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Die Erfindung betrifft ein zweigängiges Getriebe mit einer ersten Welle und einer zweiten Welle und einer Planetengetriebestufe. Bei einem solchen Getriebe handelt es sich insbesondere um ein Maschinenantriebsgetriebe, wie ein Werkzeugmaschinengetriebe. Die Planetengetriebestufe weist ein Hohlrad, ein Sonnenrad, ein Planetenrad und einen Planetenträger auf. Auf dem Planetenträger ist das Planetenrad bzw. die Planetenräder drehbar angeordnet. Dabei ist in dem ersten Gang des Getriebes eine Übersetzung zwischen der ersten und der zweiten Welle anliegend und in dem zweiten Gang des Getriebes ein Durchtrieb zwischen der ersten und der zweiten Welle anliegend.
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Ein solches zweigängiges Getriebe ist beispielsweise der
US 4,938,738 B entnehmbar.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein vereinfachtes zweigängiges Getriebe bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird durch ein zweigängiges Getriebe gemäß Hauptanspruch erreicht. Demnach wird ein (insbesondere genau) zweigängiges Getriebe vorgeschlagen, mit einer ersten Welle und einer zweiten Welle und einer Planetengetriebestufe, die ein Hohlrad, ein Sonnenrad, ein Planetenrad und einen Planetenträger aufweist. Die erste Welle bildet vorzugsweise eine Eingangswelle, also eine Welle mittels der Drehmoment in das Getriebe eingeleitet wird, und die zweite Welle bildet vorzugsweise eine Ausgangswelle, also eine Welle, mittels der Drehmoment von dem Getriebe abgegriffen wird. Auf dem Planetenträger ist das Planetenrad drehbar angeordnet. Vorzugsweise sind mehrere Planetenräder auf dem Planetenträger verteilt angeordnet.
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In dem ersten Gang des Getriebes besteht eine Übersetzung zwischen der ersten und der zweiten Welle, und in dem zweiten Gang des Getriebes besteht ein Durchtrieb zwischen der ersten und der zweiten Welle (direkter Gang). Dazu ist der Planetenträger zusammen mit dem Planetenrad zum Einlegen des ersten Ganges in eine erste Axialposition und zum Einlegen des zweiten Ganges in eine davon beabstandete zweite Axialposition bewegbar ausgeführt. Die Bewegung von der einen Axialposition in die andere Axialposition kann beispielsweise mittels eines Aktors oder von Hand erfolgen.
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Die Planetengetriebestufe ist so ausgeführt, dass in dem ersten Gang (erste Axialposition des Planetenträgers) der Planetenträger mit der zweiten Welle in Eingriff ist und mit der ersten Welle außer Eingriff ist und dass das Planetenrad mit dem Sonnenrad und dem Hohlrad in Eingriff ist, wodurch die Übersetzung gebildet ist. Des Weiteren ist die Planetengetriebestufe so ausgeführt, dass in dem zweiten Gang (zweite Axialposition des Planetenträgers) der Planetenträger mit der zweiten Welle und mit der ersten Welle in Eingriff ist und dass das Planetenrad mit dem Sonnenrad und/oder dem Hohlrad außer Eingriff ist und somit der Durchtrieb gebildet ist.
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Im zweiten Gang kann das Planetenrad also mit zumindest einem von Sonnenrad und Hohlrad außer Eingriff sein und mit dem anderen von Sonnenrad und Hohrad im Eingriff sein. Im zweiten Gang kann das Planetenrad daher auch mit beiden von Sonnenrad und Hohlrad außer Eingriff sein. Es genügt somit, dass das Planetenrad mit genau einem von Sonnenrad und Hohlrad außer Eingriff ist, um den Durchtrieb zu bilden. Wenn es allerdings mit beiden außer Eingriff ist, können die Plansch- und Reibungsverluste in dem Getriebe im zweiten Gang minimiert werden.
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Der Eingriff zwischen Planetenträger und erster bzw. zweiter Welle erfolgt vorzugsweise mittels Kopplungsmittel an diesen Bauteilen, beispielsweise mittels Verzahnungen, Klauen, Keilwellenprofilen, Passfehlern etc. Eine Übersetzung liegt bei dem Getriebe vor, wenn eine Eingangsdrehzahl des Getriebes, z.B. an der ersten Welle, in eine höhere oder niedrigere Ausgangsdrehzahl des Getriebes, z.B. an der zweiten Welle, umgewandelt wird. Demgegenüber liegt ein Durchtrieb (direkter Gang) des Getriebes dann vor, wenn die erste Welle und zweite Welle (bzw. die Eingangswelle und die Ausgangswelle des Getriebes) miteinander gekoppelt sind, so dass Eingangsdrehzahl und Ausgangsdrehzahl gleich sind.
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Es kann vorgesehen sein, dass Sonnenrad zumindest drehfest mit der ersten Welle verbunden ist, beispielsweise mittels einer formschlüssigen oder stoffschlüssigen oder reibschlüssigen Verbindung. So kann das Sonnenrad auch einteilig mit der ersten Welle ausgeführt sein.
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Das vorgeschlagene zweigängige Getriebe zeichnet sich durch besonders wenige erforderliche Bauteile aus. Hierdurch ist es einfach und kostengünstig aufgebaut und kann leicht gewartet werden.
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Vorzugsweise verfügt der Planetenträger über zumindest ein Kopplungsmittel, beispielsweise eine Verzahnung oder Klauen, welches in dem ersten Gang des Getriebes außer Eingriff mit der Welle ist und in Eingriff mit der zweiten Welle ist und welche es in dem zweiten Gang sowohl mit der ersten, als auch mit der zweiten Welle in Eingriff ist und somit diese zur Erzeugung des Durchtriebs des Getriebes drehfest miteinander koppelt. Hierbei kann insbesondere vorgesehen sein, dass das Kopplungsmittel in dem zweiten Gang einerseits in die zweite Welle und andererseits in das Sonnenrad eingreift. Das zweite Kopplungsmittel kann hierzu vorzugsweise als Innenverzahnung ausgeführt sein, welche in einer Außenverzahnung der zweiten Welle formschlüssig eingreift und eine Verschiebbarkeit des Planetenträgers ermöglicht und welche in der zweiten Schaltstufe zusätzlich in die Laufverzahnung oder eine separate Außenverzahnung des Sonnenrads eingreift.
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Vorzugsweise verfügt der Planetenträger über eine Anlagefläche, beispielsweise in Form einer in Umfangsrichtung des Planetenträgers verlaufenden Nut, an welcher ein Aktor des Getriebes angreift, um den Planetenträger in die erste und/oder die zweite Axialposition zu bewegen. Beispielsweise kann ein Schaltgabel des Aktors oder ein beweglicher Stift des Aktors an der Anlagefläche angreifen, um den Planetenträger zu bewegen. Hierbei kann vorgesehen sein, dass der Planetenträger eine erste und eine zweite axiale Seite aufweist, welche durch das Planetenrad voneinander beabstandet sind, wobei das Kopplungsmittel des Planetenträgers auf der ersten Seite und die Anlagefläche auf der zweiten Seite angeordnet sind. Somit sind das Kopplungsmittel, dass zur Koppelung der ersten und der zweiten Welle dient und die Anlagefläche, welche zur Bewegung des Planetenträgers dient, auf unterschiedlichen Seiten des Planetenträgers angeordnet. Alternativ hierzu kann vorgesehen sein, dass die Anlagefläche und das Kopplungsmittel auf derselben Seite des Planetenträgers angeordnet sind.
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Vorzugsweise verfügen einige oder alle Räder der Planetengetriebestufe jeweils über mehrere axial beabstandete Zahnreihen, beispielsweise zwei Zahnreihen. Somit kann vorgesehen sein, dass das Planetenrad und zumindest eines von Sonnenrad und Hohlrad jeweils zumindest eine erste und eine zweite axial voneinander beabstandete Zahnreihe aufweisen. Hierbei ist vorgesehen, dass in dem ersten Gang die Zahnreihen des Planetenrads mit den Zahnreihen des Hohlrads und des Sonnenrads kämmend in Eingriff sind, wohingegen in dem zweiten Gang die Zahnreihen des Planetenrads mit den Zahnreihen des zumindest einen von Hohlrad und Sonnenrad außer Eingriff sind. Dabei ist in dem zweiten Gang eine der Zahnreihen des Planetenrads axial zwischen der ersten und der zweiten Zahnreihe des zumindest einen von Hohlrad und Sonnenrad angeordnet (desjenigen von Hohrad und Sonnenrad, das mit dem Planetenrad im zweiten Gang außer Eingriff ist). Hierdurch kann einerseits ein kleiner erforderlicher Schaltweg zum Umschalten zwischen den Gängen und andererseits eine hohe Drehmomentübertragungsfähigkeit des Getriebes ermöglicht werden. Vorzugsweise ist in dem zweiten Gang der Planetenträger mit lediglich einer der mehreren Zahnreihen des Sonnenrads in Eingriff. Vorzugsweise ist das andere von Hohlrad und Sonnenrad auch im zweiten Gang mit dem Planetenrad im Eingriff und ist einreihig ausgeführt, d.h. es weist dann lediglich eine Zahnreihe auf. Eine mehrreihige Ausführung dieses dann ständig (sowohl im ersten, als auch im zweiten Gang) mit dem Planetenrad im Eingriff befindlichen Sonnenrads bzw. Hohlrads ist dann nicht erforderlich und erhöht lediglich dessen Herstellungskosten.
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Das vorgeschlagene zweigängige Getriebe eignet sich aufgrund des einfachen Aufbaus insbesondere als Maschinenantriebsgetriebe, also beispielsweise als Industrie- oder Anlagengetriebe. Vorzugsweise wird es als Werkzeugmaschinengetriebe eingesetzt, also beispielsweise zum Antrieb einer Spindel oder eines Vortriebs einer Werkzeugmaschine, wie einer Drehmaschine oder einer Fräsmaschine. Die Erfindung betrifft daher auch ein Maschinenantriebsgetriebe, insbesondere Werkzeugmaschinengetriebe, welches entsprechend des hier beschriebenen zweigängigen Getriebes ausgeführt ist.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren näher erläutert, aus welchen weitere bevorzugte Merkmale der Erfindung entnehmbar sind. Hierbei zeigen jeweils in schematischer Darstellung:
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1 die obere Hälfte eines Längsschnittes durch eine erste Ausführungsform eines zweigängigen Getriebes in einer ersten Schaltstellung,
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2 das Getriebe gemäß 1 in einer zweiten Schaltstellung,
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3 die obere Hälfte eines Längsschnittes durch eine zweite Ausführungsform eines zweigängigen Getriebes.
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In den Figuren sind gleiche oder zumindest funktionsgleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Das zweigängige Getriebe gemäß 1 weist eine erste Welle 1 und eine zweite Welle 2 sowie eine Planetengetriebestufe 3 auf. Die erste Welle 1 kann insbesondere als Eingangswelle des Getriebes dienen und die zweite Welle 2 insbesondere als Ausgangswelle des Getriebes. Die Planetengetriebestufe 3 weist ein Hohlrad 3A, ein Sonnenrad 3B, und zumindest ein Planetenrad 3C sowie einen Planetenträger 3D auf. Das Planetenrad 3C ist auf den Planetenträger 3D drehbar angeordnet. Vorzugsweise sind mehrere Planetenräder 3C auf den Planetenträger 3D in Umfangsrichtung verteilt angeordnet. Das Getriebe kann beispielsweise in einem Gehäuse 4 angeordnet sein, in welchem die erste Welle 1 und/oder die zweite Welle 2 drehbar gelagert sind.
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Der Planetenträger 3D kann in zumindest eine erste Axialposition (1) und eine zweite Axialposition (2) axial entlang einer Längsachse L des Getriebes bewegt werden. Es kann eine Rast- oder Verriegelungsvorrichtung vorgesehen sein, welche den Planetenträger 3D in der ersten und/oder der zweiten Axialposition hält. In der in 1 gezeigten ersten Axialposition ist ein erster Gang des Getriebes eingelegt. Dabei ist der Planetenträger 3D mit der zweiten Welle 2 im Eingriff und mit der ersten Welle 1 außer Eingriff. Hierzu ist der Planetenträger 3D mit einem Kopplungsmittel 5, beispielsweise mit einer Innenverzahnung 5, ausgeführt, welche in ein korrespondierendes Kopplungsmittel 6, beispielsweise eine Außenverzahnung 6, der zweiten Welle 2 eingreift. Diese Kopplungsmittel 5, 6 können beispielsweise auch als korrespondierende Keilwellenprofile ausgeführt sein. Alternativ kann zwischen Planetenträger 3D und zweiter Welle 2 auch ein anderes formschlüssiges und eine axiale Bewegung ermöglichendes Kopplungsmittel 5, 6 vorgesehen sein, wie beispielsweise eine Passfederverbindung oder ein Polygonwellenprofil.
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Der Planetenträger 3D kann, wie in 1 und 2 auf der linken Seite sichtbar, auf der ersten Welle 1 drehbar gelagert sein. Er kann auch in dem Gehäuse 4 drehbar gelagert sein. Im Übrigen wird darauf hingewiesen, dass die zweite Welle 2 drehbar auf dem Sonnenrad 3B bzw. der ersten Welle 1 gelagert sein kann, wie in 1 und 2 ersichtlich.
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Es ist vorgesehen, dass die erste Welle 1 mit dem Sonnenrad 3B zumindest drehfest verbunden ist, so dass ein Drehmoment von der ersten Welle 1 direkt auf das Sonnenrad 3B übertragbar ist. So kann die erste Welle 1 mit dem Sonnenrad 3B auch einteilig ausgeführt sein.
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Wie aus 1 ersichtlich ist, wird in dem ersten Gang durch die Planetengetriebestufe eine Übersetzung zwischen der ersten Welle 1 und der zweiten Welle 2 bereitgestellt. Im Detail wird ein von der ersten Welle 1 eintreffendes Drehmoment über das Sonnenrad 3B, das Planetenrad 3C und den Planetenträger 3D auf die zweite Welle 2 übertragen. Das Hohrad 3A ist hierbei im Gehäuse 4 zumindest drehfest angeordnet, insbesondere ortsfest, also unbeweglich. Es kann auch durch das Gehäuse 4 gebildet sein, also einteilig mit diesem ausgeführt sein. Je nach Größenverhältnis zwischen Sonnenrad 3B, Planetenrad 3C und Hohlrad 3A stellt sich somit in bekannter Weise eine Übersetzung ins Schnelle oder Langsame zwischen der ersten Welle 1 und der zweiten Welle 2 ein.
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Gemäß der Ausführungsform nach 1 ist das Kopplungsmittel 5 des Planetenträgers 3D (hier: Innenverzahnung 5) zur Koppelung mit der zweiten Welle 2 auf einer ersten (rechten) Seite des Planetenträgers 3D angeordnet. Auf einer hiervon axial beabstandeten zweiten (linken) Seite des Planetenträgers 3D ist eine Anlagenfläche 7, hier in Form einer Nut in Umfangsrichtung auf den Planetenträger 3D vorgesehen, in welche ein Betätigungsmittel 8 eingreift. Das Betätigungsmittel 8 kann beispielsweise mit einem Aktor des Getriebes verbunden sein und dadurch die axiale Bewegung des Planetenträgers 3D bewirken. Alternativ zur Nut kann der Planetenträger 3D über ein Lager zur Drehzahlentkopplung verfügen, an dessen drehzahlentkoppelter Seite ein Aktor zur Bewegung des Planetenträgers 3D angreift. Alternativ dazu kann das Betätigungsmittel auch von Hand betätigt werden. Die erste (linke) Seite des Planetenträgers 3D ist hierbei von der zweiten (rechten) Seite durch das Planetenrad 3C beabstandet. Es kann auch vorgesehen sein, dass Anlagefläche 7 und Kopplungsmittel 5 auf einer gemeinsamen axialen Seite des Planetenträgers 3D (linke oder rechte Seite) angeordnet sind.
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In 1 ist darüber hinaus beispielhaft dargestellt, dass das Sonnenrad 3B, das Planetenrad 3C und das Hohlrad 3A über mehrere, vorliegend beispielhaft zwei, axial voneinander beabstandete und miteinander korrespondierende Zahnreihen verfügen können. In dem in 1 dargestellten ersten Gang sind die Zahnreihen von Sonnenrad 3B, Planetenrad 3C und Hohlrad 3A in Eingriff. Grundsätzlich können einer einige oder alle von dem Hohlrad 3A, dem Sonnenrad 3B und dem Planetenrad 3C jedoch auch einreihig ausgeführt sein.
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2 unterscheidet sich von 1 lediglich dadurch, dass der Planetenträger 3D zusammen mit dem Planetenrad 3C aus der ersten Axialposition in die zweite Axialposition (nach links), welche dem zweiten Gang des Getriebes entspricht, bewegt wurde. In 2 ist also der zweite Gang des Getriebes eingelegt. Dies ist durch den Pfeil an dem Betätigungsmittel 8 angedeutet. Wie aus 2 ersichtlich ist, wurde beim Wechsel vom ersten (1) in den zweiten Gang der Planetenträger 3D auf der ersten Welle 1 verschoben. Die Zahnreihen von Sonnenrad 3B, Planetenrad 3C und Hohlrad 3A sind dadurch außer Eingriff gelangt. Das Planetenrad 3C kann nun frei auf dem Planetenträger 3D drehen. Das Hohlrad 3A wurde von der ersten Welle 1 und der zweiten Welle 2 vollständig drehentkoppelt.
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Grundsätzlich reicht es allerdings aus, dass das Planetenrad 3C im zweiten Gang lediglich von einem von Sonnenrad 3B und Hohlrad 3A enkoppelt ist, also außer Eingriff mit diesem ist. Mit dem jeweils anderen von Sonnenrad 3B und Hohlrad 3A kann das Planetenrad 3C im zweiten Gang im Eingriff verbleiben. Dieses von Sonnenrad 3B und Hohlrad 3A, mit dem das Planetenrad 3C im zweiten Gang im Eingriff verbleibt, ist dann vorzugsweise einreihig ausgeführt.
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Wie in 2 ersichtlich, befindet sich im zweiten Gang das Kopplungsmittel 5 des Planetenträgers 3D im Eingriff mit der ersten Welle 1 bzw. dem Sonnenrad 3B. Vorliegend ist das dadurch erfolgt, dass das Kopplungsmittel 5 auf zumindest oder genau eine der beiden Zahnreihen des Sonnenrads 3B aufgeschoben wurde. Dementsprechend ist vorzugsweise das Kopplungsmittel 5 korrespondierend mit der Außenverzahnung 6 der zweiten Welle 2 bzw. der Verzahnung des Sonnenrads 3B ausgeführt.
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Durch das formschlüssige Eingreifen des Planetenträgers 3D in dem zweiten Gang des Getriebes sowohl in die zweite Welle 2, als auch in das Sonnenrad 3B bzw. die erste Welle 1 und das gleichzeitige Entkoppeln des Planetenrads 3C von der ersten Welle 1 bzw. von dem Sonnenrad 3B und/oder dem Hohlrad 3A wird ein Durchtrieb, also ein direkter Gang/Direktgang, von der ersten Welle 1 zu der zweiten Welle 2 geschaffen. Ein an der ersten Welle 1 anliegendes Drehmoment und eine dort anliegende Drehzahl liegen somit auch an der zweiten Welle 2 an. Eine Übersetzung zwischen erster und zweiter Welle 1, 2 ist daher nicht gegeben.
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3 zeigt eine leichte Abwandlung des Getriebes gemäß 1 und 2. Als einziger Unterschied zur Ausführungsform nach 1, 2 weist die Ausführungsform gemäß 3 auf dem Sonnenrad 3B ein extra Kopplungsmittel 9 für den Planetenträger 3D auf. Hierbei handelt es sich vorzugsweise um eine Verzahnung, welcher der Verzahnung des Kopplungsmittels 5 des Planetenträgers 3D entspricht. Somit greift der Planetenträger 3D in der zweiten Schaltstufe in das Kopplungsmittel 9 ein und nicht wie in 2 gezeigt in die Verzahnung des Sonnenrads 3B/der ersten Welle 1.
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Die Verzahnung des Kopplungsmittels 5 und/oder des Kopplungsmittels 6 bzw. 9 ist vorzugsweise angespitzt. Somit wird die Gefahr von Zahn-auf-Zahn-Stellungen beim Schalten vom ersten Gang in den zweiten Gang verringert.
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Durch den einfachen Aufbau des zweigängigen Getriebes eignet sich dieses insbesondere zum Einsatz in einem Maschinenantrieb, wie beispielsweise einer Werkzeugmaschine, also beispielsweise einer Drehmaschine oder Fräsmaschine.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Erste Welle
- 2
- Zweite Welle
- 3
- Planetengetriebestufe
- 3A
- Hohlrad
- 3B
- Sonnenrad
- 3C
- Planetenrad
- 3D
- Planetenträger
- 4
- Gehäuse
- 5
- Kopplungsmittel, Innenverzahnung
- 6
- Kopplungsmittel, Außenverzahnung
- 7
- Anlagefläche, Nut
- 8
- Betätigungsmittel
- 9
- Kopplungsmittel
- L
- Längsachse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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