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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft ein Winkelgetriebe insbesondere ein verspannbares Winkelgetriebe, und ein Verfahren zum Betreiben eines Winkelgetriebes.
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Stand der Technik
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Aus dem Stand der Technik sind Winkelgetriebe bekannt. Solche Winkelgetriebe weisen im Allgemeinen ein großes Verdrehflankenspiel auf, ein Verdrehflankenspiel, welches absolut betrachtet typischerweise größer ist als bei spielarmen Planetengetrieben.
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Offenbarung der Erfindung
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Winkelgetriebe anzugeben, welches gegenüber dem Stand der Technik verbessert ist, insbesondere ein Winkelgetriebe anzugeben, welches ein vermindertes Verdrehflankenspiel oder allgemein ein vermindertes Spiel aufweist, wobei idealerweise auch Verschleiß vermindert wird oder hohe Winkelgeschwindigkeiten ermöglicht werden.
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Die Aufgabe wird mit einem Winkelgetriebe gemäß Hauptanspruch 1 und Verfahren gemäß den nebengeordneten Ansprüchen gelöst.
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Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Winkelgetriebe, insbesondere verspannbares Winkelgetriebe, insbesondere ein verspannbares Winkelgetriebe, mit einem auf einer Abtriebswelle angeordneten Tellerrad mit einem Zahnkranz, einer ersten Antriebswelle, auf welcher ein erstes Ritzel angeordnet ist, einer zweiten Antriebswelle, auf welcher ein zweites Ritzel angeordnet ist, wobei beide Ritzel mit dem Zahnkranz des Tellerrades in Eingriff sind.
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Ein weiterer Aspekt betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Winkelgetriebes einer der hierin beschriebenen typischen Ausführungsformen, mit Ansteuern des Motors und Öffnen des passiven Elementes, so dass die beiden Antriebswellen unverspannt in einem ersten Betriebsmodus betrieben werden; und Ansteuern des Motors und Schließen dass passiven Elementes, so dass die beiden Antriebswellen verspannt in einem zweiten Betriebsmodus betrieben werden.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Winkelgetriebes in einer der hierin beschriebenen typischen Ausführungsform mit Ansteuern der beiden Motoren, so dass sie unverspannt die beiden Antriebswellen antreiben in einem ersten Betriebsmodus; und Ansteuern der beiden Motoren, so dass sie verspannt die beiden Antriebswellen antrieben in einem zweiten Betriebsmodus.
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Bei typischen Ausführungsformen werden eine erste Antriebswelle mit einem ersten Ritzel und eine zweite Antriebswelle mit einem zweiten Ritzel vorgesehen, wobei das erste Ritzel und das zweite Ritzel, also beide Ritzel, mit dem Zahnkranz des Tellerrades in Eingriff sind. Typischerweise ist es möglich, das Tellerrad des Winkelgetriebes mit der ersten Antriebswelle oder der zweiten Antriebswelle oder beiden Antriebswellen anzutreiben. Dabei kann es auch möglich sein, in einem typischen weiteren Betriebsmodus mit der ersten Antriebswelle einen Drehmoment oder Antrieb zu erreichen, welches oder welcher durch die zweite Antriebswelle gebremst wird.
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Bei weiteren Ausführungsformen ist eine dritte Antriebswelle mit einem dritten Ritzel vorgesehen, wobei das dritte Ritzel ebenfalls mit dem Tellerrad in Eingriff ist. Darüber hinaus können weitere Antriebswellen mit weiteren Ritzeln, welche mit dem Tellerrad in Eingriff sind, vorgesehen werden. Das Vorsehen von mehr als zwei Antriebswellen mit jeweiligen Ritzeln bietet die Möglichkeit, größere Antriebs- oder Haltekräfte oder auch Bremskräfte für einen spielarmen Betrieb zu übertragen.
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Bei typischen Ausführungsformen ist die erste Antriebswelle im Wesentlichen parallel zu der zweiten Antriebswelle angeordnet. Bei weiteren Ausführungsformen ist die erste Antriebswelle zumindest im Wesentlichen senkrecht zu der zweiten Antriebswelle angeordnet. Eine parallele Anordnung kann typischerweise versetzt erfolgen, beispielsweise mit einer Hypoidverzahnung. Weiterhin ist es auch möglich, die Antriebswellen auf derselben Achse zu positionieren, beispielsweise im Zusammenhang mit einer Kegelradverzahnung. Bei Ausführungsformen sind die Antriebswellen gegenüberliegend und parallel angeordnet. Bei weiteren Ausführungsformen sind die Antriebswellen nebeneinanderliegend parallel angeordnet.
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Weitere Ausführungsformen weisen um 120° oder zumindest im Wesentlichen um 120° verdrehte Antriebswellen auf. Der Verdrehwinkel wird jeweils typischerweise um die Achse der Abtriebswelle definiert. Eine um 120° verdrehte oder im Wesentlichen senkrechte Anordnung bietet den Vorteil einer besonders kompakten Bauform. Eine parallele Anordnung bietet den Vorteil einer gestreckten Ausführung, welche quer zu der Ebene der Antriebsachsen und der Abtriebsachse einen geringen Bauraum beansprucht. Weitere Ausführungsformen weisen um 45° oder zumindest im Wesentlichen um 45° verdrehte Antriebswellen auf. Bei weiteren Ausführungsformen sind vier Antriebswellen mit einem Winkel von zumindest im Wesentlichen 90° zueinander angeordnet. Drei Antriebswellen können bei Ausführungsformen in einem Winkel von zumindest im Wesentlichen um 120° angeordnet sein. Bei weiteren Ausführungsformen sind drei oder vier Antriebswelle in unterschiedlichen Winkeln zueinander angeordnet, beispielsweise drei in den Winkellagen 0°, 90°, 180° oder 45°, 180° und 270°.
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Typischerweise ist die erste Antriebswelle durch einen Motor angetrieben oder durch einen Motor antreibbar. Bei typischen Ausführungsformen der Erfindung ist die erste Antriebswelle in Drehmoment übertragender Verbindung mit einem Motor angeordnet. Hierbei kann zwischen dem Motor und der Antriebswelle ein Getriebe vorgesehen sein oder eine unmittelbare Verbindung zwischen dem Motor und der Antriebswelle vorliegen.
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Typische Ausführungsformen der Erfindung umfassen eine zweite Antriebswelle, welche mit einer passiven Komponente versehen ist. Typische Beispiele für passive Komponenten sind eine Hysteresebremse, eine Betriebsbremse oder allgemein eine Bremse. Eine Hysteresebremse bietet besondere Vorteile für eine passive Verspannung während einer Bewegung der Abtriebswelle durch einen Antrieb mit der ersten Antriebswelle. Hysteresebremsen zeigen typischerweise keinen oder nur geringen Verschleiß bei Bewegung.
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Eine Haltebremse kann eingesetzt werden, um im Stillstand eine bestimmte Winkelposition durch Verspannen mittels der ersten Antriebswelle und des Motors, welche mit der ersten Antriebswelle verbunden ist, zu erreichen. Allgemein kann die passive Komponente als Bremse oder als Verriegelungselement ausgebildet sein. Verriegelungselemente bieten einen besonders einfachen Aufbau und sind preisgünstig. Bremsen bieten den Effekt, dass während einer Bewegung eine Verspannung möglich ist.
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Bei typischen Ausführungsbeispielen wird die zweite Antriebswelle durch einen weiteren Motor angetrieben. Der Motor der ersten Antriebswelle kann auch als erster Motor bezeichnet werden. Ein Antrieb beider Antriebswellen jeweils durch einen eigenen Motor ermöglicht mehrere Betriebsmodi. Beispielsweise einen ersten Betriebsmodus mit geringem Spiel, wobei der weitere Motor eine durch den ersten Motor bewirkte Drehbewegung bremst bzw. der weitere Motor als Bremse eingesetzt wird. Eine zweiter Betriebsmodus kann dann typischerweise ein Schnellgang sein, bei welchem keine Bremswirkung erreicht wird sondern beispielsweise ein Leerlauf des zweiten oder weiteren Motors oder auch ein gemeinsamer Antrieb beider Motoren in dieselbe Richtung. Der erste Betriebsmodus kann auch als verspannter Betriebsmodus bezeichnet werden. Der zweite Betriebsmodus kann auch als unverspannter Betriebsmodus bezeichnet werden.
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Typische Ausführungsformen umfassen eine Steuereinrichtung, welche mit den beiden Motoren verbunden ist und eingerichtet ist, um die Motoren in einem ersten Betriebsmodus unverspannt zu betreiben und in einem zweiten Betriebsmodus verspannt zu betreiben. Vorzugsweise umfasst das Getriebe oder der Antrieb eine Steuereinrichtung, die mit den beiden Motoren verbunden ist und eingerichtet ist, um die Motoren in einem ersten Betriebsmodus unverspannt zu betreiben und in einem zweiten Betriebsmodus verspannt zu betreiben. Dies bietet den Vorteil, dass in einem ersten Betriebsmodus schnell eine Position angefahren werden kann und in einem zweiten Betriebsmodus wie bei einem verspannten Betrieb ein besonders genaues Bearbeiten oder Positionieren möglich ist, da Fehler aufgrund von Spiel in dem Getriebe vermieden werden.
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Bei typischen Ausführungsformen ist eine Steuereinrichtung vorgesehen, welche mit dem Motor der ersten Antriebswelle und mit dem passiven Element verbunden ist und eingerichtet ist, um in einem ersten Betriebsmodus den Motor unverspannt zu betreiben, wobei das passive Element in einer gelösten oder offenen Stellung ist, sowie den Motor in einem zweiten Betriebsmodus zu betreiben, in welchem das passive Element in einem geschlossenen oder aktivierten Zustand ist. Auf diese Weise lässt sich in dem ersten Betriebsmodus ein Verschleiß bei schnellen Bewegungen, bei welchen es nicht auf hohe Positioniergenauigkeit ankommt, verringern. Weiterhin lässt sich auf diese Weise der Energieverbrauch verringern. Die Betriebsmodi können auch umgekehrt bezeichnet werden, also der verspannte Betriebsmodus als erster Betriebsmodus und der unverspannte Betriebsmodus als zweiter Betriebsmodus.
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Bei Ausführungsformen kann auch eine dritte Antriebswelle oder weitere Antriebswellen jeweils mit einem Motor oder mit einem passiven Element ausgerüstet sein, um weitere Betriebsmodi, beispielsweise zur Herstellung von noch höheren Positioniergenauigkeiten, zu erreichen.
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Bei typischen Ausführungsformen ist die erste Antriebswelle über ein erstes Getriebe mit dem Motor verbunden und die zweite Antriebswelle über ein zweites Getriebe mit dem weiteren Motor verbunden. Bei typischen Ausführungsformen weisen das erste Getriebe und das zweite Getriebe unterschiedliche Übersetzungen auf. Bei Ausführungsformen können die verwendeten Komponenten, wie beispielsweise Bremsen in ihren am Markt erhältlichen Abstufungen an die Anwendung angepasst werden. Bei weiteren Ausführungsformen weisen die beiden Getriebe dieselbe Übersetzung auf.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Weitere Vorteile und Merkmale bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beiliegenden Zeichnungen erläutert, wobei die Figuren zeigen:
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1 zeigt in einer schematischen Ansicht einen Querschnitt durch eine Ausführungsform der Erfindung;
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2 zeigt eine Ansicht des Ausführungsbeispiels, welches in der 1 geschnitten dargestellt ist;
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3 zeigt in einer schematischen Ansicht eine Ausführungsform mit einer Steuereinrichtung; und
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4 zeigt in einer schematischen Ansicht eine weitere Ausführungsform.
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Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
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In der 1 ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, nämlich ein Winkelgetriebe 1 in einer schematischen Schnittansicht gezeigt.
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Das Winkelgetriebe 1 umfasst eine Abtriebswelle 2 und eine erste Antriebswelle 3 sowie eine zweite Antriebswelle 4. Auf der ersten Antriebswelle 3 ist ein erstes Ritzel 5 angeordnet und auf der zweiten Antriebswelle 4 ist ein zweites Ritzel 6 angeordnet.
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Die beiden Ritzel 5 und 6 stehen in Eingriff mit einem Zahnkranz 10 eines Tellerrades 11. Das Tellerrad ist drehfest auf der Abtriebswelle 2 angeordnet.
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Bei dem Ausführungsbeispiel der 1 können die beiden Antriebswellen 3 und 4 jeweils mit einem Motor an Flanschen 13 und 14 verbunden werden.
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Die verspannten Antriebe können auch als Master/Slave-Konfiguration bezeichnet werden. Die beiden Motoren können in einer Master/Slave-Konfiguration geschaltet sein, um das Getriebe verspannt oder unverspannt zu betreiben. Hierzu kann eine Steuereinrichtung vorgesehen seine, welche in der 1 nicht gezeigt ist.
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Bei typischen Ausführungsformen ist anstelle des zweiten Motors an dem Flansch 14 ein passives Element, beispielsweise eine Bremse oder ein Verriegelungselement angeordnet.
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In der 2 ist die Ausführungsform der 1 nicht geschnitten dargestellt. Zur Bezeichnung gleicher Teile werden gleiche Bezugszeichen verwendet und nicht nochmals erläutert. In der 2 sind jedoch außerdem die Achsen der Abtriebswelle 2, Achse 22, der ersten Antriebswelle 3 (in der 2 verdeckt), Achse 23, und der zweiten Antriebswelle 4, Achse 24, dargestellt. Die Achsen 23 und 24 der Antriebswellen 3 und 4 sind parallel zueinander und versetzt angeordnet. Dies ermöglicht eine geringe Bauhöhe senkrecht zu der Ebene, welche im Wesentlichen durch die Achsen 22, 23 und 24 aufgespannt wird. Durch die versetzte Achsanordnung der Achsen 23 und 24 ist es möglich, ein Hypoidgetriebe zu realisieren, welches eine geringere Baulänge in Richtung der Achsen 23 und 24 aufweist.
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In der 3 ist schematisch eine Prinzipskizze der Ansteuerung mit einer Steuereinrichtung 31 zum Ansteuern eines ersten Motors 33 und eines zweiten oder weiteren Motors 34 gezeigt. Die Motoren 33 und 34 sind jeweils über ein Getriebe 43 und 44 und über Antriebswellen 3 und 4 mit Kegelrädern 5 und 6 in Drehmoment-übertragender Weise verbunden.
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Die Kegelräder 5 und 6 stehen in Eingriff mit einem Tellerrad 10, welches wiederum wie in der 1 gezeigt mit einer Abtriebswelle (in der 3 nicht gezeigt) drehfest verbunden ist. Die Beschreibung der 3 ist grundsätzlich zu verstehen im Zusammenhang mit den 1 und 2. Daher werden nicht alle Einzelheiten des Kegelradgetriebes 1 nochmals detailliert erläutert.
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Die Steuereinrichtung 31 ist dazu eingerichtet, die Motoren 33 und 34 in einem ersten Betriebsmodus und einem zweiten Betriebsmodus zu betreiben. Bei typischen Ausführungsformen der Erfindung kann die Steuereinrichtung 31 weitere Betriebsmodi ansteuern.
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Der zweite Betriebsmodus dient typischerweise dazu, Positionen schnell anzufahren. Der erste Betriebsmodus dient typischerweise dazu das Kegelradgetriebe verspannt zu betreiben, um eine hohe Positioniergenauigkeit zu erreichen.
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Dabei wird typischerweise der zweite Motor 34 als Bremse eingesetzt, um gegen eine Arbeitsbewegung des ersten Motors 33 zu arbeiten. Mit dem ersten Motor 33 wird die erste Antriebswelle 3 über das erste Getriebe 43 angetrieben, um das Tellerrad 10 in eine gewünschte Position zu verdrehen. Mittels des zweiten Motors 34 kann über das zweite Getriebe 44 und über die zweite Antriebswelle 4 ein Bremsdrehmoment über das Ritzel 6 auf das Tellerrad 10 aufgebracht werden.
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Das Bremsdrehmoment unterbindet nicht die Bewegung, welche durch den ersten Motor 33 bewirkt wird, sondern sorgt dafür, dass permanent an allen Eingriffen der Getriebe 43 und 44 sowie zwischen den Ritzeln 5, 6 und dem Tellerrad 10 die gegenüberliegenden Zahnflanken einander anliegen. Auf diese Weise wird das Verdrehspiel minimiert oder auf null reduziert.
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Im zweiten Betriebsmodus werden die Motoren 33 und 34 parallel angesteuert, sodass beide über die ggf. vorzusehenden Getriebe 43 und 44 ein gleichgerichtetes Drehmoment auf das Tellerrad 10 und somit die Abtriebswelle 2 (in der 3 nicht gezeigt) ausüben. Auf diese Weise kann ein Verschleißarmer schneller Vortrieb im zweiten Betriebsmodus realisiert werden. Der geringere Verschleiß resultiert daraus, dass die Flanken nicht wie bei dem ersten Betriebsmodus permanent unter zusätzlich aufgebrachter Vorspannung aneinander anliegen.
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In der 4 ist eine weitere Ausführungsform eines Winkelgetriebes 101 gezeigt, bei welcher zwei Antriebswellen 3 und 4 im Wesentlichen senkrecht aufeinander stehen. Für die Beschreibung des Ausführungsbeispiels der 4 werden gleiche Bezugszeichen für verschiedene Merkmale wie bei der Beschreibung der Ausführungsform der 1 und 2 verwendet. Nicht alle dieser Merkmale werden nochmals erläutert.
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Bei dem Winkelgetriebe 101 der 4 sind Achsen 22, 23 und 24 einer Abtriebswelle 2, Achse 22, einer ersten Antriebswelle 3, Achse 23, und der zweiten Antriebswelle 4, Achse 24, dargestellt. Die Achsen 23 und 24 der Antriebswellen 3 und 4 sind senkrecht zueinander angeordnet. Dies ermöglicht eine gedrungene Bauform. Das Winkelgetriebe 101 weist bis auf die anders angeordneten Antriebswellen 3 und 4 im Wesentlich denselben Aufbau wie das Winkelgetriebe 1 der 1 und 2 auf.
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In der vorstehenden Beschreibung wurden typische Ausführungsbeispiele anhand von Figuren erläutert, die Erfindung ist jedoch nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt; vielmehr wird der Umfang der Erfindung durch die Ansprüche bestimmt.
