DE3100014A1 - Stufenlos regelbares getriebe fuer werkzeugmaschinen - Google Patents

Description

• Stufenlos regelbares Getriebe für Werkzeugmaschinen.
• Die Erfindung stellt ein mechanisches, stufenlos regelbares Getriebe dar. Wegen des hohen Regelbereiches eignet es sich als Hauptgetriebe für Werkzeugmaschinen und für bestimmte Anwendungsgebiete als 0-Getriebe oder + -Getriebe.
• Die bisher gebräuchlichen Getriebe sind mechanischer oder hydraulischer Art. Als mechanische Getriebe wären hauptsächlich zu nennen: Reibradgetriebe, mit kegeligem oder ebenem Reibring, Regelbereich B =5:I Gsnzstahl-Reibgetriebe, mit zwei spreizbaren Kegelpaaren und dazwischen laufendem Stahlring, Regelbereich B=9:I Stufenlos-Riemengetriebe , mit einem oder zwei spreizbaren Kegelpaaren und dazwischen laufendem Keilriemen, Regelbereich B =3:I bzw. 9:I Stufenlos-Kettengetriebe, mit zwei spreizbaren Kegelpaaren und einer dazwischen laufenden lamellenglieder kette oder Rollengliederkette, Regelbereich B=6:I bzw.
• B=IO:I .
• Die hydraulischen Getriebe erreichen einen praktisch ausnutzbaren Regelbereich von B c 30:I Es sind aus der Fachliteratur und früheren Patentanmeldungen ( DE-PS 948750, DE -OS 2645577, DE-OS 2634849, GB- I296423 ) Konstruktionen bekannt, bei denen ein Zusammenwirken der oben genannten stufenlosen Getriebe mit Vorgelegen, Kupplungen, Differentialgetrieben oder Planetengetrieben vorgesehen ist. Dadurch wird u.a.
• eine Erweiterung des Regelbereichs erreicht.
• Die im Werkzeugmaschinenbau gebräuchlichen stufenlosen Getriebe sind durch ihren mehr oder weniger großen Schlupf, dem meist kleinen Wirkungsgrad und dem kleinen Regelbereich in ihrer Einsatzmöglichkeit eingeschränkt.
• Das hier zum Patent angemeldete Getriebe besteht aus einem Differentialgetriebe und einem, mittels Zahnrädern angekuppelten, stufenlosen Steuergetriebe. Beide Getriebe-Hauptgruppen werden zentral von einem Elektromotor angetrieben. Die besondere Anordnung des Differentialgetriebes mit dem stufenlosen Steuergetriebe ( siehe Zeichnungen Fig. I, (3) und Fig. 2) und deren Zusammenwirken, mit dem Effekt der unmittelbaren Vervielfachung des verwendeten stufenlosen Steuergetriebes, ist Gegenstand der hier beschriebenen Erfindung.
• Diese Erfindung ist nur vergleichbar mit der unter DE-OS 2645577 genannten Konstruktion, weil auch hier eine unmittelbare, das heißt ohne dazwischengeschaltete Stufengetriebe, Kupplungen u.s.w., Vervielfachung des Regelbereichs des verwendeten stufenlosen Steuergetrie bes erreicht wird. An Stelle eines Differentialgetrie bes ( Ausgleichsgetriebes) wird hierbei ein Planetenge triebe als Differential verwendet. Ein Ausgleichsgetriebe und ein Planetengetriebe unterscheiden sich aber nicht nur grundsätzlich im Aufbau, sondern auch in der Wirkung. Die Größe der möglichen Erweiterung des Regelbereichs wird bei einem Planetengetriebe ausschließlich durch das Zähnezahl-Verhältnis von Sonnenrad, Planetenrad und der Innenverzahnung des Außenringes bestimmt.
• Durch Untersetzungs- oder Übersetzungsmaßnahmen zwischen dem stufenlosen Steuergetriebes und dem Planetengetriebe kann nur die Lage des Drehzahlbereichs in Plus- oder Minusrichtung verschoben werden ( siehe Stufenlos verstellbare mechanische Getriebe", Springer-Verlag ).
• Bei Verwendung eines Differentialgetriebes kann dagegen durch entsprechende Ubersetzungsmaßnahmen nicht nur die Lage des Regelbereiches, sondern auch die Größe der degelbereichs- Erweiterung beliebig verändert werden.
• Außerdem ist der Effekt der Regelbereichs-Erweiterung um etwa das IO-fache höher als bei Verwendung eines Planetengetriebes.
• Wird dieses neuartige Getriebe als sogenanntes O-Getriebe ausgelegt, dann wird ein Drehzahlbereich von 0' 2243U/min oder ein Drehzahlbereich im Minus-Bereich von 0.~ -IrI99,9 U/min erreicht. Als + -Getriebe ( regelbar von einer Drehrichtung in die entgegengesetzte Richtung über die Drehzahl O ) wird ein Drehzahlbereich von + I866U/min bis - I866 U/ min erreicht.
• Die vorgenannten Drehzahlen sind Grenzwerte bei Verwendung eines stufenlosen Steuergetriebes mit einem degelbereich von B=5:I und einer Antriebsdrehzahl von I400 U/ min . Der praktisch ausnutzbare Xegelbereich für Werkzeugmaschinen liegt im Plus-Bereich und beträgt ca. B= 200:I Dieses Getriebe arbeitet, abgesehen vom Steuergetriebe, schlupffrei und hat einen Gesamtwirkungsgrad von E Je nach Wahl der Steuergetriebeart kann dieses Getriebe praktisch für alle erforderlichen Leistungen gebaut werden.
• Wird in einer Werkzeugmaschine dieses neuartige Getriebe als Hauptgetriebe eingebaut, dann ist es erstmalig möglich, den gesamten Drehzahlbereich stufenlos abzudecken. Das hat den Vorteil, da bei der spanabhebenden Fertigung von Werkstücken immer die optimale Schnitte schwindigkeit eingestellt werden kann und dadurch die Hauptnutzungszeit verkürzt wird.
• Das in der Zeichnung ( 31. I, Fig. I ) dargestellte Getriebe ist ausgelegt für eine Drehmaschine mit einem stufenlos regelbaren Drehzahlbereich von I2 ; 2246U/min und einer Antriebsleistung von I2 kW In der folgenden Berechnung der Drehzahl-, Beistungs-und Drehmomenteverhältnisse werden , der Einfachheit halber, der Schlupf des Steuergetriebes und der Leist ungsverlust durch reibung nicht berücksichtigt.
• Zunächst die rechnerische Untersuchung der Drehzahlen: Wird beim Differentialgetriebe ( Zeichnung I, Fig. I die Zahntrommel I gedreht, dann stellt sich an Welle 2 und Welle 3 , im Leerlauf oder bei gleicher eine gleich große Drehzahl in der selben Richtung ein.
• Beträgt die Drehzahl der Zahntrommel I I400 U/min, dann hat Welle 2 I400 U/min und Welle 3 I400 U/min ( Summe der Drehzahlen von Welle I und Welle 2 = t n = 2800 ). Wird in einem Grenzfall Welle 2 blockiert, dann hat Welle 3 2800 U/min, wird im anderen Grenzfall Welle 3 blockiert, dann hat Welle 2 2800 U/min . Wird nun die Zahntrommel I ( zI ) mit dem Außenkegel z4 und Welle 3 ( Z6) mit dem Innenkegel z5 des Steuergetriebes verbunden und wird mit diesem Steuergetriebe das Drehzahlverhältnis von Welle 3 zu Zahntrommel I durchgesteuert, dann ist in einem sehr großen Regelbereich jede Zwischendrehzahl möglich.
• Rechenteispiel: gegeben: zI = 166 , z2 = 100 z3 = 100 , z4 = 116 , z5 = I66 , z6 = 116 , DI = 3I7mm dI = 63 mm , D2 = 326 mm , nan = I400 U/min.
• Der Regelbereich ist demnach B = I87:I Als O-Getriebe Sir Drehzahlen im Plus-Bereich wird für DI= 3I8,4 mm und für dI = 63,7 mm gesetzt . Es errechnet sich dann für nab min = 0 U/min und für nab max =2240 U/min Als 0- Getriebe für Drehzahlen im Minus-Bereich wird für DI 1591,9 mm und für dI =3I8,4 mm gesetzt ( Ubbersetzungsgetriebe zwischen zI und z4 ( Fig.I) erforderlich ). Es errechnet sich für nab min = -III99.9 U/min und für nab max = O U/min Als -+ -Getriebe wird für DI = 530,7 min und für dI = 106,15 mm gesetzt ( Uebersetzungsgetriebe erforderlich ). Es errechnet sich für nab min = - I866 U/min und für nab max =+ I866 U/min Bei der Untersuchung der Leistungsverhältuisse ergibt sich folgendes: Liegt an Zahntrommel I eine Leistung von I2 kW an, dann stehen an Welle 2 und Welle 3 bei gleicher Belastung Je 6 kW zur Verfügung. Wird im ersten Grenzfall Welle 2 blockiert, dann stehen an Welle 3 I2 kW zur Verfügung und im zweiten Grenzfall stehen an Welle 2 I2 kW zur Verfügung, wenn Welle 3 blockiert wird.
• Daraus läßt sich folgern, daß der Beistungsanteil der jeweils blockierten Welle auf die jeweils andere Welle umgeleitet wird. Dieser Effekt tritt auch bei jeder Zwischendrehzahl auf, so, daß bei vorliegender Konstruktion an der Abtriebswelle 2 immer die gesamte Antriebsleistung von I2 kW ( minus Reibungsverlust ) zur Verfügung steht.
• Berechnung der Drehmomenteverhältnisse: Ist Welle 3 blockiert, dann hat Welle 2 ein Drehmoment Bei vorliegender Konstruktion ( Fig. I ) errechnet sich ein maximales Drehmoment von: und ein minimales Drehmoment von: Bei Verwendung dieses hier zum Patent angemeldeten stufenlosen Getriebes als Hauptgetriebe für Werkzeugmaschinen, wird eine besondere konstruktive Berücksich; tigung der hohen im Differentialgetriebe auftretenden Drehmomente erforderlich.
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Claims (4)

1. Patentansprüche.

   9 stufenlos regelbares Getriebe für Werkzeugmaschinen dadurch gekennzeichnet, daß es aus einem Differentialgetriebe ( Ausgleichsgetriebe ) und einem herkömmlichen stufenlosen Getriebe, das als Steuergetriebe fungiert, besteht. Die Eingangswelle und die Ausgangswelle des Steuergetriebes ist mittels Zahnrädern an die Zahntrommel I bzw. die Welle 3 angekoppelt, so, daß das Brehzahlverhältnis der Zahntrommel zur Welle 3 durchgesteuert werden kann.
2. 2.--nach Patentanspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß das Differentialgetriebe und das stufenlose Steuergetriebe zentral von einem Elektromotor angetrieben werden.
3. 3.--nach Patentanspruch I. dadurch gekennzeichnet, daß als Steuergetriebe jede bekannte Konstruktion , wie z.B.

   Reibradgetriebe, Ganzstahl-Reibgetriebe, Stufenlos-Riemengetriebe, Stufenlos Kettengetriebe usw. verwendet werden kann.
4. 4.--nach Patentanspruch I. dadurch gekennzeichnet, daß durch die besondere Anordnung des Differentialgetriebes mit dem stufenlosen Steuergetriebe und deren Zusammenwirken mit dem Effekt der unmittelbaren Vervielfachung des Kegelbereiohs des verwendeten Steuergetriebes auf einen praktisch ausnutzbaren Kegelbereich von B= 200:I der gesamte Drehzahlbereich jeder Werkzeugmaschine stufenlos, ohne Schalten und Kuppeln, abgedeckt werden kann.