AT503331B1 - Getriebe - Google Patents

Description

2 AT 503 331 B1

Die Erfindung betrifft ein Getriebe mit einem verzahnten Bauteil und einem in den verzahnten Bauteil eingreifenden zweigeteilten Zahnrad, das aus einem Basisteil und einem relativ zum Basisteil schwenkbaren Spannteil besteht, welcher Spannteil durch mindestens eine Feder gegenüber dem Basisteil vorgespannt ist, wobei der Basisteil und der Spannteil im Wesentlichen gleichartige Verzahnungen aufweisen, wobei die Feder zwischen einem ersten Befestigungspunkt am Spannteil und einem zweiten Befestigungspunkt am Basisteil gespannt ist, von welchen Befestigungspunkten mindestens einer radial außerhalb der Verzahnungen von Basisteil und Spannteil gelegen ist.

Bei hochgenauen Antrieben, wie etwa im Werkzeugmaschinenbau, stellt das Zahnflankenspiel von Zahnradantrieben im Allgemeinen ein Problem dar, da die Genauigkeit des Antriebs dadurch beeinträchtigt wird. Besonders problematisch ist dies bei Zahnstangenantrieben, wie sie etwa bei Laserschneidmaschinen oder Fräsplottern eingesetzt werden und wo eine hohe Wiederholgenauigkeit verlangt wird.

Um das Zahnflankenspiel bei Zahnstangenantrieben zu vermeiden ist es bekannt, ein geteiltes Ritzel zu verwenden, dessen Teile durch eine Feder gegeneinander vorgespannt sind. Beide Teile greifen in die gleiche Zahnstange ein, werden aber durch die Feder gegen einander gegenüberliegende Zahnflanken gedrückt. Eine solche Lösung ist beispielsweise in der DE 36 36 699 A beschrieben. Dabei wird eine Schraubenfeder dazu verwendet, die beiden Teile des Ritzels gegeneinander zu spannen. Die Schraubenfeder besitzt dabei im Wesentlichen den gleichen Durchmesser wie die Verzahnung des Ritzels. Die mit dieser Lösung erzielbaren Vorspannmomente sind aufgrund der geometrischen Randbedingungen begrenzt, so dass in Fällen, in denen größere Vorspannmomente benötigt werden, Zahnräder mit entsprechend größerem Durchmesser eingesetzt werden müssen. Dadurch ist es allerdings nicht mehr ohne weiteres möglich, das Übersetzungsverhältnis frei zu wählen, so dass sich konstruktive Einschränkungen ergeben, die vielfach störend sind. Ähnliche Probleme ergeben sich bei anderen Zahnradgetrieben mit Stirnrädern, Kegelrädern oder Hohlrädern.

In der US 2002/0151405 A1 wird ein Zahnradsystem beschrieben, bei dem jedoch keine Klemmringe Bestandteil sind, um das Zahnrad sicher zu befestigen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und ein Getriebe anzugeben, bei dem auch bei Verwendung von Zahnrädern mit kleinem Durchmesser große Vorspannmomente erreichbar sind. Dabei sollen auch ein einfacher Aufbau und eine robuste Ausführung sichergestellt werden. Insbesondere soll eine sichere Befestigung des Zahnrads auf der Welle gewährleistet werden.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Basisteil einen Klemmring aufweist, der dazu ausgebildet ist, den Basisteil mit einer Welle kraftschlüssig zu verbinden. Auf diese Weise ist eine einfache und sichere Befestigung des Zahnrades auf der Welle möglich.

Wesentlich an der Erfindung ist die Entkoppelung des Durchmessers des Zahnrads von der verwendeten Feder. Das Vorspannmoment hängt bei vorbestimmter Federkonstante hauptsächlich von dem Achsabstand der Befestigungspunkte der Feder ab. Dadurch ist es möglich, die Erfordernisse eines großen Vorstandsmoments auch bei einem kleinen Zahnraddurchmesser zu erfüllen und eine robuste Ausführung zu erreichen. Die Feder ist üblicherweise als Stahlfeder ausgebildet, wobei jedoch unter geeigneten Umständen auch andere Werkstoffe, wie etwa Verbundwerkstoffe oder Gummi zum Einsatz kommen können. Gegebenenfalls können Normteile, wie etwa ein Seegerring nach DIN 472 als Feder eingesetzt werden.

Eine besonders bevorzugte Ausführungsvariante der Erfindung sieht vor, dass der Spannteil eine sich in Radialrichtung erstreckende Scheibe aufweist, in deren äußerem Bereich der erste Befestigungspunkt gelegen ist. Dadurch können besonders kompakte Abmessungen erreicht werden. 3 AT 503 331 B1

Dabei ist es besonders bevorzugt, wenn der zweite Befestigungspunkt am äußeren Umfang des Klemmrings angeordnet ist. Eine optimale Befestigung wird ermöglicht, wenn der Basisteil axiale Zungen aufweist, auf denen der Klemmring angeordnet ist und wenn der Klemmring durch eine Schraube in Umfangsrichtung spannbar ausgebildet ist. Insbesondere kann bei dieser Ausführungsvariante das Vorspannmoment auf einfache Weise stufenlos eingestellt und verändert werden.

Ein besonders einfacher Aufbau wird erreicht, wenn der Spannteil in Axialrichtung zwischen einem Verzahnungsabschnitt und dem Klemmring gehalten ist.

Eine weitere Vereinfachung wird erreicht, wenn die Feder als Schraubenfeder ausgebildet ist und wenn insbesondere die Feder eine Windung aufweist.

Besonders hohe Vorspannmomente können erreicht werden, wenn beide Befestigungspunkte radial außerhalb der Verzahnungen von Basisteil und Spannteil gelegen sind.

In einer anderen bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung ist vorgesehen, dass mehrere Federn vorgesehen sind, die sich im Wesentlichen in Radialrichtung erstrecken. Dadurch können besonders hohe Vorspannkräfte erzeugt werden.

Das Vorspannmoment kann insbesondere dadurch optimiert werden, dass die Federn an einem Ende am Spannteil eingespannt sind und am anderen Ende mit einer Scheibe des Basisteils in Verbindung stehen. Dies hat den Vorteil eines einfachen Aufbaus und einer optimalen Wirkung.

Eine weitere Vereinfachung wird erreicht, wenn mindestens sechs, vorzugsweise acht, Federn vorgesehen sind, die in gleichen Umfangabständen angeordnet sind. Dies führ zu einer symmetrischen Einleitung der Kräfte.

In einer bevorzugten Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass der Achsenabstand mindestens eines Befestigungspunktes gleich oder größer ist, als der der Verzahnung. Dies hat eine besonders günstige Kraftübertragung zur Folge.

Die vorliegende Erfindung ist besonders für Zahnstangenantriebe geeignet, da hier das Zahnflankenspiel oftmals schwer beherrschbar ist.

In der Folge wird die Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsvarianten näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 eine erste Ausführungsvariante der Erfindung im Schnitt, Fig. 2 eine Ansicht der Ausführungsvariante der Erfindung in einer Ansicht in Axialrichtung, Fig. 3 und Fig. 4 Ansichten der Feder, Fig. 5 und Fig. 6 geschnittene Darstellungen des Klemmrings, Fig. 7 und Fig. 8 Darstellungen des Grundkörpers des Basisteils, Fig. 9 und Fig. 10 Darstellungen des Spannteils, Fig. 11 eine Darstellung einerweiteren Ausführungsvariante der Erfindung, Fig. 12 einen Schnitt nach Linie A - A in Fig. 11, Fig. 13 eine Darstellung analog zu Fig. 11 aus der entgegengesetzten Richtung und Fig. 14 eine Feder der Ausführungsvariante der Fig. 11 bis Fig. 13.

Das Zahnrad von Fig. 1 besteht aus einem Basisteil 1 und einem Spannteil 2, die um eine gemeinsame Achse 3 gegeneinander verdrehbar sind. Der Basisteil 1 besitzt eine erste Verzahnung 4, und der Spannteil 2 besitzt eine gleichartige zweite Verzahnung 5, die gemeinsam mit einer Zahnstange 6 als verzahntem Bauteil in Eingriff stehen.

Der Spannteil 2 ist durch eine Schraubenfeder 7 mit einer Windung gegenüber dem Basisteil 1 vorgespannt, wobei die Feder 7 am Basisteil 1 an einem ersten Befestigungspunkt 8 und am Spannteil 2 an einem zweiten Befestigungspunkt 9 befestigt ist. Dazu sind an der Feder 7 Hai-teenden 10,11 angeformt.

Claims (14)

1. 4 AT 503 331 B1 Der Basisteil 1 besteht aus einem im Wesentlichen zylindrischen Grundkörper 12, der an einem Ende die erste Verzahnung 4 trägt, an die eine Zylinderfläche 13 anschließt. Daran schließen vier Zungen 14 an, die sich jeweils in Axialrichtung erstrecken und die durch Schlitze getrennt sind und an deren Enden eine umlaufende Nut eingeformt ist. Auf den Zungen 14 ist ein Klemmring 15 aufgeschoben, der aus einem geschlitzten Ring besteht und der durch eine Schraube 16 mit den Zungen 14 des Grundkörpers 12 durch Klemmung und dadurch gleichzeitig mit einer mit Welle 23 reibschlüssig verbunden ist. In der umlaufenden Nut ist ein Sicherungsring 22 gehalten, um den Klemmring 15 bei der Montage axial zu sichern. Ein Motor zum Antrieb des Basisteils 1 ist mit 23 angedeutet, und eine Motorplatte mit 24 bezeichnet. Der Spannteil 2 weist die zweite Verzahnung 5 auf, an die eine Scheibe 18 anschließt, die sich radial nach außen erstreckt und den zweiten Befestigungspunkt 9 trägt, der im Bereich des äußeren Umfangs angeordnet ist. Der Spannteil 2 ist auf der Zylinderfläche 13 schwenkbar angeordnet, wobei in den Figuren eine Gleitlagerung dargestellt ist, jedoch nach Bedarf auch eine Wälzlagerung, z.B. über ein Nadellager, vorgesehen sein kann. In Axialrichtung ist der Spannteil 2 einerseits durch die Stirnfläche der ersten Verzahnung 4 und andererseits durch den Klemmring 15 geführt. Der Achsabstand A der Befestigungspunkte 8, 9 ist bei dieser Ausführungsvariante etwa so groß wie der Durchmesser d der Verzahnung 4, 5, so dass das durch die Feder 7 bewirkte Moment entsprechend groß ist. Bei der zweiten Ausführungsvariante von Fig. 11 bis Fig. 14 sind am Spannteil 2 mehrere Federn 17 verankert. Die Federn 17 sind im Klemmring 15 des Basisteils 1 an den Befestigungspunkten 8 verankert und erstrecken sich leicht gekrümmt in gleichmäßigen Abständen radial nach außen. Am Spannteil 2 ist eine Scheibe 21 mit Senkschrauben 20 befestigt, an deren äußerem Umfang für jede Feder 17 ein Befestigungspunkt 9 vorgesehen ist. Auch bei dieser Ausführungsvariante sind eine erste Verzahnung 4 und eine zweite Verzahnung 5 vorgesehen. Die Erfindung ermöglicht eine kompakte Ausführung eines spielfreien Zahnstangenantriebs oder eines anderen Zahnradgetriebes mit einfachem Aufbau. Patentansprüche: 1. Getriebe mit einem verzahnten Bauteil und einem in den verzahnten Bauteil eingreifenden zweigeteilten Zahnrad, das aus einem Basisteil (1) und einem relativ zum Basisteil (1) schwenkbaren Spannteil (2) besteht, welcher Spannteil (2) durch mindestens eine Feder (7, 17) gegenüber dem Basisteil (1) vorgespannt ist, wobei der Basisteil (1) und der Spannteil (2) im Wesentlichen gleichartige Verzahnungen (4, 5) aufweisen, wobei die Feder (7, 17) zwischen einem ersten Befestigungspunkt (8) am Spannteil (2) und einem zweiten Befestigungspunkt (S) am Basästeil (1) gespannt ist, von welchen Befesiigungspunkten (8, 9) mindestens einer radial außerhalb der Verzahnungen von Basisteil (1) und Spannteil (2) gelegen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Basisteil (1) einen Klemmring (15) aufweist, der dazu ausgebildet ist, den Basisteil (1) mit einer Welle (23) kraftschlüssig zu verbinden.
2. 2. Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannteil (2) eine sich in Radialrichtung erstreckende Scheibe (18) aufweist, in deren äußerem Bereich der erste Befestigungspunkt (8) gelegen ist.
3. 3. Getriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Befestigungspunkt (9) am äußeren Umfang des Klemmrings (15) angeordnet ist. 5 AT 503 331 B1
4. 4. Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Basisteil (1) axiale Zungen (14) aufweist, auf denen der Klemmring (15) angeordnet ist.
5. 5. Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Klemmring (15) durch eine Schraube (16) in Umfangsrichtung spannbar ausgebildet ist.
6. 6. Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannteil (2) in Axialrichtung zwischen einem Verzahnungsabschnitt und dem Klemmring (15) gehalten ist.
7. 7. Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder (7) als Schraubenfeder ausgebildet ist.
8. 8. Getriebe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder (7) eine Windung aufweist.
9. 9. Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass beide Befestigungspunkte (8, 9) radial außerhalb der Verzahnungen von Basisteil (1) und Spannteil (2) gelegen sind.
10. 10. Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Federn (17) vorgesehen sind, die sich im Wesentlichen in Radialrichtung erstrecken.
11. 11. Getriebe nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens sechs, vorzugsweise mindestens acht Federn (17) vorgesehen sind, die in gleichen Umfangsabständen angeordnet sind.
12. 12. Getriebe nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Federn (17) an einem Ende am Spannteil (2) eingespannt sind und am anderen Ende mit einer Scheibe (21) des Basisteils (1) in Verbindung stehen.
13. 13. Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Achsabstand (A) mindestens eines Befestigungspunktes (8, 9) gleich oder größer ist als der Durchmesser (d) der Verzahnung (4, 5).
14. 14. Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der verzahnte Bauteil als Zahnstange ausgebildet ist. Hiezu 4 Blatt Zeichnungen