DE102010000105A1 - Spielfreie Antriebsvorrichtung - Google Patents
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Abstract
Die spielfreie Antriebsvorrichtung hat einen Motor (10), dessen Abtriebswelle (22) drehfest mit einer Welle (26) eines Getriebes (16) gekoppelt ist, dessen Ausgangswelle (42) ein Antriebsritzel (44) trägt, welches mit einem Zahnkranz oder einer Zahnstange für den Antrieb eines Antriebsaggregates kämmt. Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass die Welle (26) des Getriebes (16) über eine drehsteife, längsbewegliche Kupplung (32) mit der koaxialen Welle (30) eines zweiten Getriebes (20) verbunden ist, dessen Übersetzungsverhältnis identisch mit demjenigen des ersten Getriebes (16) ist und dessen Ausgangswelle (42') ein mit dem Zahnkranz bzw. der Zahnstange kämmendes Ritzel (44') trägt, wobei jedes der beiden Getriebe (16, 20) eine Schneckenradstufe (36, 36') hat und die beiden koaxialen Wellen (26, 30) als Schneckenwellen ausgebildet sind, von denen die Welle (16) des ersten Getriebes (26) axial fest und die Welle (30) des zweiten Getriebes (20) schwimmend gelagert und über ein Andruckorgan (56) axial relativ zur Welle (26) des ersten Getriebes (16) verschiebbar ist.
Description
- Die Erfindung betrifft eine spielfreie Antriebsvorrichtung mit einem Motor, dessen Abtriebswelle drehfest mit einer Welle eines Getriebes gekoppelt ist, dessen Ausgangswelle ein Antriebsritzel trägt, welches mit einem Zahnkranz oder einer Zahnstange für den Antrieb eines Antriebsaggregates kämmt.
- Derartige Antriebsvorrichtungen werden häufig für Werkzeugmaschinen eingesetzt, beispielsweise als Linearantrieb des Maschinenbettes oder als Drehtischantrieb.
- Zur Realisierung eines spielfreien Linearantriebs oder Drehtischantriebes gibt es unterschiedliche Lösungsansätze. Diese beruhen alle auf dem Effekt, dass der durch das Getriebe untersetzte Antrieb der Zahnstange bzw. des Zahnkranzes über ein Ritzel erfolgt. Um das unvermeidliche Spiel zwischen dem Antriebsmotor und dem Antriebsaggregat zu eliminieren, welches mit der Zahl der Getriebestufen wächst, ist es bekannt, dem Antriebsmotor einen zweiten Motor als Bremsmotor nachzuordnen, der über ein Getriebe ein zweites Ritzel antreibt, das mit der Zahnstange bzw. dem Zahnkranz in Eingriff ist. Die Kraftrichtung dieses zweiten Ritzels wirkt der Kraftrichtung des ersten Ritzels entgegen, so dass das Verdrehspiel in den Zahneingriffen eliminiert wird. Dieses Konzept hat jedoch den Nachteil, dass ein zusätzlicher Motor erforderlich ist und dass der Motor für den Antrieb des Antriebsaggregates das Drehmoment des Bremsmotors überwinden muss.
- Daneben sind Antriebsvorrichtungen mit nur einem Motor bekannt, der über zwei gleiche Getriebe das Antriebsaggregat antreibt, wobei die beiden Getriebe über eine Torsionsvorspanneinrichtung zur Herstellung der Spielfreiheit miteinander verbunden sind. Das hat den Nachteil, dass die Vorspannung permanent wirksam ist und nicht verändert werden kann.
- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Antriebsvorrichtung der eingangs umrissenen Bauart so auszubilden, dass ein Spielausgleich mit konstruktiv einfachen Mitteln bewerkstelligt und verändert werden kann.
- Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen des Anspruchs 1.
- Diese Lösung hat gegenüber dem eingangs erläuterten Stand der Technik den Vorteil, dass der Motor nicht gegen die Kraftrichtung eines Bremsmotors arbeiten muss, der bei der Erfindung entfällt, was sich auch auf die Gestehungskosten günstig auswirkt.
- Das Andruckorgan, welches aus einem dynamischen Kraftelement bestehen kann, beispielsweise in Form von verstellbaren Federn oder hydraulischen oder magnetischen Zustellelementen, sorgt dafür, dass die schwimmend gelagerte Welle im Betrieb relativ zur Welle des ersten Getriebes verschoben wird, wodurch das Verdrehspiel im Eingriff der beiden Ritzel mit der Zahnstange bzw. dem Zahnkranz eliminiert wird.
- Die beiden Getriebe können nach einem weiteren Merkmal der Erfindung in zwei fest miteinander verbundenen Gehäusen gelagert sein; alternativ können sie auch in einem gemeinsamen Gehäuse gelagert sein. Damit steht eine Einheit zur Verfügung, die mit dem Gehäuse des Motors fest verbunden werden kann.
- Wenn in Weiterbildung der Erfindung die Abtriebswelle des Motors über eine drehsteife, längs- und winkelbewegliche Kupplung mit der koaxialen Welle des ersten Getriebes verbunden ist, sind auch Achsversetzungen, Achswinkelfeder sowie axiale Verschiebungen zwischen der Motorwelle und der ersten Getriebewelle ausgleichbar, so dass Einbaufehler und auch thermische Veränderungen automatisch korrigiert werden können.
- Die Erfindung ist nachstehend an einem Ausführungsbeispiel erläutert, das in der Zeichnung dargestellt ist. Es zeigen:
-
1 eine schematische Darstellung einer spielfreien Antriebsvorrichtung gemäß der Erfindung und -
2 eine teilweise geschnittene Ansicht einer Realisierungsmöglichkeit der1 . - In den
1 und2 ist ein Motor10 , beispielsweise ein Elektromotor gezeigt, dessen Gehäuse12 fest mit dem Gehäuse14 eines ersten Getriebes16 verbunden ist. Das Gehäuse14 dieses Getriebes16 ist mit dem Gehäuse18 eines zweiten Getriebes20 fest verbunden. Die beiden Gehäuse14 und18 können auch als ein gemeinsames Gehäuse ausgeführt werden. - Wesentlich ist, dass die beiden Getriebe
16 und20 exakt dieselben Übersetzungsverhältnisse haben, im Fall der Anwendung für eine Werkzeugmaschine beispielsweise in der Größenordnung von i = 15 bis 100. - Die Abtriebswelle
22 des Motors10 ist über eine Kupplung24 drehfest, jedoch axial verschiebbar mit der koaxialen Welle26 des ersten Getriebes16 gekoppelt, die im Gehäuse14 des ersten Getriebes16 gelagert ist. - Eine konstruktive Lösungsmöglichkeit hierfür zeigt
2 , bei der die Abtriebswelle22 des Motors10 über eine längs- und winkelbewegliche Kupplung24 , beispielsweise in Form einer Metallbalgkupplung, mit der Welle26 des ersten Getriebes16 gekoppelt ist, die über gegeneinander angestellte Kugellager28 spielfrei im Gehäuse14 des ersten Getriebes16 gelagert ist. Die erläuterte Kupplung24 erlaubt nicht nur axiale Verschiebungen zwischen der Abtriebswelle22 des Motors10 und der Welle26 des ersten Getriebes16 , sondern auch den Ausgleich von Achswinkelfehlern oder Einbaufehlern sowie thermischer Veränderungen zwischen den beiden Wellen. - Die Welle
26 des ersten Getriebes16 ist mit der koaxialen Welle30 des zweiten Getriebes20 über eine drehsteife und längsbewegliche Kupplung32 verbunden, wobei diese Welle30 über Rollenlager34 schwimmend im Gehäuse18 des zweiten Getriebes20 gelagert ist. - Wie das Ausführungsbeispiel weiter zeigt, bestehen die beiden Getriebe
16 und20 jeweils aus einer Schneckenradstufe36 ,36' und einer Planetenradstufe38 ,38' . Die beiden Wellen26 und30 der Getriebe16 ,20 sind daher als Schneckenwellen ausgebildet, die über jeweils ein nicht dargestelltes Schneckenrad die Eingangswelle40 bzw.40' der nachgeordneten Planetenradstufe38 ,38' antreiben. Wie2 zeigt, wird über die jeweilige Planetenradstufe38 ,38' eine Ausgangswelle42 ,42' angetrieben, deren Achse rechtwinklig zur Achse der zugeordneten Welle26 bzw.30 und damit auch zur Achse der Abtriebswelle22 des Motors10 ausgerichtet ist. Die Ausgangswelle42 bzw.42' ist fest mit einem Ritzel44 bzw.44' verbunden oder einstückig mit diesem ausgebildet. Die beiden Ritzel44 ,44' liegen in derselben Ebene und dienen zum Antrieb einer nicht gezeigten Zahnstange oder eines Zahnkranzes. In Abhängigkeit von dem anzutreibenden Zahnkranz bzw. der Zahnstange haben die verzahnungsgeometrisch identischen Ritzel44 und44' eine Schrägverzahnung oder eine Geradverzahnung. - Die Übersetzung der beiden Schneckenradstufen
36 ,36' ist so gewählt, dass eine Selbsthemmung ausgeschlossen werden kann. Die Übersetzung der beiden Planetenradstufen38 ,38' ist so ausgelegt, dass die gewünschte Gesamtübersetzung erreicht wird, die zwischen i = 15 und i = 100 liegen kann. - Die beiden Planetenradstufen
38 ,38' können als mehrstufige Umlaufgetriebe ausgebildet sein. Anstelle der Planetenradstufen38 ,38' sind auch andere Getriebearten, wie z. B. ein- oder mehrstufige Stirnradgetriebe, Cyclo-Getriebe, Winkel- oder Schneckengetriebe, denkbar. Im dargestellten Ausführungsbeispiel trägt, wie1 zeigt, die Eingangswelle40 ,40' das Sonnenrad46 bzw.46' , um das die Planetenräder48 kreisen, die sich in einem Hohlrad50 abwälzen und mit ihren Achsen in einem Planetenradträger oder Steg52 gelagert sind. Der Steg52 ist fest mit der Ausgangswelle42 verbunden, die über ein Radiallager54 im Gehäuse14 bzw.18 gelagert ist. - Die schwimmend gelagerte Welle
30 des zweiten Getriebes20 stützt sich mit ihrem der Kupplung32 gegenüberliegenden Ende über ein Andruckorgan56 im Gehäuse18 ab.2 zeigt eine mögliche Ausführungsform für das Andruckorgan56 , das hier als hydraulisch oder pneumatisch betätigtes Kraftelement58 in Form eines axial verschiebbaren Kolbens ausgebildet ist. Dieser kann die schwimmend gelagerte Welle30 gegen die in Gehäuse14 gelagerte Welle26 des ersten Getriebes16 verschieben, was durch die längsbewegliche Kupplung32 zwischen den beiden Wellen26 und30 ermöglicht wird. Zwischen den beiden Wellen26 und30 ist ein Rückstellelement60 eingesetzt, das der Zustellkraft des Andruckorgans56 entgegenwirkt. Die axiale Zustellung kann auch mechanisch, elektrisch oder magnetisch erfolgen. - Um die Spielfreiheit zu erreichen, wird die aus den beiden Getrieben
16 und20 und dem Motor10 bestehende Einheit so mit der anzutreibenden Arbeitsmaschine, z. B. eine Werkzeugmaschine, verbunden, dass die anzutreibende Zahnstange bzw. der anzutreibende Zahnkranz mit den beiden Ritzeln44 ,44' kämmt. Dabei ist die Kupplung32 zwischen den beiden Wellen26 und30 geöffnet, damit die beiden Ritzel44 ,44' in kämmenden Eingriff mit der Zahnstange bzw. des Zahnkranzes kommen können. Anschließend wird die gesamte Einheit fest mit der Arbeitsmaschine verbunden, worauf die Kupplung32 geschlossen wird. Danach wird das Andruckorgan56 betätigt, dessen Kraftelement58 die Welle30 des zweiten Getriebes20 gegen die Welle18 des ersten Getriebes16 verschiebt. Durch diese Verschieben wird jedes Verdrehspiel innerhalb der Einheit einschließlich Verdrehspiel im Eingriff der beiden Ritzel44 ,44' mit der Zahnstange bzw. dem Zahnkranz eliminiert. - Wie das Ausführungsbeispiel der
2 zeigt, ist das Andruckorgan56 fest mit dem Gehäuse18 des zweiten Getriebes20 verbunden, wobei zwischen dem Kraftelement58 und der Welle30 ein Axiallager62 vorgesehen ist. Statt dessen ist auch eine feste Verbindung des Kraftelementes58 auf der Welle30 und eine entsprechende Lagerung dieser Welle mit dem Kraftelement58 gegen das Gehäuse18 des zweiten Getriebes20 möglich.
Claims (9)
- Spielfreie Antriebsvorrichtung mit einem Motor (
10 ), dessen Abtriebswelle (22 ) drehfest mit einer Welle (26 ) eines Getriebes (16 ) gekoppelt ist, dessen Ausgangswelle (42 ) ein Antriebsritzel (44 ) trägt, welches mit einem Zahnkranz oder einer Zahnstange für den Antrieb eines Antriebsaggregates kämmt, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (26 ) des Getriebes (16 ) über eine drehsteife, längsbewegliche Kupplung (32 ) mit der koaxialen Welle (30 ) eines zweiten Getriebes (20 ) verbunden ist, dessen Übersetzungsverhältnis identisch mit demjenigen des ersten Getriebes (16 ) ist und dessen Ausgangswelle (42' ) ein mit dem Zahnkranz bzw. der Zahnstange kämmendes Ritzel (44' ) trägt, wobei jedes der beiden Getriebe (16 ,20 ) eine Schneckenradstufe (36 ,36' ) hat und die beiden koaxialen Wellen (26 ,30 ) als Schneckenwellen ausgebildet sind, von denen die Welle (16 ) des ersten Getriebes (26 ) axial fest und die Welle (30 ) des zweiten Getriebes (20 ) schwimmend gelagert und über ein Andruckorgan (56 ) axial relativ zur Welle (26 ) des ersten Getriebes (16 ) verschiebbar ist. - Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (
16 ) des ersten Getriebes (26 ) spielfrei gelagert ist. - Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schneckenradstufe (
36 ) eine Planetenradstufe (38 ) nachgeordnet ist. - Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schneckenradstufe (
36 ) ein Stirnradgetriebe, ein Cyclo-Getriebe, ein Winkelgetriebe oder ein Schneckengetriebe nachgeordnet ist. - Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Andruckorgan (
56 ) aus einem dynamischen Kraftelement (58 ) besteht, dessen Andruckkraft im Betrieb veränderbar ist, und dass zwischen den beiden koaxialen Wellen (26 ,30 ) der Getriebe (16 ,20 ) ein Rückstellelement (60 ) vorgesehen ist. - Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Getriebe (
16 ,20 ) in zwei fest miteinander verbundenen Gehäusen (14 ,18 ) gelagert sind. - Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Getriebe (
16 ,20 ) in einem gemeinsamen Gehäuse gelagert sind. - Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtriebswelle (
22 ) des Motors (10 ) über eine drehsteife, längs- und winkelbewegliche Kupplung (24 ) mit der koaxialen Welle (26 ) des ersten Getriebes (16 ) verbunden ist. - Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (
12 ) des Motors (10 ) fest mit dem Gehäuse (14 ) des ersten Getriebes (16 ) verbunden ist.
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