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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein modulares Getriebesystem, bei dem modulartig zumindest zwei Einzelgetriebe zu einem Getriebesystem zusammengesetzt sind.
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Stand der Technik
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Im Stand der Technik ist eine Vielzahl unterschiedlichster Getriebe bekannt, welche Drehzahlen und/oder Drehmomente zwischen Antrieb und Abtrieb wandeln können. Gewöhnlicherweise werden die Getriebe speziell für ihren jeweiligen Einsatzort und -zweck entwickelt oder zumindest dimensioniert.
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Die Dimensionierung erfolgt normalerweise im Hinblick auf die zu übertragenden Kräfte und Momente. Aus Gründen der Optimierung und Effizienz wird eine Überdimensionierung vermieden, da dadurch unnötige Trägheitseffekte ausgeschlossen werden können. Allerdings erfordert jede einzelne Dimensionierung einen nicht zu vernachlässigenden Entwicklungsaufwand, bei dem alle beteiligten Getriebekomponenten, wie Wellen, Lager, Zahnräder etc. überprüft und möglicherweise angepasst werden müssen. Diese für jeden Anwendungsfall konzipierten Getriebe haben dann festgelegte Grenzwerte, bis zu welchen sich Kräfte und Drehmomente übertragen lassen. Wenn Kräfte oder Drehmomente übertragen werden sollen, die die Grenzwerte eines vorhandenen Getriebes übersteigen, so ist es üblich, auf Basis der Grundkonzeption dieses vorhandenen Getriebes dessen Geometrie derart zu verändern, dass die übertragenden Bauteile in ihren Dimensionen, wie z. B. Zahnraddicke, Verzahnungslänge etc., angepasst werden.
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Ein typisches Getriebe mit einem konstanten Übersetzungsverhältnis wird zum Beispiel in
DE 42 16 288 A1 gelehrt.
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US 2012/0180587 A1 ,
US 2010/0064832 A1 oder
US 5 927 147 A zeigen jeweils Zahnradgetriebe, bei denen einzelne Zahnradpaare jeweils auf einer Antriebs- und Abtriebswelle vorgesehen sind. Die Zahnradpaare gleichen einander.
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Getriebesystem für unterschiedliche Anwendungen zu schaffen, das relativ geringe Entwicklungskosten wie auch Herstellungskosten aufweist.
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Lösung der vorangehend genannten Aufgabe
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Um die Entwicklungs- und Herstellungskosten für Getriebe mit einer erhöhten Drehmomentübertragungsfähigkeit zu senken, ist ein Getriebesystem gemäß Anspruch 1 vorgesehen, das zwei oder mehrere Einzelgetriebe und einen Halter aufweist. An diesem Halter bzw. Gehäuse werden die zwei oder mehreren Einzelgetriebe befestigt. Eine Antriebswelle ist in axialer Richtung in diesem Getriebesystem einsetzbar, um so beide Einzelgetriebe gleichermaßen anzutreiben.
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Auf diese Art und Weise kann mit minimalem Aufwand ein (Gesamt-)Getriebe realisiert werden, das die doppelte oder sogar eine vielfache Drehmomentübertragungsfähigkeit von einem Einzelgetriebe aufweist.
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Aufgrund einer bevorzugten Rücken-an-Rücken-Anordnung von zwei Einzelgetrieben sind die Eingangsritzel der Einzelgetriebe sehr nahe beieinander angeordnet, was dazu führt, dass die Verzahnung eines gemeinsamen Antriebsritzels keine besondere Axialerstreckung erfordert.
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Die Einzelgetriebe, die gewöhnlicherweise eine relativ flache, zylinderähnliche Gehäusegrundform aufweisen, können problemlos in ein entsprechend vorgesehenes Zwischengehäuse einsetzt werden, das diese hält. Je nach konstruktiver Ausgestaltung können die beiden Einzelgetriebe über eine gemeinsame Verschraubung mit dem Halter bzw. Gehäuse durchgeschraubt oder jedes Einzelgetriebe separat mit dem Halter bzw. Gehäuse verschraubt sein.
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Eine erfindungsgemäße Anordnung, wobei zur Dimensionierung eines Getriebes hinsichtlich des zu übertragenden Maximaldrehmoments ein geringer dimensioniertes Einzelgetriebe mehrfach verwendet wird, eignet sich insbesondere für den stationären Einsatz, bei dem das Gesamtgewicht des Getriebesystems eine untergeordnete Rolle spielt, da dieses nicht selbst bewegt bzw. beschleunigt werden muss.
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Vorzugsweise werden die Einzelgetriebe derart mit dem Zwischengehäuse verschraubt, dass die Achsen der Antriebswellen und der Abtriebswellen von den zwei oder mehreren Einzelgetrieben koinzident angeordnet sind. In diesem Fall kann eine einzige Antriebswelle und eine einzige Abtriebswelle verwendet werden. In diesem Fall ist es besonders vorteilhaft, wenn die Antriebswelle und die Abtriebswelle senkrecht zu deren Axialrichtungen zu einander versetzt sind. Durch diese Anordnung kann die Axialerstreckung der Einzelgetriebe und somit auch die die Axialerstreckung des Getriebesystems klein gehalten werden.
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Besonders vorteilhaft ist ein Getriebesystem, wie es vorangehend beschrieben ist, wenn die Einzelgetriebe baugleich sind. In diesem Fall sind nicht nur die Entwicklungskosten sondern auch die Herstellungskosten auf das Minimum reduziert. Demzufolge kann ein Entwicklungsschwerpunkt auf die Zuverlässigkeit und Lebensdauer eines Einzelgetriebes gelegt werden, das dann zwei- oder mehrfach in einem Getriebesystem verwendet werden kann.
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Der Getriebezusammenbau bzw. das Getriebesystem, wie es vorangehend beschrieben ist, kann jedoch auch spiegelsymmetrische Einzelgetriebe verwenden. Bei geringfügig höheren Herstellungskosten im Vergleich zu baugleichen Einzelgetrieben kann in diesem Fall eine Bauraumoptimierung erlangt werden, die die höheren Herstellungskosten rechtfertigt.
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Die Rücken-an-Rücken-Anordnung der zwei Einzelgetriebe, wie sie vorangehend beschrieben und angenommen ist, bietet eine relativ kompakte Gesamtform für den Zusammenbau.
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Allerdings kann je nach Anwendungsfall auch eine Drehmomentübertragungsfähigkeit erforderlich werden, die noch mehr als das Doppelte der Drehmomentübertragungsfähigkeit eines einzelnen Baukastengetriebes beträgt. In solch einem Fall kann vorteilhaft die Aneinanderreihung von drei oder mehreren von baugleichen Einzelgetrieben vorgesehen werden. Hier können eine Rücken-an-Rücken-Anordnung sowie eine gleichartige Anordnung der Einzelgetriebe je nach Bedarf z. B. räumliche Vorteile bringen.
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Als gleichartige Anordnung wird in diesem Zusammenhang verstanden, dass die Einzelgetriebe gleich orientiert sind. Die Einzelgetriebe sind folglich aneinander gereiht, so dass eine Rückseite von einem Einzelgetriebe der Vorderseite des nächsten Einzelgetriebes zugewandt ist. Es können auch zwei Rücken-an-Rücken-Anordnungen mit insgesamt vier Einzelgetrieben kombiniert werden.
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Im Fall von mehreren verbundenen Einzelgetrieben können unterschiedliche Zwischengehäuse zur Verbindung dieser Verwendung finden. Zum Beispiel können die gleichartig orientierten oder auch die entgegengesetzt orientierten Einzelgetriebe in einem Gehäuserahmen angeordnet und befestigt sein. Beispielweise können die Einzelgetriebe über daran vorgesehene Vorsprünge, die in seitlichen Führungsnuten laufen, in den Rahmen eingesetzt sein und anschließend darin arretiert sein. Diese Arretierung kann durch verschiedenartige bekannte Befestigungsmittel realisiert sein.
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Als die zur Verwendung geeigneten Einzelgetriebe kann jegliche Art von Getriebe eingesetzt werden. Es können Getriebe mit konstantem Über- bzw. Untersetzungsverhältnis verwendet werden. Auch der Einsatz von Schaltgetrieben ist möglich. Insbesondere bei aneinander gereihten Einzelgetrieben ist die Steuerung und Betätigung von jeweiligen Schaltmechanismen einzelner Getriebe einfach zu realisieren.
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Eine mögliche Verwendungsart von erfindungsgemäßen Getriebebaugruppen kann im stationären Bereich angesiedelt sein. Je nach Beschleunigungsvermögen der damit verbundenen Antriebsvorrichtung kann das erforderliche Drehmoment während des Beschleunigens deutlich höher sein als beim konstanten Betreiben notwendig ist. In diesem Fall können zum Beispiel vorteilhaft eines oder mehrere von den verwendeten Einzelgetrieben mittels einer oder mehrerer Kupplungen in den Übertragungsweg eingebunden werden oder daraus entfernt werden. Somit können je nach Drehmomentübertragungsbedarf einzelne Getriebe zu- oder abgeschaltet werden. Solch ein Zu- und Abschaltmechanismus von einzelnen Getrieben in dem gesamten Getriebesystem kann die Effizienz der Anlage oder Maschine erhöhen. Eine Steuerung von solch einem Zu- und Abschaltmechanismus kann durch einen Controller bzw. ein Steuergerät geeignet durchgeführt werden.
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Wenn zwei oder mehrere Einzelgetriebe mit jeweils gleichem Drehzahlverhältnis verwendet werden, kann ein Übertragungspfad für ein, zwei oder mehrere Einzelgetriebe z. B. wie folgt erreicht werden. Wenn die Vielzahl von Einzelgetrieben permanent über die Antriebswelle oder die Abtriebswelle mitlaufen, kann ein entsprechender Übertragungspfad für ein, zwei oder mehrere Einzelgetriebe derart erreicht werden, dass lediglich die andere der beiden Wellen axial verschoben wird, sodass jeweilige darauf vorgesehene Ritzel mit den jeweiligen Einzelgetrieben nacheinander in Eingriff gelangen.
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Dies kann auch wie folgt realisiert werden. Konstruktiv einfach ist es, wenn Antriebswelle und Abtriebswelle nicht axial verschiebbar sein müssen. Da die zumindest zwei Einzelgetriebe an einem Halter, Gehäuse oder Rahmen befestigt sind, kann dieser Axialversatz auch über ein Verschieben des Halters samt den Einzelgetrieben erreicht werden. Da die Einzelgetriebe permanent über die Antriebswelle oder die Abtriebswelle mitlaufen, müssen diese beim Erweitern des Übertragungspfads auf weitere Einzelgetriebe nicht synchronisiert werden. Folglich kann die Drehmomentübertragungsfähigkeit durch einen axialen Versatz des Halters mit den Einzelgetrieben entsprechend erhöht oder verringert werden.
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Verschiedene Anwendungen können auch ein Getriebesystem erforderlich machen, in dem ebenfalls zwei oder mehrere Einzelgetriebe in einen Halter eingesetzt und von einer Antriebswelle angetrieben werden. Diese Einzelgetriebe müssen jedoch nicht zwangsläufig baugleich oder ähnlich sein. Es können in einem einzelnen Getriebesystem auch Einzelgetriebe verwendet werden, die jeweils unterschiedliche Über- bzw. Untersetzungsverhältnisse liefern. Diese unterschiedlichen Drehzahlen können dann entweder über eine gemeinsame Abtriebswelle oder über mehrere verschiedene Abtriebswellen ausgegeben werden. Somit können z. B. mehrere unterschiedliche Zentrifugen angetrieben werden oder es kann ein und dieselbe Zentrifuge mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten betrieben werden.
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Diese zumindest zwei unterschiedlichen Einzelgetriebe in dem einen Getriebesystem können eine einzige Antriebswelle und eine einzige Abtriebswelle verwenden, welche dann z. B. über Kupplungen ein- und ausgerückt werden.
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Kurze Beschreibung der angefügten Zeichnungen
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1 zeigt ein Getriebesystem gemäß der vorliegenden Erfindung in einer ersten Ausführungsform in einer Explosionsansicht.
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2 zeigt das Getriebesystem gemäß der vorliegenden Erfindung in der ersten Ausführungsform in einem montierten Zustand.
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3 ist eine schematische Ansicht, die das Getriebesystem gemäß der vorliegenden Erfindung in der ersten Ausführungsform zeigt.
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4 ist eine schematische Ansicht, die ein Getriebesystem gemäß der vorliegenden Erfindung in einer zweiten Ausführungsform zeigt.
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Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen.
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Anhand der 1, 2 und 3 wird eine erste bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
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1 zeigt als eine Längsschnittansicht den grundlegenden Aufbau der ersten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung. Zwei im Wesentlichen gleiche, jedoch spiegelsymmetrisch aufgebaute Einzelgetriebe 10, 10 werden derart an dem Halter bzw. Zwischengehäuse 20 gefestigt, dass ihre Stirnseiten, die das jeweilige Eingangsritzel 11 aufweisen, einander zugewandt sind. Die Rücken-an-Rücken-Anordnung mit zwei spiegelsymmetrisch aufgebauten Einzelgetrieben 10, 10 gemäß der Ausführungsform bietet die kompakteste Bauweise.
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Nach dem Fügen der Einzelgetriebe 10, 10 mit dem Halter 20 wird eine ausreichende Anzahl von Befestigungsmittel 52 je Seite verwendet, um die Einzelgetriebe 10, 10 mit dem Halter 20 zu verschrauben und zu einer Gesamtgetriebebaugruppe zu verblocken. In der vorliegenden Ausführungsform sind jeweils auf der rechten und der linken Seite ausreichend viele Schrauben auf einem Teilkreisdurchmesser als das Befestigungsmittel vorgesehen. Sie werden durch Durchgangslöcher 12 in den Gehäusen der Einzelgetriebe hindurchgeführt und mit den Gewinden in den Schraublöchern 22 in dem Halter 20 verschraubt. Die Schraublöcher 22 in dem Halter 20 sind für Schrauben 52 von beiden Seiten geeignet.
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Der Halter 20 hat eine im Wesentlichen ringförmige Öffnung, in die sowohl das linke Einzelgetriebe 10 als auch das rechte Einzelgetriebe 10 eingesetzt wird. Der Halter 20 hat darüber hinaus einen Fuß, der über Schraublöcher 23 zur Befestigung an einem nicht dargestellten übergeordneten Bauteil verfügt.
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In 2 ist das Getriebesystem in zusammengebautem Zustand zu sehen. Hierbei ist klar ersichtlich, dass die Stirnseiten der Einzelgetriebe in dem Halter bzw. Zwischengehäuse nahe beisammen liegen. Daher ist es möglich, dass das Antriebsritzel 31 der Antriebswelle 30 innerhalb eines axial begrenzten Bereichs beide Eingangsritzel 11, 11 der Einzelgetriebe 10, 10 antreiben kann. Bei den eingesetzten Einzelgetrieben 10, 10 befindet sich der Abtrieb jeweils auf den nach außen weisenden Stirnseiten. Die Abtriebswellen 40, 40 werden somit durch Getriebebauteile gebildet, die im Wesentlichen die nach außen weisenden Stirnseiten der Einzelgetriebe 10, 10 bilden. Beim konkreten Ausführungsbeispiel weisen diese Bauteile Innengewinde auf, um mittels weiterer Elemente verbunden zu werden. Durch eine geeignete drehfeste Verbindung der beiden Abtriebswellen 40, 40 der Einzelgetriebe 10, 10 kann durch diese erfindungsgemäße Anordnung etwa das doppelte Drehmoment von einem Einzelgetriebe übertragen werden.
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3 ist ein Aufbauschema, das den vereinfachten Aufbau eines erfindungsgemäßen Getriebesystems gemäß der ersten Ausführungsform zeigt. Aus dieser Figur heraus wird deutlich, dass der gezahnte Bereich der Antriebswelle mittig zwischen dem linken Getriebe 10 und dem rechten Getriebe 10 positioniert ist, wodurch ein synchrones Antreiben beider Einzelgetriebe möglich ist. Das Getriebesystem, das wie in 1 gezeigt verbunden wurde, ist in 3 in einem U-förmigen Bauteil gezeigt, welches das Getriebesystem umfasst.
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4 stellt eine zweite Ausführungsform dar, die auf einer Modifikation der ersten Ausführungsform basiert. Das Getriebesystem der zweiten Ausführungsform wird durch eine Spiegelung des Getriebesystems der ersten Ausführungsform erlangt. Eine linke Getriebekombination weist zwei Einzelgetriebe 10, 10 auf und eine rechte Getriebekombination weist ebenfalls zwei Einzelgetriebe 10, 10 auf. Somit umfasst dieses Getriebesystem der zweiten Ausführungsform insgesamt vier Einzelgetriebe. In der hier vorliegenden Ausführungsform wird jede von der linken und der rechten Getriebekombination durch eine separate Antriebswelle angetrieben. In dieser Ausführungsform kann der Abtrieb dieses Getriebesystems über eine einzige, gemeinsame Abtriebswelle (hier: E-förmiges Abtriebsbauteil) erfolgen. Die beiden Antriebswellen 30, 30 können jeweils in ihren Axialrichtung verschiebbar gelagert sein, so dass eine Kraftübertragung in jeder einzelnen Getriebekombination wahlweise über ein Einzelgetriebe oder über zwei Einzelgetriebe vorgesehen sein kann. Für das gesamte Getriebesystem heißt dies, dass ein erforderliches Drehmoment wahlweise über ein, zwei, drei oder vier Einzelgetriebe übertragen werden kann, je nach Höhe des zu übertragenden Drehmoments. Mit anderen Worten kann das doppelte Einzelgetriebedrehmoment übertragen werden, indem lediglich eine Antriebswelle voll eingerückt ist, so dass beide Einzelgetriebe von der linken oder der rechten Getriebekombination das Drehmoment übertragen. Um das doppelte Einzelgetriebedrehmoment übertragen zu können, können auch alternativ beide Antriebswellen jeweils zur Hälfte eingerückt sein, so dass je ein Einzelgetriebe der rechten und der linken Getriebekombination ein Drehmoment übertragen.
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Dies hat den Vorteil, dass jeweils nur so viele Einzelgetriebe eingebunden sind, wie notwendig ist. Dadurch minimieren sich die Reibungsverluste, die durch die Einzelgetriebe hervorgerufen werden, da immer nur die kleinstmögliche Anzahl an Einzelgetrieben überträgt.
