DE102016008017B4

DE102016008017B4 - Schneckengetriebe mit einstellbarem Verdrehflankenspiel und Verfahren zum Einstellen des Verdehflankenspiels

Info

Publication number: DE102016008017B4
Application number: DE102016008017.5A
Authority: DE
Inventors: Michael Eleser; Tobias Wasser; Holger Graf; Frank Rebhahn
Original assignee: Auma Drives GmbH
Current assignee: Auma Drives GmbH
Priority date: 2016-07-04
Filing date: 2016-07-04
Publication date: 2022-02-24
Anticipated expiration: 2036-07-05
Also published as: CN107575536B; CN107575536A; US10533652B2; US20180003285A1; DE102016008017A1

Abstract

Schneckengetriebe (1) mit einem Schneckenrad (4) und einer Schneckenwelle (2), dadurch gekennzeichnet, dass ein Achsabstand (17) zwischen einer Rad-Drehachse (6) des Schneckenrades (4) und einer Wellen-Drehachse (5) der Schneckenwelle (2) verstellbar ist, wobei die Schneckenwelle (2) in radialer Richtung zum Schneckenrad (4) einstellbar gelagert ist, dass die Schneckenwelle (2) an zwei Lagerstellen (7) beidseits einer Schnecke (3) der Schneckenwelle (2) drehgelagert ist, wobei an jeder Lagerstelle (7) ein Gewindering (10) als drehbares Einstellteil mit einer exzentrischen Bohrung (15) angeordnet ist, in der die Schneckenwelle (2) drehbar gelagert ist und dass an den Gewinderingen (10) jeweils wenigstens eine Markierung in festgelegter Position in Bezug auf die Exzentrizität angeordnet ist.

Description

Die Erfindung beschreibt ein Schneckengetriebe mit einem Schneckenrad und einer Schneckenwelle.
Es ist bekannt, derartige Schneckengetriebe zur Verstellung von unterschiedlichen mechanischen Vorrichtungen einzusetzen.
Insbesondere werden solche Schneckengetriebe in solarthermischen Kraftwerken eingesetzt, um die Spiegel, welche das Sonnenlicht auf einen Wärmeaustauscher lenken, zu verstellen.
Um jederzeit eine optimale Lichtausbeute zu erzielen ist es hier wünschenswert, eine hohe Präzision für die Einstellung der Spiegel zu erreichen, weshalb oft die Anforderung besteht, das Schneckengetriebe mit einem kleinen Verdrehflankenspiel auszurüsten.
Hierbei kann das Verdrehflankenspiel als ein Spiel zwischen den Zahnflanken des Schneckengetriebes charakterisiert werden.
Hierzu ist es im Stand der Technik bisher üblich, das Schneckenrad und die Schneckenwelle aufgrund der festgestellten Fertigungstoleranzen so zu paaren, dass sich ein kleines Verdrehflankenspiel ergibt.
Dies hat jedoch den Nachteil, dass eine große Anzahl von Schneckenrädern und Schneckenwellen vorgehalten werden muss, um eine beste Auswahl der zu paarende Teile zu ermöglichen.
Zur Reduzierung des Verdrehflankenspiels ist es im Stand der Technik ebenfalls bekannt, spezielle Zahngeometrien für die Schneckenwelle und/oder das Schneckenrad vorzusehen, beispielsweise eine Duplex-Verzahnung. Diese ist aber deutlich teurer in der Herstellung.
Aus der DE 10 2007 019 324 A1 ist es auch bekannt, das Verdrehflankenspiel einstellbar zu gestalten. Darin ist eine Servolenkvorrichtung, deren Servomotor über ein Schneckenradgetriebe mit der Lenkung verbunden ist gezeigt. Zum Einstellen des Spiels zwischen Schneckenrad und Schnecke sind die Kugellager zur Lagerung der Schneckenwelle in drehbaren Einstellteilen angeordnet. Die Einstellteile besitzen einen zylindrischen Außenumfang, so dass sie in eine zylindrische Bohrung einsetzbar sind. Dabei ist die Achse der Bohrung gegenüber der Schnecken-Achse versetzt. Durch drehen der Einstellteile lässt sich das Spiel einstellen.
Die Aufgabe der Erfindung ist es daher ein Schneckengetriebe der vorgenannten Art zu schaffen, das kostengünstig und robust ist und ein geringes Verdrehflankenspiel aufweist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Schneckengetriebe mit den Merkmalen des Anspruch 1 gelöst.
Der Erfindung liegt nun die Erkenntnis zugrunde, dass sich das Verdrehflankenspiel vergrößern lässt, indem die Schneckenwelle aus der Verzahnung des Schneckenrades herausgezogen wird und verkleinern, indem die Schneckenwelle tiefer in die Verzahnung des Schneckenrades eintaucht.
Dazu ist erfindungsgemäß der Achsabstand zwischen der Drehachse des Schneckenrades und der Drehachse der Schneckenwelle verstellbar, wobei die Schneckenwelle in radialer Richtung zum Schneckenrad beweglich einstellbar gelagert ist.
Dadurch kann auf einfache Weise das Verdrehflankenspiel des Schneckengetriebes eingestellt werden. Die Schneckenwelle und das Schneckenrad können daher fertigungs- und /oder kostenoptimiert verzahnt sein. Aufgrund der Einstellbarkeit des Verdrehflankenspiels ist keine Teilepaarung mehr notwendig. Es besteht daher keine Notwendigkeit mehr eine große Anzahl an Teilen vorzuhalten.
Diese Spielanpassung ist in der Regel nur einmal bei der Montage des Getriebes notwendig. Durch Abnutzung oder Einlaufprozesse kann es aber auch notwendig werden, das Verdrehflankenspiel nachzustellen. Das Verdrehflankenspiel ist mit dem erfindungsgemäßen Getriebe dann jederzeit neu einstellbar.
Erfindungsgemäß ist die Schneckenwelle an zwei Lagerstellen beidseits der Schnecke drehgelagert. An jeder Lagerstelle kann ein Einstellteil mit vorhanden sein, in der die Schneckenwelle drehgelagert ist. Das Einstellteil kann zylinderförmig ausgebildet sein und in einer passenden Bohrung des Gehäuses drehbar gelagert sein. Die Lage kann dann durch Schrauben oder dergleichen Fixiermittel festlegbar sein.
Die Einstellteile sind erfindungsgemäß als Gewinderinge mit einer exzentrischen Bohrung, in der die Schneckenwelle drehbar gelagert ist, ausgebildet. Der Achsabstand ist dann durch Drehen der Einstellteile veränderbar.
Um das Verdrehflankenspiel bei dieser Ausführung einzustellen, genügt es, die jeweiligen Gewinderinge zu verdrehen, um mit Hilfe des Exzenters die Schneckenwelle näher zu dem Schneckenrad oder weiter von diesem entfernt anzuordnen, also den Achsabstand der Bauteile zu verkleinern oder zu vergrößern.
Damit die beiden Gewinderinge so ausgerichtet werden können, dass ihre Bohrungsachsen übereinstimmen und somit eine Schrägstellung der Schneckenwellenlagerung verhindert wird, ist erfindungsgemäß an den Gewinderingen jeweils wenigstens eine Markierung in festgelegter Position in Bezug auf die Exzentrizität angeordnet.
Vorzugsweise weist das Schneckengetriebe ein Gehäuse auf, in das die Gewinderinge einschraubbar sind.
Bei der Erfindung können unterschiedliche Arten von Lagerungen der Schneckenwelle verwendet werden, insbesondere Kegelrollenlager.
In einer besonders platzsparenden Ausführung der Erfindung ist zur Drehlagerung der Schneckenwelle an jeder Lagerstelle ein Axiallager und ein Radiallager vorhanden. Der Vorteil dabei ist eine höhere Torsionssteifigkeit am Abtrieb und damit eine höhere Genauigkeit der erreichbaren Winkelpositionen bei höheren Lasten am Abtrieb und/oder dem Schneckenrad.
In einer zweckmäßigen Ausführung ist dann das Radiallager in dem Gewindering angeordnet und das Axiallager liegt zwischen dem Gewindering und einem radialen Vorsprung der Schneckenwelle.
Zur Anpassung der Abstände zwischen den beiden Axiallagern und zur gleichen Ausrichtung der Exzenter der Gewinderinge ist es zweckmäßig, wenn zumindest an einer Lagerstelle zwischen dem Gewindering und dem Axiallager wenigstens eine Passscheibe angeordnet ist. Anstelle der Passscheiben können ebenfalls Gewinderinge mit anderen Abmessungen, insbesondere der Position der Exzentrizität gegenüber dem Gewinde, der Länge und/oder des Anschnitts des Gewindes, verwendet werden.
Die Lager können beliebig ausgebildet sein, etwa als Kugellager. Vorzugsweise sind die Radiallager und/oder die Axiallager als Nadellager, insbesondere als Nadelkranz ausgebildet. Dadurch ist die Lagerung besonders kompakt.
Zur Einstellung des Verdrehflankenspiels ist es zweckmäßig, wenn die Exzentrizität so aufgeführt ist, dass ein Einstellen des Verdrehflankenspiels auf 1,5 mrad ermöglicht wird Insbesondere vorteilhaft ist es, wenn die Exzentrizität so klein gewählt ist, dass eine Verdrehung des Gewinderinges um 180° zur Einstellung des Verdrehflankenspiels möglich ist.
Die Erfindung umfasst weiterhin ein Verfahren zum Einstellen des Verdrehflankenspiels in einem erfindungsgemäßen Schneckengetriebe. Dabei werden ausgehend von einer Grundeinstellung die folgenden Verfahrensschritte wiederholt ausgeführt, bis das gewünschte Verdrehflankenspiel erreicht ist:

a) Kontrolle des Verdrehflankenspiels zwischen einer Schneckenwelle und einem Schneckenrad,
b) Anpassen des Verdrehflankenspiels durch Verändern des zum Schneckenrad radialen Achsabstands zwischen der Drehachse des Schneckenrades und der Drehachse der Schneckenwelle.

Wobei in Schritt b) zum Verändern des Achsabstands die zwei exzentrischen Bohrungen, in der die Schneckenwelle beidseits der Schnecke gelagert ist, mittels Markierungen, die in festgelegter Position in Bezug auf die Exzentrizität angeordnet sind, synchron zueinander verstellt werden. Hierdurch können die exzentrischen Bohrungen beidseits der Schnecke zueinander ausgerichtet werden und durch Passscheiben ist die axiale Verspannung der Schneckenlagerung modifizierbar.
Insgesamt wird in Schritt b) das Verdrehflankenspiel vergrößert wird, indem eine Verzahnung der Schneckenwelle aus einer Verzahnung des Schneckenrades heraus bewegt wird und/oder dass das Verdrehflankenspiel verkleinert wird, indem eine Verzahnung der Schneckenwelle in eine Verzahnung des Schneckenrades hinein bewegt wird.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigt:

1 eine Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Schneckengetriebes und
2 eine Detailansicht der 1 einer Lagerstelle.

In 1 ist eine Schnittansicht eines im Ganzen mit 1 bezeichneten Schneckengetriebes gezeigt. Das Schneckengetriebe 1 weist ein Getriebegehäuse 8 auf, in dem eine Schneckenwelle 2 mit einer Schnecke 3 und ein mit der Schnecke 3 in Eingriff stehendes Schneckenrad 4 angeordnet sind. Die Schneckenwelle 2 weist eine Wellen-Drehachse 5 auf, die senkrecht zur Rad-Drehachse 6 des Schneckenrads 4 steht. Im Bild steht die Rad-Drehachse 6 senkrecht zur Papierebene, weshalb die Rad-Drehachse 6 durch den Kreuzungspunkt der beiden Symmetrieachsen des Schneckenrades 4 angedeutet ist.
Die Schnecke 3 ist auf der Schneckenwelle 2 angeordnet, wodurch auch der Eingriff mit dem Schneckenrad 4 erfolgt.
An den beiden Enden der Schneckenwelle 2 ist jeweils eine Lagerstelle 7 angeordnet, an denen die Schneckenwelle 2 drehbar gelagert ist.
Die beiden Lagerstellen 7 sind prinzipiell identisch ausgebildet, weshalb die nachfolgende Beschreibung einer Lagerstelle 7 grundsätzlich für beide Lagerstellen 7 gilt.
Die 2 zeigt eine Lagerstelle 7 im Detail. An jeder Lagerstelle 7 weist das Gehäuse 8 eine zylindrische Gehäuseöffnung 9 mit einem Innengewinde 26 auf. In dieses Innengewinde 26 ist ein Gewindering 10 mit einem Außengewinde 27 eingeschraubt. In diesem Beispiel ist das Außengewinde 27 am äußeren axialen Ende 11 des Gewinderings 10 angeordnet und umfasst etwa ein Drittel der axialen Länge des Gewinderings 10. In dem axialen Abschnitt des Gewinderings 10 ohne Außengewinde 27 ist eine radiale Nut 12 am Gewindering 10 (1) angeordnet, in der ein O-Ring 13 oder eine andere Dichtung zur Abdichtung des Gehäuses 8 eingelegt ist.
Der Gewinderring 10 weist eine zur Öffnungsachse 14 der Gehäuseöffnung 9 eine um die Exzentrizität E radial versetzte Bohrung 15 auf. In dieser Bohrung 15 ist ein Radiallager 16 angeordnet, in dem die Schneckenwelle 2 drehbar gelagert ist. Das Radiallager 16 ist im Beispiel ein Nadelkranz, wodurch eine geringe Bauhöhe erzielt wird. Es kann jedoch auch ein beliebiges anderes Wälz- oder Gleitlager verwendet werden.
Die Exzentrizität E ist definiert als der Abstand zwischen der Bohrungsachse 14 der Gehäuseöffnung 9 und der Bohrungsachse 24 der Bohrung 15, die mit der Wellen-Drehachse 5 übereinstimmt. Die Exzentrizität ist vorzugsweise so gewählt, dass eine Drehung des Gewinderinges um 180° zur Einstellung des Verdrehflankenspiels von 1,5 mrad möglich ist.
Das Verdrehflankenspiel zwischen Schnecke 3 und Schneckenrad 4 ist durch Änderung des Achsabstandes 17 einstellbar. Das Verdrehflankenspiel zwischen Schnecke 3 und Schneckenrad 4 ist somit erfindungsgemäß durch Ändern des Achsabstands 17 zwischen der Rad-Drehachse 6 des Schneckenrades 4 und der Wellen-Drehachse 5 der Schneckenwelle 2 veränderbar.
Dieser Achsabstand 17 ist bei der gezeigten Ausführung dadurch änderbar, dass die Gewinderinge 10 verdreht werden. Die exzentrische Bohrung 15, in der die Schneckenwelle 2 gelagert ist, bewirkt dann eine Änderung des Achsabstands 17.
Der Gewinderring 10 weist in der Bohrung 15 am inneren axialen Ende 18 einen radial nach innen stehenden Rand 19 auf, an dem das Radiallager 16 axial angeordnet ist, der aber nicht die Welle 2 berührt.
Die Schneckenwelle 2 weist eine radiale Stufe 20 auf, die der inneren Stirnfläche 21 des Gewinderings 10 gegenüberliegt und als Anlagefläche 22 zur Anlage der Axiallagerscheibe dient. Zwischen dieser Anlagefläche 22 und der Stirnfläche 21 ist ein Axiallager 23 angeordnet. Im Beispiel ist auch dieses Axiallager 23 als Nadellager ausgebildet, um einen möglichst kompakten Aufbau zu ermöglichen. Das Axiallager 23 besteht hierbei aus zwei Anlaufscheiben und einem Nadelkranz. Selbstverständlich kann auch das Axiallager ein beliebiges Wälz- oder Gleitlager sein.
Die beiden Axiallager 23 werden durch die Gewinderinge 10 gegen die Anlageflächen 22 verspannt. Die beiden Gewinderinge 10 müssen gegeneinander exakt so ausgerichtet sein, dass ihre jeweilige Bohrungsachse 24fluchten.
Wie in 2 gezeigt ist, können an einer oder beiden Lagerstellen 7 zwischen der Anlagefläche 22 und dem Axiallager 23 und/oder zwischen dem Axiallager 23 und der Stirnfläche 21 des Gewinderings 10 eine Passscheibe 28 zur Anpassung der axialen Verspannung der Schneckenwelle eingelegt werden. Falls notwendig können auch mehrere Passscheiben 28 verwendet werden. Um die genaue Ausrichtung der beiden Gewinderinge 10 zu unterstützen, können an den Gewinderingen 10 jeweils eine Markierung in Bezug auf die Exzentrizität angeordnet sein.
An beiden Lagerstellen 7 sind die Öffnungen 9 durch Deckel 25 oder geeignete Dichtungen abgedeckt, durch die das Eindringen von Schmutz und/oder Wasser und/oder der Austritt von Schmierstoffen verhindert wird.
Die Erfindung zeigt ein Schneckengetriebe 1 mit einem Gehäuse 8, einem drehbar gelagerten Schneckenrad 4 und einer an wenigstens einer Lagerstelle 7 drehbar gelagerten Schneckenwelle 2, wobei die Lagerstelle 7 Verstellmittel zum Verstellen des Achsabstands 17 zwischen der Rad-Drehachse 5 des Schneckenrades 4 und der Wellen-Drehachse 5 der Schneckenwelle 2 aufweist.
Um bei einem erfindungsgemäßen Schneckengetriebe 1 das Verdrehflankenspiel zwischen Schnecke 3 und Schneckenrad 4 einzustellen ist das folgende Verfahren durchführbar. Das Schneckengetriebe 1 wird zunächst vollständig montiert. Dabei ist darauf zu achten, dass die beiden Gewinderinge 10 exakt so ausgerichtet sind, dass deren Bohrungsachsen 24 identisch sind.
Nach der Montage wird das Verdrehflankenspiel zwischen Schnecke 3 und Schneckenrad 4 bestimmt. Dazu sind mehrere Methoden bekannt, auf die hier nicht näher eingegangen wird.
Entspricht das aktuelle Verdrehflankenspiel nicht dem gewünschten Ziel-Verdrehflankenspiel, dann werden die beiden Gewinderinge 10 synchron verdreht. Durch die exzentrische Lage der Schneckenwelle 2 innerhalb der Bohrung 15 in dem Gewindering 10, ändert sich dadurch der Achsabstand 17 zwischen Wellen-Drehachse 5 und Rad-Drehachse 6. Je nach Drehrichtung wird dadurch der Achsabstand 17 zwischen der Schnecke 3 in dem Schneckenrad 4 größer oder kleiner. Bei größerem Achsabstand ist das Verdrehflankenspiel größer und bei kleinerem Achsabstand ist das Verdrehflankenspiel geringer.
Nach dem Einstellen wird das Verdrehflankenspiel erneut gemessen und eventuell neu eingestellt. Dieses Verfahren wird so lange wiederholt, bis das gewünschte Verdrehflankenspiel erreicht ist.
Schneckengetriebe 1 mit einem Gehäuse 8, einem drehbar gelagerten Schneckenrad 4 und einer an wenigstens einer Lagerstelle 7 drehbar gelagerten Schneckenwelle 2, wobei die Lagerstelle 7 Verstellmittel 10 aufweist zum Verstellen des Achsabstands 17 zwischen der Rad-Drehachse 6 des Schneckenrades 4 und der Wellen-Drehachse 5 der Schneckenwelle 2.
Bezugszeichenliste

1: Schneckengetriebe
2: Schneckenwelle
3: Schnecke
4: Schneckenrad
5: Wellen-Drehachse
6: Rad-Drehachse
7: Lagerstelle
8: Lagergehäuse
9: Gehäuseöffnung
10: Gewindering
11: äußeres axiales Ende des Gewinderings
12: Nut
13: O-Ring
14: Bohrungsachse
15: exzentrische Bohrung
16: Radiallager
17: Achsabstand
18: inneres axiales Ende des Gewinderings
19: Rand
20: radialer Vorsprung
21: Stirnfläche
22: Anlagefläche
23: Axiallager
24: Bohrungsachse
25: Abdeckungen
26: Innengewinde
27: Außengewinde
28: Passscheibe
E: Exzentrizität

Claims

Schneckengetriebe (1) mit einem Schneckenrad (4) und einer Schneckenwelle (2), dadurch gekennzeichnet, dass ein Achsabstand (17) zwischen einer Rad-Drehachse (6) des Schneckenrades (4) und einer Wellen-Drehachse (5) der Schneckenwelle (2) verstellbar ist, wobei die Schneckenwelle (2) in radialer Richtung zum Schneckenrad (4) einstellbar gelagert ist, dass die Schneckenwelle (2) an zwei Lagerstellen (7) beidseits einer Schnecke (3) der Schneckenwelle (2) drehgelagert ist, wobei an jeder Lagerstelle (7) ein Gewindering (10) als drehbares Einstellteil mit einer exzentrischen Bohrung (15) angeordnet ist, in der die Schneckenwelle (2) drehbar gelagert ist und dass an den Gewinderingen (10) jeweils wenigstens eine Markierung in festgelegter Position in Bezug auf die Exzentrizität angeordnet ist.
Schneckengetriebe (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Schneckengetriebe (1) ein Gehäuse (8) mit zylindrischen Öffnungen (9) aufweist, in das die Gewinderinge (10) einschraubbar sind.
Schneckengetriebe (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Drehlagerung der Schneckenwelle (2) an jeder Lagerstelle (7) ein Axiallager (23) und ein Radiallager (16) vorhanden ist.
Schneckengetriebe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest an einer Lagerstelle (7) zwischen dem Gewindering (10) und dem Axiallager (23) wenigstens eine Passscheibe (28) angeordnet ist.
Schneckengetriebe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Lager (16, 23) als Nadellager ausgebildet sind.
Verfahren zum Einstellen des Verdrehflankenspiels in einem Schneckengetriebe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ausgehend von einer Grundeinstellung die folgenden Verfahrensschritte wiederholt ausgeführt werden, bis das gewünschte Verdrehflankenspiel erreicht ist: a) Kontrolle des Verdrehflankenspiels zwischen einer Schneckenwelle (2) und einem Schneckenrad (4), b) Anpassen des Verdrehflankenspiels durch Verändern des Achsabstands (17) zwischen der Rad-Drehachse (6) des Schneckenrades (4) und der Wellen-Drehachse (5) der Schneckenwelle (2), wobei zum Verändern des Achsabstands (17) zwei exzentrische Bohrungen (15), in denen die Schneckenwelle (2) beidseits der Schnecke (3) gelagert ist, mittels Markierungen, die in festgelegter Position in Bezug auf die Exzentrizität angeordnet sind, synchron zueinander verstellt werden.
Verfahren nach Anspruch 6 , dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt b) das Verdrehflankenspiel vergrößert wird, indem eine Verzahnung der Schneckenwelle (2) aus einer Verzahnung des Schneckenrades (4) heraus bewegt wird und/oder dass das Verdrehflankenspiel verkleinert wird, indem eine Verzahnung der Schneckenwelle (2) in eine Verzahnung des Schneckenrades hinein bewegt wird.