DE102004004456B4

DE102004004456B4 - Getriebe, Getriebebaukasten und Antriebskomponente

Info

Publication number: DE102004004456B4
Application number: DE102004004456A
Authority: DE
Inventors: Heinrich Dr. Bolz; Heinrich Zimmermann
Original assignee: SEW Eurodrive GmbH and Co KG
Current assignee: SEW Eurodrive GmbH and Co KG
Priority date: 2003-10-30
Filing date: 2004-01-28
Publication date: 2005-11-03
Anticipated expiration: 2024-01-29
Also published as: DE102004004456A1

Abstract

Getriebe,
umfassend mindestens eine Eintriebswelle und eine Abtriebswelle,
wobei auf jeder Welle mindestens ein Verzahnungsteil mittels einer Welle-Nabe-Verbindung verbunden ist,
wobei
die Welle-Nabe-Verbindung als Polygon-Verbindung ausgeführt ist, die mindestens zwei axiale Abschnitte umfasst,
wobei das erste Querschnitts-Profil der Polygon-Verbindung im ersten axialen Abschnitt sich vom zweiten Querschnitts-Profil der Polygon-Verbindung im zweiten axialen Abschnitt dadurch unterscheidet, dass das erste Profil mittels Drehung um einen nichtverschwindenden Winkelbetrag in das zweite Profil übergeht
wobei ein dritter axialer Abschnitt der Polygon-Verbindung vorgesehen ist, dessen Querschnitts-Profil mit dem ersten nicht aber mit dem zweiten Abschnitt identisch ist
wobei die Welle und/oder die Nabe der Polygonverbindung mindestens eine Fase aufweist, wobei die Fase einen polygonalen Verlauf aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Getriebe, Getriebebaukasten, und eine Antriebskomponente.

Aus der EP 0 907 458 B1 ist ein Herstellverfahren für Polygon-Formen bei Wellen und Naben bekannt.

Aus der EP 12 25 356 A1 ist eine Verbindung für Bremsen vorgesehen. Nachteilig ist dabei, dass sie nicht gut geeignet ist für Energieflussumkehr. Weiter nachteilig ist auch, dass die Verbindung nachteilige Querkräfte erzeugt, die zu einem Nicht-Fluchten der Wellenachse und der Nabenachse führen: In der Praxis sind nämlich Wellen und Naben nie perfekt zentriert. Der wirkliche Symmetriepunkt liegt also außermittig.

Aus der US 55 33 825 A ist bekannt, gekrümmte Splines bei einer Welle-Nabe-Verbindung zu verwenden. Nachteilig ist dabei, dass nur geringe Drehmomente übertragbar sind, wobei bei zu hohen Drehmomenten die kleinen Splines abgerissen werden.

Aus der DE 41 17 826 A1 ist eine Steckkupplung mit gegeneinander verdrillten Bereichen bekannt. Nachteilig ist dabei, dass beim Zusammenführen eine kontinuierliche Drehung erfolgen muss, was aufwendig ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, im industriellen Wirtschaftsprozess den Umweltschutz zu verbessern, indem insbesondere die Standzeit der Vorrichtungen vergrößert wird.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei einem Getriebe nach den in Anspruch 1 und bei dem Getriebebaukasten nach den in Anspruch 15 und bei der Antriebskomponente nach Anspruch 16 angegebenen Merkmalen gelöst.

Wesentliche Merkmale der Erfindung bei dem Getriebe sind, dass es mindestens eine Eintriebswelle und eine Abtriebswelle umfasst, wobei auf jeder Welle mindestens ein Verzahnungsteil mittels einer Welle-Nabe-Verbindung verbunden ist, wobei die Welle-Nabe-Verbindung als Polygon-Verbindung ausgeführt ist, die mindestens zwei axiale Abschnitte umfasst, wobei das erste Querschnitts-Profil der Polygon-Verbindung im ersten axialen Abschnitt sich vom zweiten Querschnitts-Profil der Polygon-Verbindung im zweiten axialen Abschnitt dadurch unterscheidet, dass das erste Profil mittels Drehung um einen nichtverschwindenden Winkelbetrag in das zweite Profil übergeht.

Von Vorteil ist dabei, dass eine sehr tragfähige und belastbare und/oder drehsteife Verbindung für die Verzahnungsteile vorgesehen ist. Somit ist die Standzeit des gesamten Getriebes verbessert. Insbesondere wenn mit dem das Getriebe umfassenden Antrieb auf Block gefahren wird, ist das Zerstörungsrisiko klein, weil die Polygon-Verbindung extrem belastbar ist und auch keine durch Kerbwirkungen verursachten Ausfälle wahrscheinlich sind. Weil somit die hohe Standzeit einen Austausch alter Getriebe verzögert, ist daher auch der Umweltschutz verbessert.

Weiterer Vorteil ist die einfache Montierbarkeit. Denn das Verzahnungsteil ist nur aufzustecken auf die Welle. Hingegen ist bei Getrieben des Standes der Technik die Passfederverbindung bekannt. Diese erfordert aber das Einlegen einer Passfeder und darauf folgendes Aufstecken des Verzahnungsteils. Somit ist beim Stand der Technik nicht nur das Montieren schwieriger sondern es ist sogar ein zusätzliches Teil, nämlich die Passfeder, erforderlich. Bei der Erfindung entfällt dieses zusätzliche Teil für alle Baugrößen und Varianten von Getrieben. Somit ist bei der Erfindung die Anzahl der Teile reduzierbar, die Verwaltung der Teile einfacher und Lagervolumina, Lagerkosten und Herstellkosten reduzierbar.

Darüber hinaus ist Herstellung der Welle mitsamt dem Polygon-Profil sehr einfach möglich, insbesondere in einer Maschine in einer Aufspannung. Im Gegensatz dazu muss beim Stand der Technik eine Nut für die Passfeder in einer zweiten Maschine eingearbeitet werden nach dem Fertigen der Welle, beispielsweise durch Drehen und/oder Schleifen.

Auch die Wiederverwendung der erfindungsgemäßen Welle mit Polygon-Verbindung innerhalb des Getriebebaukastens führt zu einer Reduzierung der Anzahl der Teile und somit auch der Lagerkosten.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst das Getriebe eine oder mehrere Zwischenwellen, auf denen ebenfalls Verzahnungsteile mittels der als Polygon-Verbindung ausgeführten Welle-Nabe-Verbindung verbunden sind. Von Vorteil ist dabei, dass auch dort eine einfache Montage und eine hohe Belastbarkeit vorsehbar sind.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist jede Welle mit den auf ihr verbundenen Verzahnungsteilen mittels der Polygon-Welle-Naben-Verbindung verbunden. Von Vorteil ist dabei, dass insgesamt vom Getriebe ein hohes Drehmoment übertragbar ist. Außerdem ist eine baukasteninterne Schnittstelle mit Polygon-Profil geschaffen, wodurch die Verzahnungsteile und Wellen wiederverwendbar sind innerhalb des Baukastens – auch bei anderen Baugrößen.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist ein dritter axialer Abschnitt der Polygon-Verbindung vorgesehen, dessen Querschnitts-Profil mit dem ersten nicht aber mit dem zweiten Abschnitt identisch ist. Von Vorteil ist dabei, dass eine Verspannung des Verzahnteils nach Aufstecken desselben vorhanden ist.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind weitere Abschnitte, insbesondere unendlich viele, mit weiteren einer jeweiligen Verdrehung zugeordneten Winkelbeträgen vorgesehen. Insbesondere sind derart viele Abschnitte vorgesehen, dass der Winkel eine Funktion des axialen Länge ist. Von Vorteil ist dabei, dass die Kerbwirkung vermindert ist, da keine oder nur kleine sprunghaften Änderungen innerhalb des Polygon-Bereiches vorhanden sind.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Funktion symmetrisch zu einem axialen Punkt. Von Vorteil ist dabei, dass die Fertigung des Profils besonders einfach ist, die Kerbwirkung extrem verringert ist und die Verspannungskräfte ebenfalls symmetrisch sich ausbilden.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Polygon eine Hypotrochoide oder aus Hypotrochoiden-Abschnitten zusammengesetzt. Von Vorteil ist dabei, dass eine besonders hoch belastbare Welle-Nabe-Verbindung vorhanden ist, die zusätzlich besonders schnell und kostengünstig fertigbar ist.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist das Polygon zwischen 3 und 8 Ecken auf, insbesondere 4 Ecken oder 5 Ecken haben sich als vorteilhaft erwiesen.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der maximale Wellenaußendurchmesser eine monoton fallende Funktion des Parameters L. Von Vorteil ist dabei, dass die Montierbarkeit besonders einfach ist. Es ist nämlich die Welle durch eine für das große Lager vorgesehene Ausnehmung im Gehäuse einführbar und dann mit dem zuerst eingeführten Wellenende in das kleinere Lager einsteckbar.

1: zylindrischer Wellenabschnitt
2: erster Abschnitt mit Polygon-Profil
3: zweiter Abschnitt mit verdrehtem Polygon-Profil
4: dritter Abschnitt mit Polygon-Profil wie beim ersten Abschnitt 2
5: zylindrischer Wellenabschnitt
6: Fase
10: Nabe
11: axialer Abschnitt mit Polygon-Hohlprofil
12: Fase

Die Erfindung wird nun anhand von Abbildungen näher erläutert: In der 1 ist die Zwischenwelle eines erfindungsgemäßen Getriebes gezeigt. Dabei weist der zylindrische Wellenabschnitt 1 den größten Durchmesser auf. Dort ist auch der Lagersitz des größten Lagers angebracht.
In axialer Richtung, gekennzeichnet durch den Parameter L, folgt dann der erste Abschnitt 2 mit Polygon-Profil. Danach folgt der zweite Abschnitt 3 mit verdrehtem Polygon-Profil. Der darauf folgende dritte Abschnitt 4 mit Polygon-Profil ist wieder wie beim ersten Abschnitt 2 ausgeführt.
Das Wellenende ist als zylindrischer Wellenabschnitt 5 mit kleinstem Außendurchmesser ausgeführt, wo wiederum ein Lagersitz und gegebenenfalls Dichtungssitz vorgesehen ist.
Der maximale Wellenaußendurchmesser ist eine monoton fallende Funktion des Parameters L. Somit ist eine besonders einfache Montierbarkeit des Getriebes erreichbar.
Das Verzahnungsteil ist mit einer entsprechend geformten Polygon-Nabe ausgeführt, deren axiale Breite größer ist als die axiale Breite des Abschnitts 3. Somit ist nach dem Aufsetzen des Verzahnungsteiles eine Verspannung im Verbindungsbereich vorhanden, die zu einer festen hoch-belastbaren Verbindung führt, die ein sehr hohes Drehmoment übertragen kann. Insbesondere ist die Polygon-Verbindung fester und höher belastbar als eine Passfederverbindung bei entsprechendem Verzahnungsteil und entsprechender Zwischenwelle.
2 zeigt den Drehwinkelverlauf in Abhängigkeit von der axialen Länge. Im ersten Abschnitt 2 ist der Verdrehwinkel des Profils Null. Danach steigt er an auf einen Wert für den zweiten Abschnitt 3 und fällt dann wieder ab auf Null im dritten Abschnitt 4. Der Wert beträgt zwischen 0,1° und 1°. Besonders vorteilhaft haben sich Werfe um 0,3° bis 0,5° herum erwiesen.
Eine besonders schnelle und kostengünstige Fertigung der Polygon-Ausformung der Welle und Nabe ist dann der Fall, wenn das Polygon eine Hypotrochoide ist oder aus Hypotrochoiden-Abschnitten zusammengesetzt ist. Darüber hinaus ist die Festigkeit und Belastbarkeit der Verbindung in diesem Fall sehr hoch. Dies gilt auch insbesondere für Polygone mit 4 Ecken oder zumindest 3 bis 8 Ecken.
In weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen sind auch Verdrehwinkelverläufe mit mehreren Stufen vorteilhaft.
Das Getriebe ist beispielsweise ein ein- oder mehrstufiges Stirnrad-Getriebe, wobei die Verzahnungsteile Stirnräder sind.
Bei anderen erfindungsgemäßen Getrieben sind auch Kegelräder als Verzahnungsteile oder Spiroplan-verzahnte Teile als Verzahnungsteile vorsehbar.
3 zeigt einen kontinuierlichen Verlauf des Verdrehwinkels, der zu besonders geringer Kerbwirkung führt. Außerdem ist die Fertigungsqualität sehr gut beherrschbar.
4 zeigt eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform bei der Welle. 5 zeigt eine zugehörige Nabe 10. Die Welle weist an der Kante des dritten axialen Polygon-Abschnittes eine Fase 6 auf. Wichtig ist dabei, dass die Fase im Verlauf der Form des Polygons folgt. Somit ist ein Einfädeln oder Einführen in die zugehörige Nabe erleichtert. Die Fertigung der Fase ist für den Fachmann zwar ungewöhnlich, ist aber in einfacher Weise mit modernen Produktionsmaschinen ausführbar und daher kostengünstig.
Die weiteren axialen Abschnitte weisen ebenfalls eine Fase an den hervortretenden Kantenbereichen auf.
Die Nabe 10 weist wiederum einen polygonalen Abschnitt 11 in Hohlform auf, wobei wiederum eine Fase 12 vorhanden ist, die das Einfädeln verbessert.
Für alle erfindungsgemäßen Antriebskomponenten, wie Motor, Elektromotor, Bremse, Getriebe Kupplung oder dergleichen, ist also charakteristisch, dass eine Fase dieser besonderen Form, also der polygonalen Form, vorhanden ist.
Bei einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform ist im zweiten axialen Abschnitt 3 und im ersten axialen Abschnitt 2 der 4 die Fase derart vergrößert, dass ein stetiger Übergang zwischen den axialen Bereichen erfolgt und keine unstetigen Bereiche vorhanden sind. Somit ist die Belastbarkeit der Welle noch weiter erhöht.
Somit ist klar, dass die Erfindung nicht nur bei einem Getriebe anwendbar ist sondern auch bei einer anderen Antriebskomponente, wie Elektromotor, Getriebe, Bremse, Kupplung oder dergleichen. Die Erfindung ist auf alle Welle-Nabe-Verbindungen anwendbar, also auch für Teile, die auf eine Welle formschlüssig aufgesteckt werden, wie Zahnräder oder Zykloscheiben eines Zyklobetriebes oder Bremsbelagträger einer Bremse oder Kupplungsteil einer Kupplung. Die vorgenannten Merkmale der Erfindung, insbesondere auch die Fase in polygonaler Form sind also nicht nur in einem Getriebe vorsehbar sondern auch in jeder weiteren Antriebskomponente, wie beispielsweise Elektromotor, Bremse oder Kupplung.

Claims

Getriebe, umfassend mindestens eine Eintriebswelle und eine Abtriebswelle, wobei auf jeder Welle mindestens ein Verzahnungsteil mittels einer Welle-Nabe-Verbindung verbunden ist, wobei die Welle-Nabe-Verbindung als Polygon-Verbindung ausgeführt ist, die mindestens zwei axiale Abschnitte umfasst, wobei das erste Querschnitts-Profil der Polygon-Verbindung im ersten axialen Abschnitt sich vom zweiten Querschnitts-Profil der Polygon-Verbindung im zweiten axialen Abschnitt dadurch unterscheidet, dass das erste Profil mittels Drehung um einen nichtverschwindenden Winkelbetrag in das zweite Profil übergeht wobei ein dritter axialer Abschnitt der Polygon-Verbindung vorgesehen ist, dessen Querschnitts-Profil mit dem ersten nicht aber mit dem zweiten Abschnitt identisch ist wobei die Welle und/oder die Nabe der Polygonverbindung mindestens eine Fase aufweist, wobei die Fase einen polygonalen Verlauf aufweist.
Getriebe nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe eine oder mehrere Zwischenwellen umfasst, auf denen ebenfalls Verzahnungsteile mittels der als Polygon-Verbindung ausgeführten Welle-Nabe-Verbindung verbunden sind.
Getriebe nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jede Welle mit den auf ihr verbundenen Verzahnungsteilen mittels der Polygon-Welle-Naben-Verbindung verbunden ist.
Getriebe nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der nicht-verschwindende Winkelbetrag einen Wert zwischen 0,1° und 1° beträgt, insbesondere zwischen 0,3° und 0,5°.
Getriebe nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass weitere Abschnitte, insbesondere unendlich viele, mit weiteren einer jeweiligen Verdrehung zugeordneten Winkelbeträgen vorgesehen sind.
Getriebe nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jedem axialen Abschnitt ein Winkel zugeordnet ist.
Getriebe nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass derart viele Abschnitte vorgesehen sind, dass der Winkel eine Funktion des axialen Länge ist.
Getriebe nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktion symmetrisch zu einem axialen Punkt ist.
Getriebe nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Polygon eine Hypotrochoide ist oder aus Hypotrochoiden-Abschnitten zusammengesetzt ist.
Getriebe nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Polygon 4 Ecken oder 5 Ecken aufweist.
Getriebe nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Polygon zwischen 3 und 8 Ecken aufweist.
Getriebe nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der maximale Wellenaußendurchmesser eine monoton fallende Funktion des Parameters L ist.
Getriebe nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der maximale Wellenaußendurchmesser jeder Welle, insbesondere Zwischenwelle und Abtriebswelle und Eintriebswelle, eine monoton fallende Funktion des Parameters L ist.
Getriebe nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein axialer Abschnitt der Polygon-Verbindung eine Fase zum Einfädeln aufweist.
Getriebebaukasten nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, umfassend mindestens zwei Baugrößen, die durch mindestens einen jeweiligen physikalischen Parameter kennzeichenbar sind, wie maximal übertragbares Drehmoment, Nennmoment, Achshöhe, Achsabstand oder dergleichen, wobei jede Baugröße mindestens zwei verschiedene Getriebe umfasst, deren Verzahnungsteile verschiedene Verzahnungsparameter, wie Modul, Zähnezahl, Teilkreis, Wälzkreis oder dergleichen, aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verzahnungsteil mit einer Polygon-Nabe innerhalb des Baukastens mindestens bei zwei verschiedenen Getrieben vorgesehen ist.
Antriebskomponente, umfassend mindestens eine Welle-Nabe-Verbindung, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle-Nabe-Verbindung als Polygon-Verbindung ausgeführt ist, die mindestens zwei axiale Abschnitte umfasst, wobei das erste Querschnitts-Profil der Polygon-Verbindung im ersten axialen Abschnitt sich vom zweiten Querschnitts-Profil der Polygon-Verbindung im zweiten axialen Abschnitt dadurch unterscheidet, dass das erste Profil mittels Drehung um einen nichtverschwindenden Winkelbetrag in das zweite Profil übergeht, wobei ein dritter axialer Abschnitt der Polygon-Verbindung vorgesehen ist, dessen Querschnitts-Profil mit dem ersten nicht aber mit dem zweiten Abschnitt identisch ist, wobei die Welle und/oder die Nabe der Polygonverbindung mindestens eine Fase aufweist, wobei die Fase einen polygonalen Verlauf aufweist.
Antriebskomponente nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebskomponente ein Motor, ein Getriebe, eine Bremse, eine Kupplung oder ein weiteres Teil eines Antriebs ist.