zusammenwirken. Die vier oberen der zu einem Block 6 zusammengefaßten Schalter sind durch Leitungen 5 unter anderem mit vier Elektromagnetventilen IA, IB, 7 C und 7 D verbunden. Die drei folgenden Schalter sind durch Leitungen 8 mit Steuerelementen des Schaltgetriebes D verbunden.

Das Schaltgetriebe D hat eine Abtriebswelle 9, die mit der Spindel C identisch sein kann, und eine dazu parallele Antriebswelle 10. Auf der Antriebswelle 10 sind Zahnräder 11, 12 und 13 befestigt, die im ständigen Eingriff mit Zahnrädern 14, IS und 16 auf der Antriebswelle 10 stehen. Die Zahnräder 14,15 und 16 sind auf der Abtriebswelle 9 frei drehbar gelagert, können aber durch beispielsweise elektromagnetisch betätigbare Kupplungen 14 a, 15 a und 16 a einzeln mit der Abtriebswelle drehfest verbunden werden. Die Kupplungen 14 a, 15 a und 16 a können von je einem der Nocken 3 und zugehörigen Schalter des Blocks 6 geschaltet werden.

Zum stufenlosen Getriebe E gehören zwei verstellbare Riemenscheiben 17 und 18, die ein Keilriemen 19 verbindet. Die Riemenscheibe 17 ist auf der An-

triebswelle 10 des Schaltgetriebes D axial beweglich angeordnet und aus zwei Flanschen 17 α und 17 b zusammengesetzt, die von einer Feder 20 gegeneinandergedrückt werden. Die Riemenscheibe 18 besteht gleichfalls aus zwei gegeneinander axialbeweglich auf der Welle 21 des Motors F angeordneten Flanschen 18 a und 18 fo, deren axialer Abstand von einem Schubkolbenstellmotor G bestimmt wird.

Der Schubkolbenstellmotor G besteht aus einem Zylinder 23 und einem Schubkolben 24 mit einer Kolbenstange 25 konstanten Querschnitts, die sich durch die beiden Stirnwände 26 und 27 des Zylinders erstreckt. Die Kolbenstange 25 ist über ein doppeltwirkendes Axialkugellager 40 mit einer Nabe 18 c des verstellbaren Flansches 18 a der Riemenscheibe 18 verbunden. Die beiden Enden des Zylinders 23 sind an eine gemeinsame, sich gabelnde Leitung 28 über je einen Druckmitteleinlaß 29 α, 29 b angeschlossen. Die Leitung 28 wird von einer ständig laufenden Zahnradpumpe 31 mit Drucköl gespeist, das aus einem Ölsumpf 30 gefördert wird. Der Druck in der Leitung 28 wird von einem Überströmventil 39 auf einem bestimmten Wert gehalten.

Der Zylinder 23 weist vier Druckmittelauslässe 32Λ, 32B, 32C und 32D auf, die in gleichmäßigen axialen Abständen, gegebenenfalls längs einer Schraubenlinie, angeordnet sind. Von jedem Druckmittelauslaß führt ein Kanal 33^4 bzw. 33 B bzw. 33 C bzw. 33 D zu einer gemeinsamen Entlastungsleitung 35, die in den Ölsumpf 30 mündet. Die Länge der Druckmittelauslässe 32 A bis 32 D in Achsrichtung des Zylinders 23 ist gleich der axialen Länge der mit dem Zylinder in Berührung stehenden Mantelfläche 24 a des Schubkolbens 24; der Schubkolben kann daher jeweils einen der Druckmittelauslässe in einer genau festgelegten Stellung gerade abdecken.

Die Kanäle 33 A bis 33 D werden von je einem der erwähnten Elektromagnetventile TA bis 7D gesteuert, deren Magnetspulen über die zugeordneten Schalter 4 gespeist werden. Die zum Ölsumpf 30 zurückführende Entlastungsleitung 35 enthält ein elektromagnetisch betätigbares Absperrventil 36, dem über eine Umgehungsleitung 37 eine einstellbare Drosselstelle 38 parallelgeschaltet ist. Von den Ventilen 7 A bis 7 D ist jeweils nur eines geöffnet.

Bei gleichbleibender Stellung sämtlicher Ventile TA bis 7D ist der Schubkolben 24 auf seinen beiden Stirnseiten gleichen Drücken ausgesetzt und verharrt deshalb in einer Stellung, in der er denjenigen Druckmittelauslaß 32,4, 32 B, 32 C oder 32 D abdeckt, der über das ihm zugeordnete, geöffnete Ventil TA, 7 B, 7 C oder 7 D freien Abfluß zur Entlastungsleitung 35 hat.

Wenn aber durch Öffnen eines der bisher geschlossenen Ventile TA, TB, TC oder TD und Schließen des Ventils, das dem vom Schubkolben 24 bisher abgedeckten Druckmittelauslaß zugeordnet ist, der eine der beiden Druckmittelräume des Zylinders 23 entleert wird, verschiebt sich der Schubkolben 24 so lange, bis er den Druckmittelauslaß 32.4, 32 B, 32 C oder 32 D, dessen zugehöriges Ventil nun geöffnet ist, genau abdeckt. Durch seine Verschiebung verändert der Schubkolben 24 den wirksamen Durchmesser der Riemenscheibe 18 und infolgedessen das Übersetzungsverhältnis des stufenlosen Getriebes E auf einen anderen festgelegten Übersetzungswert.

Die Auswahl einer der vier festgelegten Ubersetzungswerte des stufenlosen Getriebes E in Verbindung mit der Auswahl eines der drei Zahnrad-Übersetzungsverhältnisse des Schaltgetriebes D ergibt eines von zwölf möglichen Übersetzungsverhältnissen der Gesamtanordnung.

Wenn das Absperrventil 36 geschlossen ist, ermöglicht die Drosselstelle 38 eine von ihrer Einstellung abhängige, mehr oder weniger langsame Verschiebung des Schubkolbens 24 und damit eine allmähliehe Veränderung des Übersetzungswertes des stufenlosen Getriebes. Diese Veränderung kann so langsam vor sich gehen, wie es nötig ist, damit beispielsweise beim Drehen einer Planfläche während des Übergangs vom kleinsten Durchmesser der Planfläche auf den größten eine bestimmte Schnittgeschwindigkeit genau eingehalten wird.

Bei geöffnetem Absperrventil 36 ist es dagegen wegen der elektromagnetischen Betätigung der Ventile TA bis 7D und des geringen Wegs des Schubkolbens 24 möglich, in sehr kurzer Zeit von einem Ubersetzungswert auf einen anderen überzugehen; mit anderen Worten ist die Ansprechzeit des stufenlosen Getriebes E vergleichbar mit derjenigen von rein mechanischen Schaltgetrieben mit im Betrieb schaltbaren Kupplungen.

Um eine genaue Einstellung der vom stufenlosen Getriebe E gelieferten Drehzahlen trotz fertigungsbedingter Längentoleranzen des Keilriemens 19 und seiner Längenänderungen im Betrieb zu ermöglichen, ist die Kolbenstange 25 des Schubkolbenstellmotors G mit der Riemenscheibe 18 vorzugsweise durch einen einstellbaren Hebel 41 gemäß F i g. 4 verbunden. Die Kolbenstange 25 ist mit dem einen Ende des Hebels 41 gelenkig verbunden, der seinerseits durch ein Gelenk 42 mit dem doppeltwirkenden Axiallager 40 und somit auch mit der Riemenscheibe verbunden ist. Der Hebel 41 ist an einem Bügel 43 angelenkt, der seinerseits an einem Lagerbock 44 gelagert ist. Der Lagerbock 44 ist durch einen Gewindebolzen 44 a an einem Teil 45 des Maschinengestells einstellbar befestigt. Der Hebel 41 weist an seinem dem Bügel 43 zugeordneten Ende mehrere Löcher 46 auf, In die der Bügel wahlweise eingehängt werden kann.

Die Einstellung eines der festgelegten Übersetzungswerte des stufenlosen Getriebes E auf den genauen Sollwert an Hand eines Drehzahlmessers wird dadurch erreicht, daß man den Lagerbock 44 durch Drehen an dem Gewindebolzen 44 α einstellt. Die Stufung zwischen zwei aufeinanderfolgenden Übersetzungswerten ergibt sich durch die Auswahl des Lochs 46 des Hebels 41, in das der Bügel 43 eingehängt ist.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist das stufenlose Getriebe ein Keilriemengetriebe. Es ist ebenso möglich, ein stufenloses Regelgetriebe mit kegelförmigen Reibrädern oder mit einem Treibriemen aus Metall oder irgendein anderes Regelgetriebe zu verwenden, das eine vom Schubkolbenstellmotor ausgeübte Kraft benötigt, um eine Drehzahländerung zu erreichen und anschließend eine Aufrechterhaltung dieser Kraft, um das Gleichbleiben dieser Drehzahl sicherzustellen.

Schließlich könnten die Elektromagnetventile TA bis 7 D ebenso wie das elektromagnetisch betätigbare Absperrventil 36 durch Ventile ersetzt sein, die von Hand oder von der Maschine mittels Gestänge betätigt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

1 2 den Zylinder aus jeder beliebigen Stellung in eine Patentansprüche: Mittelstellung, in der die beiden von je einem Kolben und einem Ende des Zylinders begrenzten Zylinder-

1. Hydraulisches Stellgerät zur schrittweisen räume jeweils etwa ebenso groß sind wie der von den Übersetzungsverstellung auf festgelegte Überset- 5 beiden Kolben begrenzte Zylinderende. Dabei wird zungswerte für ein stufenloses Getriebe, inbeson- der Kolben am ersten Zylinderende vom Steuerdruck dere für Werkzeugmaschinen, mit einem Schub- gegen einen Anschlag im Zylinder gedrückt. Eine kolbenstellmotor, dessen Stellung über mehrere über den Anschlag hinausreichende Stange dieses Druckmittelleitungen und mehrere Steuerventile Kolbens bildet einen Anlagepunkt für den Kolben am bestimmt wird, gekennzeichnet durch die io zweiten Zylinderende, der infolge eines geringeren Kombination folgender für sich bekannter Merk- Beaufschlagungsquerschnittes mit einer etwas gerinmale: geren Kraft beaufschlagt ist als der andere Kolben.

a) der Zylinder (23) des Schubkolbenstellmo- Er vermag somit in dieser Mittelstellung den anderen tors (G) weist an seinen beiden Enden je Kolben nicht vom Anschlag wegzudrücken. Hiereinen Druckmitteleinlaß (29 a, 29 b) und da- 15 durch ist es möglich, die Mittelstellung der beiden zwischen in Zylinderlängsrichtung gegenein- Kolben genau einzuhalten. Außer dieser Mittelstelander versetzte, vom Schubkolben (24) des lung ist zu beiden Seiten der Mittelstellung noch je Stellmotors einzeln abdeckbare Druckmittel- eine weitere Stellung möglich. Mit dem bekannten auslasse (32 A bis 32 D) auf, von denen Stellgerät sind somit nur drei feste Übersetzungsverwahlweise jeweils einer über ein Steuerventil 20 hältnisse einstellbar.

(7/4 bis TD) mit einer Entlastungsleitung Weiterhin lassen sich verschiedene feste Überset-

(35) verbindbar ist; Zungsverhältnisse mittels einfacher Schieberäderge-

b) die Entlastungsleitung weist zum Einstellen triebe erhalten; diese Lösung ist wegen der Schwierigder Stellgeschwindigkeit eine einstellbare keiten des Umschaltens von einer Geschwindigkeit Drosselstelle (38) auf. 25 auf eine andere während des Betriebes für automati-

2. Stellgerät nach Anspruch 1, dadurch gekenn- sehen Betrieb, insbesondere bei Werkzeugmaschinen zeichnet, daß die einstellbare Drosselstelle (38) in kaum brauchbar.

einem sämtlichen Auslässen (32^4 bis 32D) zu- Man verwendet auch Getriebe mit nur zwei oder geordneten Abschnitt der Entlastungsleitung (35) drei während des Laufs ein- und auskuppelbaren angeordnet und einem Absperrventil (36) parallel 30 Gängen. Bei solchen Getrieben lassen sich die Übergeschaltet ist. Setzungsverhältnisse der einzelnen Gänge mittels

3. Stellgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch Wechselrädern verändern. Eine solche Ausführung gekennzeichnet, daß die Verbindung zwischen der ist kräftig und billig, aber unbequem, weil sie zu häu-Kolbenstange (25) des Schubkolbengetriebes (G) figem Umrüsten zwingt.

und dem stufenlosen Regelgetriebe (E) ein ver- 35 Um diesen Nachteil zu vermeiden, sind bereits im stellbares mechanisches Zwischenglied umfaßt, Betrieb schaltbare Getriebe mit zehn oder mehr insbesondere einen Hebel (41), dessen ortsgebun- Kombinationen vorgeschlagen worden. Solche Gedene Lagerung (43, 44) in Längsrichtung des He- triebe sind leicht zu handhaben, sind aber teuer und bels sowie parallel zur Kolbenstange verstellbar mechanisch wenig zufriedenstellend, denn die in ihist. 40 nen enthaltenen Wellen sind lang und dünn, weshalb

sie für die hergestellten Drehmomentübertragungen nicht genügend starr sind.

Es ist auch schon bekannt, ein stufenloses Getriebe und ein Schaltgetriebe mit geringer Anzahl von even-45 tuell automatisch schaltbaren Übersetzungsverhältnissen zusammenzubauen. Bei dieser bekannten Aus-

Die Erfindung bezieht sich auf ein hydraulisches führung wird das stufenlose Getriebe, das eine erheb-Stellgerät zur schrittweisen Ubersetzungsverstellung liehe Stellenergie benötigt, von einem hydraulischen auf festgelegte Übersetzungswerte für ein stufenloses oder elektrischen Servomotor gesteuert, der für die Getriebe, inbesondere für Werkzeugmaschinen, mit 50 genaue Anpassung der Arbeitsgeschwindigkeit an die einem Schubkolbenstellmotor, dessen Stellung über Erfordernisse sorgt. Bei automatischem Arbeitsablauf mehrere Druckmittelleitungen und mehrere Steuer- wird das Programm für die Veränderung der Geventile bestimmt wird. schwindigkeit in Gestalt einer Nockenschiene aufge-

Bei einem solchen bekannten Stellgerät (Ölhydrau- geben, die an die Verschiebung des Schlittens der Hk und Pneumatik 1959, Heft 3), das eine Axialkol- 55 Werkzeugmaschine gebunden ist und deren Profil auf benpumpe eines Hochdruck-Axialkolben-Getriebes den erwähnten Servomotor einwirkt,
steuert, besteht der Schubkolbenstellmotor aus einem Diese Einrichtung ermöglicht eine theoretisch unZylinder mit zwei Kolben, die innerhalb des Zylin- begrenzte Zahl von Geschwindigkeiten; sie ist jedoch ders drei Räume voneinander abgrenzen. Das eine auf einen komplizierten Servomotor mit Folgesteue-Ende und der mittlere Bereich des Zylinders sind 60 rung und auf die Einrichtung einer Nockenschiene über je ein Dreiwegeventil wahlweise mit einer angewiesen. Außerdem kann eine Verstellung der Druckmittelquelle oder einer Entlastungsleitung ver- Nockenschiene gegenüber dem Maschinenschlitten bindbar. Das zweite Ende des Zylinders ist mit der die gesamte Regelung verfälschen.
Druckmittelquelle ständig verbunden. Wenn die bei- Zu der Forderung, viele fest und wiederholbar ein-

den Dreiwegeventile so eingestellt sind, daß das erste 65 stellbare Übersetzungsverhältnisse zu schaffen, die an Ende des Zylinders mit der Druckmittelquelle und sich auch mit einem Zahnradschaltgetriebe allein erder mittlere Bereich des Zylinders mit der Entla- füllbar wäre, kommt bei Werkzeugmaschinen hinzu, stungsleitung verbunden ist, dann gelangen die bei- daß auch bei der Bearbeitung von Planflächen u. dgl.