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Die Erfindung betrifft eine Baureihe von Getriebemotoren.
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Bei einer Baureihe von Getriebemotoren ist aus http://www.sew-eurodrive.de bekannt, dass Motorwellen mit Zapfen derart ausführbar sind, dass verschiedene Außenritzel aufsteckbar sind.
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Ein Nachteil ist, dass der von der Baureihe innerhalb einer Baugröße realisierbare Bereich von Übersetzungszahlen begrenzt ist durch die kleinstmögliche Ritzelverzahnung, also das sogenannte Grenzritzel. Die Ritzelverzahnung 4 des Grenzritzels dieser Aufsteckritzel kann beispielsweise niemals einen kleineren Fußkreis- und Teilkreisdurchmesser als der Außendurchmesser des getriebeseitigen Zapfens der Motorwelle 1 aufweisen. Vielmehr muss der Fußkreisdurchmesser um einen gewissen Mindestbetrag größer sein als der Außendurchmesser des getriebeseitigen Zapfens der Motorwelle 1, da das Grenzritzel eine gewisse, bestimmbare Festigkeit aufweisen muss für das zu übertragende Drehmoment.
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Aus der
US 4 699 017 A ist ein Geschwindigkeitsreduzierer für einen Elektromotor bekannt.
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Aus der
DE 196 37 361 A1 ist ein Adapter und Adaptersystem zum Verbinden von Motoren mit Getrieben bekannt.
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Aus der
US 4 185 215 A ist ein Permanentmagnete aufweisender Synchronmotor bekannt.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Baureihe von Getriebemotoren weiterzubilden unter Vermeidung der vorgenannten Nachteile. Insbesondere sollen die Lagerkosten verringert werden.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei der Baureihe von Getriebemotoren nach den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.
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Wesentliche Merkmale bei der Baureihe von Getriebemotoren sind dabei, dass die Baureihe von Getriebemotoren Motoren mit Motorwellen und Getriebe mit von der Motorwelle angetriebener Ritzelverzahnung umfasst, wobei die Baureihe mehrere Baugrößen umfasst, und wobei jede Baugröße mehrere Varianten umfasst, die in mindestens zwei Sorten klassifizierbar sind,
und wobei Motoren verschiedener Varianten verschiedene Motorwellen aufweisen,
wobei innerhalb einer Baugröße alle Motorwellen an ihrem getriebeseitigen Wellenende mit einem Teil verbunden sind, das
bei einer ersten Sorte von Varianten innerhalb der Baugröße die Ritzelverzahnung trägt und bei einer zweiten Sorte von Varianten innerhalb der Baugröße mit der Ritzelverzahnung verbunden ist.
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Wesentlicher Vorteil ist dabei, dass die Motorwellen getriebeseitig mit einer, innerhalb einer jeweiligen Baugröße immer gleichartigen Schnittstelle zur Verbindung mit dem Teil ausführbar sind und somit die Lagerkosten verringerbar sind. Denn die Motorwellen sind zwar an ihrem nicht-getriebeseitigen Wellenende verschiedenartig ausführbar, beispielsweise für eine Motorausführung mit Bremse oder ohne Bremse oder dergleichen, an ihrem getriebeseitigen Wellenende aber immer gleichartig.
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Wesentliches Merkmal ist auch, dass das Teil zwar immer mit der Ritzelverzahnung in Verbindung ist, aber je nach Sorte von Varianten in verschiedenartiger Weise. Von Vorteil ist hierbei, dass je nach Variante die vorteilhafteste Lösung wählbar ist. Insbesondere lässt die Ausführung der Baureihe es zu, dass das Teil über eine oder mehrere weitere Komponenten mit der Ritzelverzahnung verbunden ist. Dies bedeutet aber, dass die weiteren Komponenten je nach Fertigungsaufwand, Material- und Fertigungskosten auswählbar sind. Die Ausführung der Baureihe lässt es also zu, bei der ersten Sorte das Teil selbst mit einer Verzahnung zu versehen und bei einer zweiten Sorte das Teil mit einer verzahnten Komponente zu verbinden.
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Bei der ersten Sorte trägt das Teil also die Ritzelverzahnung selbst. Beispielsweise ist es als Einsteckritzel ausführbar. Die Teil-, Fuß- und Kopfkreisdurchmesser können dabei aus konstruktiven und Festigkeitsgründen sinnvoll und kostengünstig nur in einem ersten Wertebereich liegen. Insbesondere bei großen Durchmessersprüngen ist das Fertigen des Teils mit Ritzelverzahnung nämlich schwierig, kostspielig oder sogar technisch unmöglich. Um aus dem Rohteil dieses Teil zu fertigen wird nämlich insbesondere das zu zerspanende Volumen enorm groß. Aber auch die Kerbwirkung an den Stellen mit großem Durchmessersprung beeinflusst das maximal übertragbare Drehmoment und begrenzt somit die Konstruktion.
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Bei der zweiten Sorte ist das Teil mit der weiteren, die Ritzelverzahnung aufweisenden Komponente verbunden, also beispielsweise mit einem Aufsteckritzel. Somit sind Ritzelverzahnungen mit Teil-, Fuß- und Kopfkreisdurchmesser aus ganz anderen Wertebereichen einfach und kostengünstig einsetzbar. Die Fertigung von Aufsteckritzeln ist außerdem besonders kostengünstig, weil in einer Bearbeitungsmaschine mehrere Aufsteckritzel gemeinsam bearbeitbar sind.
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Insgesamt ist also bei den Ritzelverzahnungen der ersten zusammen mit der zweiten Sorte ein sehr weiter Bereich von Teil-, Fuß- und Kopfkreisdurchmessern und somit ein sehr weiter Bereich von Übersetzungszahlen beim Getriebe erreichbar. Insbesondere ist also der Bereich von Teil-, Fuß- und Kopfkreisdurchmessern bei der Erfindung weiter und kostengünstiger fertigbar als bei einer Baureihe, die nur eine der genannten Sorten verwenden würde.
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Gegenüber der Ausführung einer alternativen Baureihe, die nur aus Motorwellen mit Einsteckritzeln bestünde, hat die erfindungsgemäße Baureihe den Vorteil, die Ritzelverzahnung beziehungsweise das zugehörige Teil unter geringem zu zerspanenden Spanvolumen zu fertigen. Einsteckritzel wären nämlich auch derart ausführbar, dass sie motorwellenseitig immer dieselbe Schnittstelle aufweisen würden und getriebeseitig Ritzelverzahnungen beliebig hohen Durchmessers, insbesondere entsprechend dem größten Durchmesser des Aufsteckritzels der erfindungsgemäßen Baureihe, aufweisen würden. Solche letztgenannten Einsteckritzel wären aber nicht mehr kostengünstig fertigbar, da das aus dem Rohteil heraus zu zerspanende Volumen enorm wäre.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Teil bei der ersten Sorte von Varianten ein die Ritzelverzahnung tragendes Einsteckritzel. Von Vorteil ist dabei, dass es als Standardteil mit den industrieüblichen Bearbeitungsmaschinen einfach und kostengünstig fertigbar ist und in einfacher und kostengünstiger Weise mit der Motorwelle verbindbar ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Teil bei der zweiten Sorte von Varianten ein Adapter, der mit einem die Ritzelverzahnung tragenden Aufsteckritzel verbindbar ist. Von Vorteil ist dabei, dass der Adapter aus tragfähigerem, biegefesterem und somit auch etwas kostspieligerem Material fertigbar ist, weil das Volumen des Adapters sehr klein ist gegenüber dem Volumen der Motorwelle und somit die Gesamtkosten niedrig bleiben und die Fertigung kostengünstig ist.
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Das genannte Material ist dann auch derart wählbar, dass ein größeres Drehmoment übertragbar ist als dasjenige maximal übertragbare Drehmoment, welches von dem schwächsten Querschnitt, also dem größten Durchmesser der getriebeseitigen Schnittstelle der Motorwelle, bestimmt ist. Wenn die Schnittstelle als Bohrung ausgeführt ist, dann ist der größte Durchmesser der Bohrungsdurchmesser der Motorwelle. Wegen seines großen Durchmessers weist das Aufsteckritzel ein entsprechend großes, maximal übertragbares Drehmoment auf. Insgesamt lässt sich also ein größeres Drehmoment vorteiligerweise übertragen als bei der Verwendung von Baustahl beim Adapter.
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Je nach Sorte ist das Teil variabel, also beispielsweise ist das Teil je nach Sorte ein Adapter oder ein Einsteckritzel und/oder sein Material wird variiert. Infolge dieser Variabilität wird vorteiligerweise das Erzeugen verschiedener Wertebereiche für die Teil-, Fuss- oder Kopfkreisdurchmesser der Ritzelverzahnung ermöglicht. Hinzu kommt der Vorteil, dass das Teil sehr klein ist gegenüber der Motorwelle. Somit ist die Variabilität auf kleinem Volumen ausführbar und die Motorwelle muss getriebeseitig nicht variabel ausgeführt werden. Leicht erhöhte Kosten infolge dieser Variabilität des Teils sind aber vielfach kompensierbar durch die Einsparungen der immer gleichen getriebeseitigen Ausführung der Motorwelle. Die erfindungsgemäße hohe Variabilität bei kleinem Volumen hat also zur Folge, dass die Lagerkosten und das Lagervolumen gering sind.
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Die getriebeseitig immer gleichartige Schnittstelle reduziert die Anzahl der notwendig verschiedenartigen zu fertigenden Motorwellen. Bei Motoren mit Bremse oder ohne Bremse ist zwar jeweils eine verschiedenartige Motorwelle zu fertigen, aber es müssen nicht weitere Varianten für jede solche Motorwelle gefertigt werden, sondern es genügt eine Sorte jeweils.
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Somit ist das Volumen an Lagerraum reduzierbar, die Lagerkosten erniedrigbar, die Lagerorganisation vereinfachbar und Einlagerungszeiten reduzierbar, wodurch auch die statistische Wahrscheinlichkeit für physikalische oder chemische Beschädigungen verminderbar ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Verbindung zwischen der jeweiligen Motorwelle und dem Teil eine Rändel-, Press-, Klebe oder Schrumpf-Verbindung. Von Vorteil ist dabei, dass diese Verbindungen leicht und kostengünstig fertigbar sind. Außerdem ist das Teil motorwellenseitig immer gleichartig ausführbar, da erfindungsgemäß die Variabilität auf das Teil bezogen ist und die Motorwelle daher getriebeseitig immer gleichartig ausführbar ist. Somit ist vorteiligerweise die Motorwelle unabhängig vom Teil in großer Stückzahl getriebeseitig mit derselben Schnittstelle für die Verbindung kostengünstig fertigbar, beispielsweise mit derselben Bohrung, Gewindebohrung oder Ausnehmung. Es ist auch hierfür dieselbe Fertigungsmaschine verwendbar, insbesondere ohne Änderung von Einstellungen.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Teil zumindest teilweise mit einer Außenrändelung versehen, insbesondere motorwellenseitig, und in eine Bohrung der jeweiligen Motorwelle eingesteckt. Von Vorteil ist dabei, dass ein sehr hohes Drehmoment übertragbar ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist der Adapter eine höhere Biegefestigkeit und/oder eine höhere Härte als die Motorwelle auf. Von Vorteil ist dabei, dass der Adapter in eine Bohrung oder Ausnehmung der Motorwelle einsteckbar ist und trotzdem ein hohes maximal übertragbares Drehmoment ermöglicht. Das maximal bei einer Welle übertragbare Drehmoment hängt wesentlich von deren Durchmesser ab. Somit wäre eigentlich das maximal übertragbare Drehmoment eines in die Motorwelle eingesteckten Adapters geringer als das maximal übertragbare Drehmoment der Motorwelle, da der Adapter einen kleineren Durchmesser an der Schnittstelle aufweist als der Durchmesser der Motorwelle. Da aber erfindungsgemäß ein Adapter mit höherer Biegefestigkeit und/oder einer höheren Härte verwendet wird, ist eine solche Einbuße beim maximal übertragbaren Drehmoment verhinderbar. Bei geeigneter Materialwahl ist sogar das gesamte von der Motorwelle maximal übertragbare Drehmoment an die Ritzelverzahnung überraschenderweise übertragbar, wobei die Fertigung kostengünstig bleibt.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist das Aufsteckritzel eine höhere Härte als der Adapter auf. Von Vorteil ist dabei, dass das Aufsteckritzel mit einer Ritzelverzahnung ausführbar ist und somit ein hohes Drehmoment von der Ritzelverzahnung an weitere verzahnte Komponenten des Getriebes übertragbar sind. Die Härte des Adapters ist geringer wählbar, weil die das Drehmoment übertragende Kontaktfläche zwischen Adapter und Aufsteckritzel deutlich kleinere Werte für Pressung und/oder Kraft pro Fläche aufweist als bei in Eingriff stehenden Verzahnungen. Somit ist der Adapter kostengünstig herstellbar, insbesondere ohne den Produktionsschritt Härten.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist das Einsteckritzel eine höhere Biegefestigkeit als die Motorwelle auf. Von Vorteil ist dabei, dass das Einsteckritzel ebenfalls in eine Bohrung der Motorwelle einsteckbar ist und trotzdem ein hohes maximal übertragbares Drehmoment ermöglicht. Denn eigentlich wäre das maximal übertragbare Drehmoment eines in die Motorwelle eingesteckten Einsteckritzels geringer als das maximal übertragbare Drehmoment der Motorwelle, weil das Einsteckritzel motorwellenseitig einen Durchmesser aufweist, der kleiner ist als der Durchmesser der Motorwelle. Da aber nun ein entsprechendes Einsteckritzel mit höherer Biegefestigkeit verwendet wird, ist eine Einbuße beim maximal übertragbaren Drehmoment verhinderbar. Gerade also durch eine solche Ausführung des Einsteckritzels, beispielsweise durch eine entsprechende Materialwahl, ist überraschenderweise das von der Motorwelle maximal übertragbare Drehmoment an die Ritzelverzahnung übertragbar.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist das Einsteckritzel eine höhere Härte als die Motorwelle auf. Von Vorteil ist dabei, dass das Einsteckritzel mit einer Ritzelverzahnung ausführbar ist und somit ein hohes Drehmoment von der Ritzelverzahnung an weitere verzahnte Komponenten des Getriebes übertragbar sind.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Bezugszeichenliste
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- 1, 31
- Motorwelle
- 2, 32
- Passfederverbindung
- 3, 33
- Aufsteckritzel
- 4, 23, 34, 43
- Ritzelverzahnung
- 21
- Welle
- 22, 42
- Einsteckritzel
- 35
- Adapter
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Die Erfindung wird nun anhand von einer Abbildung näher erläutert:
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1 zeigt als Stand der Technik eine Motorwelle mit einem Aufsteckritzel.
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2 zeigt als Stand der Technik eine Welle mit einem Einsteckritzel.
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3 zeigt einen erfindungsgemäßen Adapter mit Aufsteckritzel.
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4 zeigt ein erfindungsgemäßes Einsteckritzel.
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5 zeigt für die erfindungsgemäße Baureihe das Kombinieren verschiedener Varianten.
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In der 1 ist als Stand der Technik eine Motorwelle 1 mit einem eine Ritzelverzahnung 4 tragendem Aufsteckritzel 3 gezeigt, das mittels einer Passfederverbindung 2 mit einem getriebeseitigen Zapfen der Motorwelle verbunden ist. Beim Stand der Technik ist die Motorwelle 1 aus Baustahl gefertigt, da die Biegefestigkeit ausreichend ist und somit die Motorwelle kostengünstig fertigbar ist. Die Passfeder der Passfederverbindung ist aus kaltgezogenem Baustahl gefertigt, da sie einer erhöhten Belastung Stand halten muss. Das Aufsteckritzel 3 ist aus Einsatzstahl gefertigt, da ein solcher einsatzgehärteter Stahl für die Erzeugung der Ritzelverzahnung beispielsweise durch Schleifen notwendig ist.
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Die zum Stand der Technik gehörende Baureihe von Getriebemotoren ist gemäß 1 immer mit einer Motorwelle 1 mit getriebeseitigem Zapfen ausgeführt. Da aber die Baureihe innerhalb einer Baugröße verschiedenartige Varianten umfasst, müssen viele verschiedene Motorwellen bei der Fertigung zwischen- oder eingelagert werden.
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Diese genannten verschiedenartigen Varianten sind beispielsweise B-seitige Ausführungen der Motorwelle mit oder ohne Bremse und/oder Motoren mit oder ohne zweitem Wellenende. Ein solches B-seitiges zweites Wellenende dient beispielsweise zum Verbinden mit einem bei Notfall verwendbaren Handrad, zum Verbinden mit einer Kupplung zur Erzeugung eines Synchronlaufs zweier Motoren oder als Antrieb einer weiteren Vorrichtung.
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A-seitige, also getriebeseitige, Ausführungen der Motorwelle umfassen beispielsweise Ritzel oder Zapfen, wie beispielhaft in gemäß 1 gezeigt.
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2 zeigt als Stand der Technik eine Welle 21 mit einem eine Ritzelverzahnung 23 aufweisenden Einsteckritzel 22. Das Einsteckritzel 22 ist wiederum aus Einsatzstahl gefertigt.
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Die 3 bis 5 beziehen sich auf erfindungsgemäße Ausführungsbeispiele.
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3 zeigt einen erfindungsgemäßen Adapter 35, der in die Motorwelle 31 eingesteckt ist und mit einem eine Ritzelverzahnung 34 aufweisenden Aufsteckritzel 33 über eine Passfederverbindung verbunden ist. Dabei ist die Motorwelle 31 aus Baustahl, das Aufsteckritzel 33 aus Einsatzstahl und der Adapter 35 aus Vergütungsstahl ausgeführt. Der Vergütungsstahl weist dabei eine höhere Härte und eine größere Biegefestigkeit auf als der Baustahl. Da der Adapter 35 ein viel geringeres Volumen und eine viel geringere Längenausdehnung als die Motorwelle 31 aufweist, sind die Kosten für Vergütungsstahl nur ein unwesentlicher Beitrag zu den Gesamtkosten. Das von der Motorwelle 31 maximal übertragbare Drehmoment ist überraschenderweise auch durch den aus Vergütungsstahl gefertigten Adapter 35 an die Ritzelverzahnung übertragbar. Bei den erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen gemäß 3 sind also dieselben Ritzelverzahnungen 34 ausführbar wie beim Stand der Technik gemäß 1.
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Der erfindungsgemäße Adapter 35 weist also an seinem axialen, motorwellenseitigen Ende einen Bereich kleineren Durchmessers als die Motorwelle 31 auf. Im axialen Bereich der Ritzelverzahnung 34 weist der Adapter 35 dagegen einen anderen Durchmesser auf.
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4 zeigt ein erfindungsgemäßes, eine Ritzelverzahnung 43 aufweisendes Einsteckritzel 42, das in die Motorwelle 31 eingesteckt ist.
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Die Verbindung zwischen Motorwelle 31 und Einsteckritzel 42 gemäße 4 oder die Verbindung zwischen Motorwelle 31 und Aufsteckritzel 35 gemäße 3 ist bei verschiedenen erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen als Rändel-, Press-, Klebe- oder Schrumpf-Verbindung ausgeführt.
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Bei weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen ist eine Ausführung mit motorwellenseitiger Rändelung des Adapters 35 oder des Einsteckritzels 42 wegen des hohen übertragbaren Drehmomentes vorteilhaft.
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5 zeigt für die erfindungsgemäße Baureihe das Kombinieren verschiedener Varianten. Adapter 35 und Einsteckritzel 42 sind dabei über einen motorwellenseitigen Endbereich gleichartig ausgeführt.
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Da bei der erfindungsgemäßen Baureihe die Motorwelle 31 A-seitig bei allen Varianten A-seitig in gleicher Weise ausgeführt ist, wird eine erhebliche Reduktion der Gesamtkosten erreicht. Außerdem weist die erfindungsgemäße Baureihe innerhalb einer Baugröße einen großen realisierbaren Bereich von Übersetzungszahlen auf, weil für kleine Teilkreis- und/oder Fußkreisdurchmesser der Verzahnung die Varianten mit Einsteckritzel 42 verwendbar sind und für große Teilkreis- und/oder Fußkreisdurchmesser die Varianten mit Aufsteckritzel 35 verwendbar sind.
