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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Getriebe, insbesondere ein Präzisionsgetriebe.
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Getriebe für Präzisionsanwendungen sollten idealerweise über den ganzen Drehmomentbereich eine möglichst konstante und natürlich hohe Torsionssteifigkeit besitzen, insbesondere im Bereich des Lastumkehrpunktes. Leider ist dies bei nicht vorgespannten Systemen nicht gegeben, d. h. die Nachgiebigkeit ist hier größer als bei höheren Lasten, z. B. im Bereich des Nennmomentes.
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Große Nachgiebigkeiten des Getriebes oder ein mechanisches Spiel sind nachteilig im Antriebsstrang. Um diese Nachteile zu vermeiden, hat man bereits vorgeschlagen, ein Vorlastdrehmoment im Getriebe zu erzeugen, um auf diese Weise eine möglichst konstante und natürlich hohe Torsionssteifigkeit auch bei kleinen Lasten zu erhalten.
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Beispielsweise ist der Einsatz von zwei achsparallelen Getrieben mit einem Motor bekannt. Darüber hinaus ist aus der
DE 3006787 C2 ein einstufiges Getriebe bekannt, bei dem die Vorlast dadurch erzeugt wird, das zwei Kurvenscheiben gegeneinander verspannt und arretiert werden.
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Aus der
DE 10 2008 009 759 A1 ist ein oszillierendes, innen eingreifendes Planetengetriebesystem bekannt.
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Bei einer anderen bekannten Lösung werden zwei separate Komplettgetriebe in koaxialer Anordnung über eine gemeinsame, geteilte Eingangswelle mechanisch verspannt. Ein einzelner Motor treibt diese Eingangswelle an. Des Weiteren ist es bekannt, zwei separate Getriebe/Motor-Einheiten über eine Funktion der Antriebssteuerung elektrisch gegeneinander zu verspannen.
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Die beiden zuletzt genannten Ausführungsformen haben den Nachteil, dass es rein zufällig ist, welche Getriebe miteinander gekoppelt werden. Stark voneinander abweichende Parameter beider Einheiten können negative Folgen haben. Die Übertragungsfehler beider Getriebe könnten bei nachteiliger Paarung dazu führen, dass die Getriebe bereichsweise oder ständig gegeneinander arbeiten. Da die Paarung zufällig ist, hat das Gesamtverhalten des Getriebepaares auch zufälligen Charakter. Das Verhalten so produzierter Antriebsstränge ist nicht gezielt reproduzierbar.
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Darüber hinaus haben die vorstehend beschriebenen Lösungen des Standes der Technik den Nachteil, dass sie mit hohen Kosten verbunden sind, da zwei Komplettgetriebe bzw. zwei Komplettgetriebe/zwei Motoren benötigt werden. Neben den erhöhten Kosten führt die Dopplung von Komponenten zu hohen Massen und bedingt einen großen Raumbedarf. Der Einbau gestaltet sich relativ aufwendig. Da die Kopplung der Getriebe und das Aufbringen der Vorspannung/Vorlast i. d. R. durch den Anwender erfolgt, sind Fehlermöglichkeiten vorhanden.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Getriebe zu schaffen, das die vorstehend aufgezeigten Nachteile des Standes der Technik nicht aufweist, und insbesondere eine besonders kompakte Bauweise besitzt.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelost, durch ein Getriebe mit einem von einem Motor angetriebenen ersten Eingangselement, einer von diesem angetriebenen ersten Getriebeteileinheit, einem vom Motor angetriebenen zweiten Eingangselement, einer von diesem angetriebenen zweiten Getriebeteileinheit und einem gemeinsamen Getriebeelement für beide Getriebeteileinheiten, wobei die erste und zweite Getriebeteileinheit je von einem Untersetzungsgetriebe mit gleicher Untersetzung gebildet werden, wobei jede Getriebeteileinheit zweistufig ausgebildet ist, wobei sich jede Getriebeteileinheit aus einem Planetenradgetriebe und einem Exzentergetriebe mit Einzelexzentern zusammensetzt, die ein Zahnrad antreiben, wobei beide Getriebeteileinheiten ein gemeinsames Getriebeelement besitzen, das als Hohlrad mit Innenverzahnung ausgebildet ist, wobei beide Getriebeteileinheiten mechanisch gegeneinander verspannt sind, und zwar nach Aufbringung eines Vorlastdrehmomentes MV auf die erste Getriebeteileinheit.
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Bei dem erfindungsgemäß ausgebildeten Getriebe bleibt somit das Vorlastdrehmoment zwischen den Getriebeteilen immer erhalten. Das erfindungsgemäß ausgebildete Getriebe mit darin erzeugtem Vorlastdrehmoment baut besonders kompakt, da hierbei nicht zwei komplette, getrennte Getriebe miteinander gekoppelt sind, sondern zwei Getriebeteileinheiten, die mechanisch gegeneinander verspannt sind. Beide Getriebeteileinheiten sind jede für sich allein lauffähig. Die Teileinheiten können auf verschiedenen Untersetzungsprinzipien beruhen, wie nachfolgend noch im Detail ausgeführt wird.
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Im Vergleich zu zwei gekoppelten Komplettgetrieben ergeben sich folgende Vorteile: Das erfindungsgemäße Getriebe besitzt eine geringere Masse. Der Einbau wird vereinfacht. Das Massenträgheitsmoment ist kleiner. Das lastfreie Antriebsdrehmoment ist kleiner, ferner das Losbrech- oder Anlaufdrehmoment.
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Durch die Beaufschlagung mit einem Vorlastdrehmoment wird mechanisches Spiel im Getriebe ausgeschaltet. Im Lastumkehrpunkt wird eine deutliche Steifigkeitsverbesserung erreicht. Bis zum Vorlastdrehmoment MV besitzt das Getriebe keine Nachgiebigkeit, d. h. die Steifigkeit ist unendlich.
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Vorzugsweise sind das erste und zweite Eingangselement von einer geteilten Eingangswelle gebildet, deren Teile mechanisch miteinander verspannt, insbesondere verklemmt sind.
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Speziell weist die zweite Getriebeteileinheit ein sich um die Eingangswelle erstreckendes Antriebszahnrad bzw. Antriebsritzel auf, das in einer beliebigen Winkelstellung zur Eingangswelle auf dieser arretierbar ist, insbesondere mit der Eingangswelle verklemmbar ist. Das Antriebszahnrad bildet hierbei das zweite Eingangselement, während die Eingangswelle das erste Eingangselement bildet. Zweckmäßigerweise weist hierbei die erste Eingangswelle ein die erste Getriebeteileinheit antreibendes erstes Antriebsritzel auf, das in die Eingangswelle integriert oder auf dieser angebaut ist.
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In Weiterbildung der Erfindung sind die erste und zweite Getriebeteileinheit je von einem Untersetzungsgetriebe mit gleicher Untersetzung gebildet. Vorzugsweise ist jede Getriebeteileinheit zweistufig ausgebildet, wobei sich insbesondere jede Getriebeteileinheit aus einem Planetenradgetriebe und einem Exzentergetriebe mit Einzelexzentern zusammensetzt, die ein Zahnrad antreiben. Hierbei kann das Exzentergetriebe Zykloidenverzahnungen (Kurvenscheiben, Rollkurven), Evolventenverzahnungen oder andere geeignete Verzahnungsgeometrien aufweisen. Jedes Exzentergetriebe kann auch Doppelexzenter für zwei Zahnräder mit um 180° versetzten Exzentern oder Dreifachexzenter für drei Zahnräder mit um 120° versetzten Exzentern aufweisen.
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Die Eingangswelle kann als Vollwelle oder als Hohlwelle ausgeführt sein.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung im Einzelnen erläutert. Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines mit einem Vorlastdrehmoment beaufschlagten Getriebes;
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2 das Funktionsprinzip bei Verwendung von einstufigen Planetenradgetrieben in den Getriebeteileinheiten
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3 das Funktionsprinzip bei Verwendung von einstufigen Exzentergetrieben mit mittig liegenden Exzentern in den Getriebeteileinheiten; und
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4 das Getriebe der 1 in größeren Einzelheiten, bei Verwendung von 2-stufigen Getrieben in den Getriebeteileinheiten (Planeten- und Exzentergetriebe mit außermittigen Exzentern.)
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1 zeigt schematisch den Aufbau eines Getriebes, das mit einem Vorlastdrehmoment beaufschlagt ist. Ein Motor 1 treibt eine Eingangswelle 2 an, die sich aus einem ersten dem Motor zugewandten Abschnitt und einem zweiten dem Motor abgewandten Wellenstumpf 16 zusammensetzt. In dem ersten Abschnitt der Eingangswelle 2 ist ein erstes Antriebsritzel 3 integriert oder auf dieser angebaut. Ein zweites Antriebsritzel 6 erstreckt sich um den Wellenstumpf 16 und ist über eine geeignete Klemmvorrichtung 8 mit diesem verklemmbar. Das zweite Antriebsritzel 6 kann in jeder beliebigen Winkellage mit dem Wellenstumpf 16 verklemmt werden. Das erste Antriebsritzel 3 treibt die Planetenräder 9 (4) einer ersten Getriebeteileinheit 4 an. Das zweite Antriebsritzel 6 treibt die Planetenräder 9 einer einer zweiten Getriebeteileinheit 5 an. Beide Getriebeteileinheiten 4 und 5 besitzen ein gemeinsames Getriebeelement, das hier als Hohlrad 7 mit Innenverzahnung ausgebildet ist.
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Die beiden Getriebeteileinheiten 4 und 5 bilden zwei Untersetzungsgetriebe. Die eingezeichnete strichpunktierte Linie 14 bildet die Trennlinie zwischen den beiden Getriebeteileinheiten 4, 5. Beide Getriebeteileinheiten 4, 5 sind mechanisch gegeneinander verspannt, und zwar nach Aufbringung eines Vorlastdrehmomentes MV auf die erste Getriebeteileinheit 4. Das zugehörige Gegenmoment –MV wird von der zweiten Getriebeteileinheit erzeugt. Die erste und zweite Getriebeteileinheit sind somit mechanisch gegeneinander verspannt. Das Vorlastdrehmoment bleibt zwischen den Getriebeteileinheiten immer erhalten. Dieses Vorlastdrehmoment wird beispielsweise wie folgt aufgebracht
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Die Eingangswelle 2 wird arretiert. Die Klemmvorrichtung 8 ist gegenüber der Eingangswelle 2 gelöst. Die Klemmvorrichtung 8 ist mit dem zweiten Antriebsritzel 6 fest verbunden (z. B. verklebt). Über eine geeignete Vorrichtung wird das Vorlastdrehmoment MV mittels Drehmomentschlüssel über die Klemmvorrichtung und Antriebsritzel 6 aufgebracht. Dieser Zustand wird gehalten und die Klemmvorrichtung 8 wird gespannt. Der Drehmomentschlüssel kann entfernt werden, das Vorlastdrehmoment ist aufgebracht.
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Das Vorlastdrehmoment MV dürfte bei ca. 20–30% des Getriebenennmomentes, umgerechnet auf das Motormoment, liegen. Der optimale Wert muss durch Versuche ermittelt werden.
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2 zeigt analog zu 1 den schematischen Aufbau eines Vorlastgetriebes, bei dem die Getriebeteilsysteme 4, 5 aus einstufigen Planetenradgetrieben gebildet sind. Diese können natürlich auch mehrstufig ausgebildet sein.
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3 zeigt analog zu 1 den schematischen Aufbau eines Vorlastgetriebes, bei dem die Getriebeteilsysteme 4, 5 aus einstufigen Exzentergetrieben gebildet sind. Diese können natürlich auch mehrstufig ausgebildet sein.
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4 zeigt das schematisch in 1 dargestellte Getriebe im Detail. Jede Getriebeteileinheit 4, 5 setzt sich aus einer Stirnradvorstufe (Planetengetriebe) und einem nachgeschalteten Exzentergetriebe zusammen. Die Eingangswelle 2 treibt über das erste Antriebsritzel 3 zwei oder mehrere Planetenräder 9 an. Jedes dieser Planetenräder sitzt auf einer Exzenterwelle 10, die ihrerseits über einen Einzelexzenter ein Rad 11 (z. B. mit Zykloidenverzahnung) im Rad 7 exzentrisch abwälzt Das Hohlrad 7 ist das Getriebeelement, das die beiden Getriebeteileinheiten 4, 5 gemeinsam nutzen.
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Der Aufbau der Getriebeteileinheit 5 ist identisch mit dem der Getriebeteileinheit 4. Lediglich sind die Exzenter der zugehörigen Exzenterwellen 10 um 180° zu denen der Getriebeteileinheit 4 versetzt. Dadurch ist das Rad 11 gegenüber dem entsprechenden Rad der ersten Getriebeteileinheit 4 ebenfalls um 180° vesetzt mit dem Rad 7 im Eingriff. Dies ist erforderlich, um Unwuchten zu vermeiden bzw. zu minimieren und einen symmetrischen Lasteingiff mit Rad 7 zu erzielen.
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Es ist ferner ein Träger 12 vorgesehen, mit dem eine beidseitige und steife Lagerung jeder Exzenterwelle 10 verwirklicht wird. Dadurch werden fliegende Lagerungen vermieden und die Torsionssteifigkeit optimiert. Der mit Abtriebsdrehzahl rotierende Träger 12 ist mit den Abtriebselementen 13 (sowohl motor- als auch abtriebsseitig) verbunden. Der Abtrieb kann daher auf jeder Getriebeseite realisiert werden.
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Der Träger 12 bietet ferner die Möglichkeit, einen Winkelmesser (Encoder o. ä.) aufzunehmen, um die Position der Abtriebselemente 13 zu messen. Das hat den Vorteil, dass das Messsystem in dieser Position vollständig integriert und geschützt ist.
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Die Getriebeeingangswelle 2 besitzt einen Grundkörper, in den das erste Antriebsritzel 3 integriert oder auf diesem angebaut ist, das die erste Getriebeteileinheit 4 antreibt. Der Grundkörper verfügt über einen Wellenstumpf 16 zur Aufnahme des zweiten Antriebsritzels 6, welches seinerseits die zweite Getriebeteileinheit 5 antreibt. Das zweite Antriebsritzel 6 kann über die Klemmvorrichtung 8 in beliebiger Winkelstellung zur Eingangswelle auf dieser arretiert werden.
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Das Klemmelement 8 besteht im Wesentlichen aus den konischen Klemmkörpern 8.1 und 8.2 und den Klemmschrauben 8.3. Der Klemmkörper 8.2 ist fest mit dem Antriebsritzel 2 verbunden (z. B. verklebt).
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Zum Aufbringen des Vorlastdrehmomentes wird zunächst die Eingangswelle 2 arretiert. Die Klemmschrauben 8.3 der Klemmvorrichtung 8 werden gelöst. Die Klemmschrauben halten auch eine Spannscheibe 17 vor der Klemmvorrichtung. Diese Spannscheibe weist im Zentrum eine sechseckige Öffnung auf.
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Mit einem Drehmomentschlüssel und einem entsprechenden Steckschlüsseleinsatz (Inbus®) wird das Vorlastdrehmoment MV von der Spannscheibe 17 über die Klemmschrauben 8.3 auf den Klemmkörper 8.2 und somit auf das Antriebsritzel 2 der Getriebeteileinheit 5 übertragen. Das Gegenmoment –MV wird von der Getriebeteileinheit 4 erzeugt. Wenn das Vorlastdrehmoment MV erreicht ist, werden die Klemmschrauben 8.3 angezogen. Der Drehmomentschlüssel kann entfernt werden. Beide Getriebeteileinheiten beaufschlagen sich nun gegenseitig permanent mit dem Vorlastdrehmoment MV.
