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Die Erfindung betrifft ein Winkelgetriebe.
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Winkelgetriebe sind eine Getriebebauform, die zum Übertragen von Drehbewegungen und Drehmomenten zwischen winklig zueinander stehenden An- und Abtriebswellen dienen. Die Achsen von An- und Abtriebsrad sind häufig um 90° versetzt und besitzen einen gemeinsamen Schnittpunkt. Die Kraftübertragung erfolgt durch Kegelräder, beispielsweise ein Tellerrad und ein Kegelritzel. Unterschieden wird zwischen gradverzahnten, schrägverzahnten und bogenverzahnten Kegelradsätzen. Unabhängig von der Wahl der Verzahnung erfolgt die Kraftübertragung zwischen den Kegelrädern bestenfalls linienförmig. Im Wälzpunkt der Kegelräder ist der Verschleiß am größten, weil dort keine Relativbewegung zwischen den Zahnflanken stattfindet und damit ein Flüssigkeitstragen durch Schmiermittel ausgeschlossen ist. Des Weiteren trägt bei Kegelradgetrieben stets nur ein Zahn des Kegelrades, sodass zur Übertragung hoher Momente stark dimensionierte Kegelräder verwendet werden müssen.
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Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Winkelgetriebe zu schaffen, dass die Übertragung hoher Momente zwischen winklig zueinander angeordneten An- und Abtriebswellen bei zugleich kompakten Abmessungen erlaubt.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Winkelgetriebe gemäß Anspruch 1 umfassend
- - ein Getriebegehäuse,
- - eine in dem Getriebegehäuse um eine Achse drehbar gelagerte Antriebswelle,
- - eine in dem Getriebegehäuse um eine Achse drehbar gelagerte Abtriebswelle, wobei die Achsen von An- und Abtriebswelle winklig, d.h. nicht in einem gestreckten Winkel, zueinander verlaufen,
- - mindestens drei Kraftübertragungsglieder, wobei jedes Kraftübertragungsglied einen Antriebsstift und einen lösbar mit dem Antriebsstift verbundenen Abtriebsstift aufweist,
- - an oder in der Antriebswelle angeordnete hohlzylindrische Gleitlager mit einer Zylinderachse, die parallel zur Achse der Antriebswelle verläuft, wobei ein kreiszylindrischer Abschnitt jedes Antriebsstifts permanent in einem der Gleitlager um die Zylinderachse drehbar und in Richtung der Zylinderachse verschiebbar gelagert ist,
- - an oder in der Abtriebswelle angeordnete hohlzylindrische Gleitlager mit einer Zylinderachse, die parallel zur Achse der Abtriebswelle verläuft, wobei ein kreiszylindrischer Abschnitt jedes Abtriebsstifts permanent in einem der Gleitlager m die Zylinderasche drehbar und in Richtung der Zylinderachse verschiebbar gelagert ist,
- - wobei der Abstand zwischen den Zylinderachsen sämtlicher Gleitlager und den Achsen der An - bzw. Abtriebswellen übereinstimmt.
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Das erfindungsgemäße Winkelgetriebe verzichtet vollständig auf Zahnräder zur Kraftübertragung. Die Kraftübertragung erfolgt ausschließlich über die mindestens drei Kraftübertragungsglieder flächig zwischen den hohlzylindrischen Gleitlagern und den darin gelagerten Antriebs- bzw. Abtriebsstiften. Durch die gleichzeitige Kraftübertragung mittels sämtlicher Kraftübertragungsglieder können bei kompakten Abmessungen hohe Momente übertragen werden. Durch das Flächentragen werden reine Wälzbewegungen wie bei Kegelradgetrieben vermieden, und dadurch der Verschleiß des Getriebes reduziert. Zugleich kann bei entsprechender Schmierung des Winkelgetriebes ein Flüssigkeitstragen der zylindrischen Abschnitte der An- und Abtriebsstifte in den hohlzylindrischen Gleitlagern erreicht werden.
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Die lösbare Verbindung zwischen dem Antriebsstift und dem Abtriebsstift trägt zur kompakten Bauform des Winkelgetriebes dadurch bei, dass die Kraftübertragungsglieder auch unter beengten Platzverhältnissen in das geschlossene Getriebegehäuse eingesetzt bzw. montiert werden können. Eine besonders kompakte Bauform des Getriebegehäuses bei zugleich geringen Kosten lässt sich durch eine einteilige Ausführung des Getriebegehäuses erreichen. Das vorzugsweise einteilige Getriebegehäuse weist verschließbare Montageöffnungen auf, die zum Einsetzen der An- und/oder Abtriebsstifte und/oder zum Herstellen der lösbaren Verbindungen des Gehäuses eingerichtet sind. Hierzu sind die Montageöffnungen zweckmäßig in Verlängerung der Achsen von An- und Abtriebswelle angeordnet. Der Verschluss der Öffnung ist vorzugsweise flüssigkeitsdicht ausgeführt, um ein Austreten von Schmierstoff aus dem geschlossenen Getriebegehäuse zu vermeiden.
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Um das Gewicht des Winkelgetriebes zu reduzieren, sind die Antriebswelle und/oder die Abtriebswelle vorzugsweise als Hohlwelle ausgebildet. Zur weiteren Gewichtsreduktion trägt bei, dass die hohlzylindrischen Gleitlager als Buchsen in den ringförmigen Wellenkörper eingelassen sind.
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Alternativ ist es selbstverständlich möglich, die hohlzylindrischen Gleitlager zur Aufnahme der zylindrischen Abschnitte der An- und Abtriebsstifte als separate Baugruppen an der An- und Abtriebswelle auszuführen, was jedoch dem Ziel einer kompakten Bauform zuwider läuft.
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Die Ausführung der Antriebswelle und/oder der Abtriebswelle als Hohlwelle bietet darüber hinaus den Vorteil, dass das Innere der Hohlwelle mit einer weiteren Welle drehfest verbunden werden kann. Bei der weiteren Welle kann es sich beispielsweise um die Welle eines Antriebsmotors oder einer Motorgetriebeeinheit handeln. Die drehfeste Verbindung kann kraftschlüssig oder formschlüssig, beispielsweise mittels einer Nut-Federverbindung zwischen der Motorwelle und der Hohlwelle hergestellt werden.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die lösbare Verbindung zwischen sämtlichen Antriebs- und Abtriebsstiften als einachsige Gelenkverbindung ausgeführt. Hierdurch lässt sich die Überbestimmung des erfindungsgemäßen Getriebes ausgleichen, wodurch Reibungsverluste in dem Gleitlager vermieden werden können. Hierdurch lässt sich die Effizienz des Getriebes verbessern.
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Eine konstruktiv besonders einfache Ausführungsform der lösbaren Verbindung zwischen Antriebs- und Abtriebsstift ergibt sich aus den Merkmalen der Ansprüche 7 und 8. In beiden Varianten wird lediglich eine in das Innengewinde des als Hülse ausgestalteten Stifts einschraubbare Klemmschraube benötigt, um den im Durchmesser dünneren Zylinderstift in einem Durchgang der Hülse zu fixieren. Des Weiteren erlauben die an- oder abtriebsseitig angeordneten, im Durchmesser kleineren Zylinderstifte eine kleinere Dimensionierung der hohlzylindrischen Gleitlager. Dies kann beispielsweise bei der Ausführung der An- beziehungsweise Abtriebswelle als Hohlwelle mit einem großen freien Innendurchmesser von Bedeutung sein.
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Alternativ kann die lösbare Verbindung von Antriebs- und Abtriebsstift mittels eines von den Stiften separaten Verbindungsbauteils erfolgen, welches die Enden der zu verbindenden Stifte in rechtwinklig zueinander angeordneten Bohrungen aufnimmt und mittels mindestens einer Klemmschraube fixiert. Im einfachsten Fall liegen die Achsen der beiden Bohrungen sowie jeder Klemmschraube in derselben Ebene. Wenn jedoch die Drehachsen von An- und Abtriebswelle nicht wie im Standardfall in einer Ebene, sondern in parallelen Ebenen geringfügig versetzt zu einander angeordnet sind, lässt sich dieser Versatz durch das Verbindungsbauteil ausgleichen. Die Achsen der Bohrungen zur Aufnahme der freien Enden von An- und Abtriebsstift sind dann ebenfalls in parallelen Ebenen mit gleichem Versatz wie An- und Abtriebswelle angeordnet.
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Das die Klemmschraube aufnehmende Innengewinde befindet sich vorzugsweise zwischen den beiden Ebenen, sodass die Klemmschraube über entsprechende Öffnungen in den Bohrungen gleichzeitig sowohl den An- als auch den Abtriebsstift fixieren kann.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die lösbare Verbindung von Antriebs- und Abtriebsstift mittels eines Verbindungsbauteils dadurch, dass das Verbindungsbauteil die Enden der beiden Stifte formschlüssig in winklig zueinander verlaufenden Aufnahmemulden aufnimmt und mittels eines in Formschlusskonturen an den Enden der beiden Stifte eingreifenden Halteelementes fixiert. Das Halteelement kann beispielsweise als in das Verbindungsteil einschraubbarer Drehkörper mit Rastnasen ausgeführt sein. Durch Verdrehen des Drehkörpers kommen die Rastnasen in den keilförmigen Formschlusskonturen zur Anlage und fixieren die Stifte in den Aufnahmemulden.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen
- 1 eine freigestellte Darstellung von An- und Abtriebswelle sowie der Kraftübertragungsglieder zur Veranschaulichung der Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Winkelgetriebes,
- 2 eine perspektivische Darstellung des Winkelgetriebes mit geöffneten Montageöffnungen,
- 3 eine Seitenansicht auf das Winkelgetriebe nach 2 von rechts,
- 4 eine Aufsicht auf die freigestellte Darstellung nach 1,
- 5 einen Schnitt entlang der Linie A-A nach 3,
- 6 eine perspektivische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer lösbaren Verbindung zwischen An- und Abtriebswelle,
- 7 einen Schnitt durch die An- und Abtriebswelle nach 6,
- 8 eine perspektivische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels einer lösbaren Verbindung zwischen An- und Abtriebswelle,
- 9 einen Schnitt durch die An- und Abtriebswelle nach 8
- 10 eine perspektivische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels einer lösbaren Verbindung zwischen An- und Abtriebswelle,
- 11 einen Schnitt durch die An- und Abtriebswelle nach 10
- 12 eine perspektivische Darstellung eines vierten Ausführungsbeispiels ähnlich wie 10,
- 13 eine perspektivische Darstellung eines fünften Ausführungsbeispiels einer lösbaren Verbindung zwischen An- und Abtriebswelle,
- 14 eine Vorderansicht der lösbaren Verbindung zwischen An- und Abtriebsstift nach 13 sowie Schnitte entlang der Linien A-A und B-B,
- 15 eine perspektivische Darstellung eines sechsten Ausführungsbeispiels einer lösbaren Verbindung zwischen An- und Abtriebswelle,
- 16 eine freigestellte Darstellung des Antriebs - und Abtriebsstiftes sowie der Klemmschraube der lösbaren Verbindung nach 15,
- 17 eine Seitenansicht der lösbaren Verbindung gemäß dem Ausführungsbeispiel nach 15
- 18 ein siebtes Ausführungsbeispiel einer lösbaren Verbindung zwischen An- und Abtriebsstift, die als einachsige Gelenkverbindung ausgeführt ist,
- 19 eine Seitenansicht des Ausführungsbeispiels nach 18,
- 20 eine Explosionsdarstellung des Ausführungsbeispiels nach 18, 19
- 21 ein achtes Ausführungsbeispiel einer lösbaren Verbindung zwischen An- und Abtriebsstift die als einachsige Gelenkverbindung ausgeführt ist,
- 22 eine Seitenansicht des Ausführungsbeispiels nach 21 sowie
- 23 eine Explosionsdarstellung des Ausführungsbeispiels nach 21, 22
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1,2 zeigen ein Winkelgetriebe (1) mit einem rechtwinklig ausgebildeten, einteiligen Getriebegehäuse (2), einer in dem Getriebegehäuse (2) um eine Rotationsachse (3.1) drehbar gelagerter Antriebswelle (3) sowie eine um eine Achse (4.1) drehbar gelagerte Abtriebswelle (4). In dem dargestellten Ausführungsbeispiel verlaufen die Achsen (3.1) und (4.1) in einer Ebene in einem rechten Winkel zueinander.
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Sowohl die Antriebswelle (3) als auch die Abtriebswelle (4) sind als Hohlwelle ausgestaltet. Der Wellenkörper (3.2) der Antriebswelle (3) weist einen größeren Durchmesser auf, als der Wellenkörper (4.2) der Abtriebswelle (4).
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Das Winkelgetriebe (1) verfügt weiter über vier Kraftübertragungsglieder (5), wobei jedes Kraftübertragungsglied einen Antriebsstift (5.1) und einen lösbar mit dem Antriebsstift (5.1) verbundenen Abtriebsstift (5.2) aufweist.
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In dem Wellenkörper (3.2) der Antriebswelle sind in gleichmäßigem Winkelabstand um die Längsachse (3.1) herum hohlzylindrische Gleitlager (6) in Form von Buchsen eingelassen, deren Zylinderachsen (6.1) parallel zur Achse (3.1) der Antriebswelle (3) verlaufen. In den Wellenkörper (4.2) der Abtriebswelle (4) sind in gleichem Winkelabstand um die Achse (4.1) herum als Buchsen ausgeführte Gleitlager (7) angeordnet, deren Zylinderachsen (7.1) parallel zur Achse der Abtriebswelle (4.1) verlaufen.
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Jeder der vier Antriebsstifte (5.1) wird permanent während der Drehung von Antriebs- und Abtriebswelle (3,4) in einem der Gleitlager (6) um die Zylinderachse (6.1) drehbar und in Richtung der Zylinderachse (6.1) verschiebbar gelagert. Jeder Abtriebsstift (5.2) wird ebenfalls permanent in einem der Gleitlager (7) um die Zylinderachse (7.1) drehbar und in Richtung der Zylinderachse (7.1) verschiebbar gelagert. Während der Drehung von An- und Abtriebswelle (3, 4) oszillieren sämtliche Antriebs- und Abtriebsstifte (5.1, 5.2) in den Gleitlagern (6,7) und rotieren in den Gleitlagern um die Zylinderachse (6.1, 7.1).
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Die Antriebswelle (3) ist, wie insbesondere aus 5 erkennbar, in einem ersten Lagerabschnitt (2.1) des Getriebegehäuses (2) gelagert. Die Abtriebswelle (4) ist in einem senkrecht zu dem ersten Lagerabschnitt (2.1) verlaufenden Lagerabschnitt (2.2) des Getriebegehäuses (2) drehbar gelagert.
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In Richtung einer stirnseitigen Öffnung des Getriebegehäuses (2) schließt sich an den Lagerabschnitt (2.1) ein Halteabschnitt (2.4) an, in dem eine zylindrische Motor-Getriebeeinheit (8) von dem Getriebegehäuse (2) aufgenommen wird. Zur Befestigung der Motor-Getriebeeinheit (8) ist an dem Getriebegehäuse (2) ein Klemmabschnitt (2.5) angeordnet, der eine Klemmkraft auf den Außenmantel der Motor-Getriebeeinheit (8) ausübt. Die Motorwelle (8.1) der Motor-Getriebeeinheit (8) ist drehfest im Inneren der als Hohlwelle ausgeführten Antriebswelle (3) mittels einer Nut-Federverbindung befestigt. Die Drehbewegung der Motorwelle wird hierdurch auf die Antriebswelle (3) des Winkelgetriebes (1) übertragen.
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Das Getriebegehäuse (2) verfügt darüber hinaus über insgesamt vier Montageöffnungen (9), die über Deckel (9.1) verschließbar sind. Bei abgenommenen Deckeln (9.1) ist die lösbare Verbindung (10) zwischen jedem Antriebs- und jedem Abtriebsstift (5.1, 5.2) zugänglich. Des Weiteren lassen sich aufgrund der Anordnung der Montageöffnungen (9) die An- und Abtriebsstifte (5.1, 5.2) unproblematisch in die als Buchsen ausgeführten Gleitlager (6, 7) in der Antriebsbeziehungsweise Abtriebswelle (3, 4) einsetzen.
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Nach dem Einsetzen der Antriebs- und Abtriebsstifte (5.1, 5.2) wird zur optimalen Schmierung des Winkelgetriebes (1) auf die beweglichen Teile innerhalb des Getriebegehäuses Schmiermittel aufgebracht.
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Nachfolgend werden die unterschiedlichen Möglichkeiten zur Ausgestaltung der lösbaren Verbindung (10) näher erläutert:
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6, 7 zeigen eine lösbare Verbindung (10) bei der der Antriebsstift (5.1) als zylindrische Hülse ausgebildet ist, die einen größeren Durchmesser als der als Zylinderstift ausgebildete Abtriebsstift (5.2) aufweist. Die zylindrische Hülse weist ein stirnseitig zugängliches Innengewinde (10.1) auf, das sich bis zu einem quer zur Längserstreckung der Hülse angeordneten Durchgang (10.2) erstreckt, wobei eine in das Innengewinde (10.1) einschraubbare Klemmschraube (10.3) das von dem Durchgang (10.2) aufgenommene Ende des Zylinderstiftes fixiert.
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Die lösbare Verbindung (10) zwischen Antriebs- und Abtriebsstift (5.1, 5.2) nach den 8, 9 unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel nach 6, 7 lediglich dadurch, dass der Antriebsstift (5.1) als Zylinderstift und der Abtriebsstift (5.2) als Hülse ausgebildet ist. Im Übrigen stimmen der Aufbau und die Funktionsweise überein.
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10, 11 und 12 zeigen eine lösbare Verbindung (10) zwischen Antriebs- und Abtriebsstift (5.1, 5.2) mittels eines separaten Verbindungsbauteils, welches die Enden der zu verbindenden Stifte (5.1, 5.2) in rechtwinklig zueinander angeordneten Bohrungen (10.5, 10.6) aufnimmt. Die Fixierung der Enden der Stifte (5.1, 5.2) in den Bohrungen (10.5, 10.6) erfolgt mittels Klemmschrauben (10.3).
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Die 13, 14 zeigen eine weitere lösbare Verbindung (10) von Antriebs- und Abtriebsstift (5.1, 5.2) mittels eines Verbindungsbauteils (10.4), das die Enden der beiden Stifte (5.1, 5.2) formschlüssig in rechtwinklig zueinander verlaufenden Aufnahmemulden (10.7) (vgl. 13) aufnimmt und mittels eines in Formschlusskonturen (10.8) an den Enden der beiden Stifte (5.1, 5.2) eingreifenden Halteelementes (10.9) fixiert. Die Formschlusskonturen (10.8) sind im dargestellten Ausführungsbeispiel als Einkerbungen ausgeführt, in die insbesondere in den Schnitten A-A und B-B erkennbare randseitige Nasen des Halteelementes (10.9) im verriegelten Zustand eingreifen und die Stifte in den Aufnahmemulden (10.7) fixieren. Das Fixieren erfolgt beispielsweise durch Einschrauben des mit einem Gewindestift versehenen Halteelementes in ein Innengewinde des Verbindungsteils (10.4)
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Die 15-17 zeigen eine lösbare Verbindung (10) zwischen Antriebs- und Abtriebsstift (5.1, 5.2), die bei Winkelgetrieben (1) zum Einsatz gelangt, bei denen die Achsen (3.1) und (4.1) von Antriebs- und Abtriebswelle (3, 4) nicht in einer Ebene, sondern geringfügig versetzt zueinander angeordnet sind, wie dies in 15 durch die den Versatz kennzeichnende Position (10.10) angedeutet ist. Das Verbindungsbauteil (10.4) weist im Übrigen zwei rechtwinklig zueinander verlaufende Bohrungen (10.5, 10.6) auf, in die die Enden der Stifte (5.1, 5.2) eingesteckt werden. Die Achsen der beiden Bohrungen (10.5, 10.6) liegen in unterschiedlichen parallelen Ebenen mit dem Versatz (10.10). Das die Klemmschraube (10.3) aufnehmende Innengewinde verläuft in einer Ebene zwischen den beiden parallelen Ebenen mit dem Versatz (10.10) derart, dass die Klemmschraube (10.3) an Durchbrechungen zwischen den Bohrungen beide Stifte gleichzeitig klemmt.
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Die lösbare Verbindung (10) entsprechend dem Ausführungsbeispiel nach den 18, 19, 20 betrifft eine Ausführungsform einer lösbaren Verbindung zwischen Antriebs- und Abtriebsstift (5.1, 5.2) als einachsige Gelenkverbindung um die Achse (10.11) (vgl. 20).
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Die Gelenkverbindung zwischen Antriebs- und Abtriebsstift (5.1, 5.2) wird in dem Ausführungsbeispiel durch einen in eine Öffnung (10.12) in dem Abtriebsstift (5.2) eingepressten Zapfen eines Gelenkstiftes (10.13) hergestellt. An den Zapfen des Gelenkstiftes (10.13) schließt sich ein Lagerabschnitt an, der die Gelenkbohrung (10.14) in dem Antriebsstift (5.1) mit geringfügigem Spiel durchsetzt.
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Die einachsige Gelenkverbindung gleicht mögliche Verspannungen aufgrund von Fertigungstoleranzen aus und reduziert dadurch die innere Reibung des Getriebes.
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21, 22, 23 zeigen eine weitere Ausführungsform einer lösbaren, gelenkigen Verbindung zwischen Antriebs- und Abtriebsstift (5.1, 5.2), die um eine Gelenkachse (10.11) schwenkbar miteinander verbunden sind. Abweichend zu der Ausführungsform nach den 18-20 ist der Gelenkstift (10.13) in der Gelenkbohrung (10.14) nicht mit Spiel drehbar gelagert, sondern eingepresst. An den Seiten wird der Gelenkstift (10.13) von Öffnungen (10.12) in den u-förmigen Aufnahmeschenkeln am Ende des Abtriebsstiftes (5.2) schwenkbar gelagert.
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Bezeichnung |
Nr. |
Bezeichnung |
| 1. |
Winkelgetriebe |
10.4 |
Verbindungsbauteil |
| 2. |
Getriebegehäuse |
10.5 |
Bohrung |
| 2.1 |
Lagerabschnitt |
10.6 |
Bohrung |
| 2.2 |
Lagerabschnitt |
10.7 |
Aufnahmemulde |
| |
|
10.8 |
Formschlusskonturen |
| 2.4 |
Halteabschnitt |
10.9 |
Halteelement |
| 2.5 |
Klemmabschnitt |
10.10 |
Versatz |
| 3. |
Antriebswelle |
10.11 |
Gelenkachse |
| 3.1 |
Achse |
10.12 |
Öffnung |
| 3.2 |
Wellenkörper |
10.13 |
Gelenkstift |
| 4 . |
Antriebswelle |
10.14 |
Gelenkbohrung |
| 4.1 |
Achse |
|
|
| 4.2 |
Wellenkörper |
|
|
| 5. |
Kraftübertragungsglieder |
|
|
| 5.1 |
Antriebsstift |
|
|
| 5.2 |
Abtriebsstift |
|
|
| 6. |
Gleitlager |
|
|
| 6.1 |
Zylinderachse |
|
|
| 7. |
Gleitlager |
|
|
| 7.1 |
Zylinderachse |
|
|
| 8 . |
Motor-Getriebeeinheit |
|
|
| 8.1 |
Welle |
|
|
| 9. |
Montageöffnung |
|
|
| 9.1 |
Deckel |
|
|
| 10. |
Lösbare Verbindung |
|
|
| 10.1 |
Innengetriebe |
|
|
| 10.2 |
Durchgang |
|
|
| 10.3 |
Klemmschrauben |
|
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