-
Die Erfindung betrifft ein Getriebe mit einer Winkelgetriebestufe.
-
Aus der
US 3 851 537 ist ein Kegelgetriebe bekannt, bei welchem ein konisches Ritzel mit wahlweise jeweils einem von zwei Rädern im Eingriff ist.
-
Aus der US 2010 I 0 261 568 A1 ist als nächstliegender Stand der Technik ein Getriebe mit ausgesplittetem Drehmoment bekannt.
-
Aus der
DE 10 2012 022 570 A1 ist ein Antrieb, umfassend ein von mehreren Motoren antreibbares Getriebe, bekannt.
-
Aus der
DE 10 2005 016 746 A1 ist eine Antriebsbaugruppe in Form eines Winkelgetriebes für eine Arbeitsmaschine bekannt.
-
Aus den Seite 739 und 740 des Lehrbuchs „Maschinenelemente“ von Roloff / Matek, ISBN 3-528-94028-X, sind ZA-Schnecken bekannt, so dass das Profil der Zähne solcher Schnecke als ZA-Profil bezeichenbar ist.
-
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Getriebe mit einer eintreibenden Welle und abtriebsmäßig verschiedenen Übersetzungen weiterzubilden.
-
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei dem Getriebe nach den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.
-
Wichtige Merkmale der Erfindung bei dem Getriebe mit einer Winkelgetriebestufe sind, dass die Winkelgetriebestufe ein erstes Rad, ein zweites Rad und eine insbesondere zylindrische Schnecke aufweist, wobei die Schnecke mit dem ersten Rad und mit dem zweiten Rad im Eingriff ist, insbesondere wobei die Verzahnung der Schnecke mit der Verzahnung des ersten Rads und mit der Verzahnung des zweiten Rads in Eingriff ist, insbesondere wobei die Verzahnung des ersten Rads als Planverzahnung vorgesehen ist, insbesondere wobei die Verzahnung des zweiten Rads als Planverzahnung vorgesehen ist,
wobei bezogen auf die Drehachse des ersten Rads der von einem Zahn der Verzahnung des ersten Rads überdeckte Umfangswinkelbereich betragsmäßig kleiner ist als der von der Schnecke, insbesondere von der Verzahnung der Schnecke, überdeckte Umfangswinkelbereich,
wobei bezogen auf die Drehachse des zweiten Rads der von einem Zahn der Verzahnung des zweiten Rads überdeckte Umfangswinkelbereich betragsmäßig größer ist als der von der Schnecke, insbesondere von der Verzahnung der Schnecke, überdeckte Umfangswinkelbereich,
insbesondere wobei das erste Rad und das zweite Rad koaxial zueinander ausgerichtet sind, insbesondere wobei die Drehachse des ersten Rads die Drehachse des zweiten Rads ist.
-
Von Vorteil ist dabei, dass somit ein Getriebe mit einer eintreibenden Welle und abtriebsmäßig verschiedenen Übersetzungen ausgebildet ist, wobei die eintreibende Schnecke mit zwei abtriebsseitigen Rädern gleichzeitig im Eingriff ist. Das Abtriebsseitig langsamere der Räder muss aber nicht unbedingt zur Drehmoment-Transmission verwendet werden, sondern ist auch verwendbar für ein Andrücken der Schnecke an das erste der beiden Räder, so dass eine Überlast kein Herauswandern der Schnecke aus der Verzahnung des ersten Rads bewirkt.
-
Ein axiales Drücken des zweiten Rads auf die Schnecke, insbesondere zum ersten Rad hin, ist aber reibungsarm ermöglicht, weil die Drehzahl des zweiten Rads langsamer ist als die des ersten Rads.
-
Weiter ist von Vorteil, dass das zweite Rad zwar mit einer Spiroplanverzahnung versehen ist, aber die Zähne weiter in Umfangsrichtung ausgedehnt sind als die Verzahnung der Schnecke. Diese Dimensionierung ermöglicht eine Übersetzung der Getriebestufe im Bereich zwischen 1 und 2. Somit ist bei dem durch das Getriebegehäuse und die darin eingebauten Lager vorgegebenen Achsabstand zumindest eine Übersetzung aus dem genannten Bereich herstellbar.
Außerdem ist bezüglich des ersten Rads eine andere, insbesondere größere Übersetzung realisierbar, weil die Zähne der Verzahnung des ersten Rades jeweils weniger in Umfangsrichtung ausgedehnt sind als die Verzahnung der Schnecke. Somit sind die beiden Räder mit unterschiedlicher Drehzahl angetrieben von derselben Schnecke.
-
Alternativ ist aber auch nur das erste Rad mit der abtreibenden Welle drehfest verbindbar und das zweite Rad dient nur der Sicherung der Schnecke, damit deren Verzahnung bei Überlast nicht herauswandert aus der Verzahnung des ersten Rads, insbesondere nicht aus dem Eingriffsbereich mit der Verzahnung des ersten Rads.
-
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Drehachse der Schnecke senkrecht zur Drehachse des ersten und/oder zweiten Rades ausgerichtet und die Drehachse der Schnecke zur Drehachse des ersten und/oder zweiten Rades beabstandet. Von Vorteil ist dabei, dass die Getriebestufe als Winkelgetriebestufe ausführbar ist, insbesondere als Spiroplangetriebestufe.
-
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Schnecke ein modifiziertes ZA-Profil auf und/oder ist eine ZA-Schnecke. Von Vorteil ist dabei, dass eine einfache Herstellung ermöglicht ist. Denn die Modifizierungen, insbesondere Kopfrücknahme und/oder Fußkorrektur zur Verringerung von Eintrittstoß und Austrittstoß, sind bei der Herstellung durch entsprechende Formgebung des die Schnecke spanend bearbeitenden Werkzeugs einfach herstellbar. Flankenlinienkorrekturen, wie Balligkeit oder dergleichen, werden bei der Schnecke bevorzugt nicht ausgeführt, also die Flankenlinie nicht modifiziert, damit thermisch oder herstellungs-bedingte Verschiebungen der Schnecke in Richtung ihrer Drehachse die Eingriffsbedingungen zwischen der Schnecke und dem jeweiligen in Eingriff sich befindenden Rad nicht ändern.
-
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der maximale Durchmesser der Verzahnung der Schnecke, insbesondere der maximale Durchmesser eines bezogen auf die Drehachse der Schnecke axialen Teilbereichs der Verzahnung der Schnecke, welcher mehr als die Hälfte des von der Verzahnung überdeckten axialen Bereichs überdeckt,
von der bezogen auf die Drehachse der Schnecke axialen Position unabhängig. Von Vorteil ist dabei, dass die Schnecke zylindrisch ist und somit einfach herstellbar.
-
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung verläuft der jeweilige Zahn der Verzahnung des ersten Rads derart bogenförmig und/oder erstreckt sich derart, dass mit zunehmendem Radialabstand zur Drehachse des ersten Rades der jeweilige Zahn einen monoton, insbesondere streng monoton, mit dem Radialabstand anwachsenden Umfangswinkel aufweist. Von Vorteil ist dabei, dass eine große Übersetzung, insbesondere zwischen zwei und zwanzig, realisierbar ist und somit eine Spiroplangetriebereihe mit einem weiten Bereich an Übersetzungen in einfacher Weise mit wenigen Bauteilen realisierbar ist.
-
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung verläuft der jeweilige Zahn der Verzahnung des zweiten Rads verläuft derart bogenförmig und/oder erstreckt sich derart, dass mit zunehmendem Radialabstand zur Drehachse des zweiten Rades der jeweilige Zahn einen monoton, insbesondere streng monoton, mit dem Radialabstand abnehmenden Umfangswinkel aufweist. Von Vorteil ist dabei, dass das jeweilige Rad planverzahnbar ist, insbesondere mit einer Spiroplanverzahnung.
-
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der auf einem ersten Radialabstand vom Zahn des ersten Rads überdeckte Umfangswinkelbereich beabstandet von dem auf einem zweiten Radialabstand vom Zahn des ersten Rads überdeckten Umfangswinkelbereich. Dabei ist der erste Radialabstand kleiner als der zweite Radialabstand. Von Vorteil ist dabei, dass der Bogen, in dessen Richtung sich der Zahn erstreckt, derart stark gekrümmt verläuft, dass der radial weiter außen in Umfangsrichtung überdeckte Bereich nicht überlappt mit dem radial weiter innen in Umfangsrichtung überdeckten Bereich.
-
Entsprechend ist zusätzlich oder alternativ der auf einem dritten Radialabstand vom Zahn des zweiten Rads überdeckte Umfangswinkelbereich beabstandet von dem auf einem vierten Radialabstand vom Zahn des zweiten Rads überdeckten Umfangswinkelbereich. Von Vorteil ist dabei, dass auch bei diesem Zahn eine entsprechend starke Krümmung in der Planverzahnungsebene vorhanden ist und somit der radial weiter außen in Umfangsrichtung überdeckte Bereich nicht überlappt mit dem radial weiter innen in Umfangsrichtung überdeckten Bereich.
-
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der von der Verzahnung der Schnecke bezogen auf die Drehachse des ersten Rades überdeckte Radialabstandsbereich weniger ausgedehnt und/oder kleiner als das Doppelte der radialen Breite der Verzahnung des ersten Rads aber größer als die radiale Breite der Verzahnung des ersten Rads,
insbesondere wobei der Innendurchmesser der Verzahnung des ersten Rades größer als das Vierfache der auf die Drehachse des ersten Rades bezogenen radialen Breite der Verzahnung des ersten Rades ist. Von Vorteil ist dabei, dass eine hohe Effizienz bei dem Betrieb des Getriebes erreichbar ist.
-
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der von der Verzahnung der Schnecke bezogen auf die Drehachse des zweiten Rades überdeckte Radialabstandsbereich weniger ausgedehnt und/oder kleiner als das Doppelte der radialen Breite der Verzahnung des zweiten Rads aber größer als die radiale Breite der Verzahnung des zweiten Rads,
insbesondere wobei der Innendurchmesser der Verzahnung des zweiten Rades größer als das Vierfache der auf die Drehachse des zweiten Rades bezogenen radialen Breite der Verzahnung des zweiten Rades ist. Von Vorteil ist dabei, dass eine hohe Effizienz erreichbar ist, insbesondere wobei auch die Randberieche der Verzahnungen geschont sind und somit vor Abbrechen geschützt sind.
-
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Abtriebswelle des Getriebes mit dem ersten Rad drehfest verbunden,
wobei das zweite Rad als bezogen auf die Drehachse des zweiten Rads axiale Begrenzung für die Schnecke wirkt, insbesondere wobei das zweite Rad elastisch gegen die Schnecke gedrückt angeordnet ist, insbesondere mittels eines Spannrings oder Federrings,
insbesondere wobei das zweite Rad mittels eines Lagers im Gehäuse des Getriebes drehbar gelagert ist. Von Vorteil ist dabei, dass auch bei hoher Last oder Überlast ein Herauswandern der Schnecke aus dem Eingriffsberiech verhinderbar ist. Denn das zweite Rad drückt auf die Schnecke, so dass diese im Eingriffsberiech verbleibt.
-
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist zumindest eine weitere Schnecke mit dem ersten Rad und mit dem zweiten Rad im Eingriff, insbesondere wobei die Verzahnung der weiteren Schnecke mit der Verzahnung des ersten Rads und mit der Verzahnung des zweiten Rads in Eingriff ist. Von Vorteil ist dabei, dass mehrere Antriebe ihr erzeugtes Drehmoment einleiten können. Somit sind mehrere Antriebe mit kleiner Leistung zusammen betreibbar. Vorzugsweise werden diese Antriebe synchronisiert betrieben.
-
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung geht jeweils eine der Schnecken in eine andere der Schnecken durch eine gedachte Drehung um die Drehachse des ersten Rades um einen jeweiligen Umfangswinkel ineinander über,
insbesondere wobei der jeweilige Umfangswinkel 360° / N beträgt, wobei N eine ganze Zahl ist, die größer ist als Eins. Von Vorteil ist dabei, dass eine ausgewuchtete Anordnung realisierbar ist. Durch das am Umfang gleichmäßig verteilte Antreiben des ersten Rades ist ein Rundlauf gewährleistbar. Ein Taumeln des ersten Rads ist nämlich verhindert.
-
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Schnecken zueinander in Umfangsrichtung bezogen auf die Drehachse des ersten Rads um einen jeweiligen Umfangswinkel versetzt im Eingriff mit dem ersten Rad,
insbesondere wobei der jeweilige Umfangswinkel 360° / N beträgt, wobei N eine ganze Zahl ist, die größer ist als Eins. Von Vorteil ist dabei, dass ein gleichmäßiger Rundlauf erreichbar ist.
-
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Verzahnung des ersten Rades eine Spiroplanverzahnung, insbesondere mit einem positiven Achsabstand zwischen der Drehachse der Schnecke und der Drehachse des ersten Rades. Von Vorteil ist dabei, dass eine einfache Herstellung ermöglicht ist, wobei die Zähne nur über eine kurze Strecke sich erstrecken und trotzdem hohe Übersetzungszahlen, insbesondere zwischen zwei und zwanzig, erreichbar sind.
-
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Verzahnung des zweiten Rades eine Spiroplanverzahnung, insbesondere mit einem negativen Achsabstand zwischen der Drehachse der Schnecke und der Drehachse des ersten Rades. Von Vorteil ist dabei, dass durch die lange Erstreckung der Zähne ein niedriges Übersetzungsverhältnis, insbesondere zwischen Eins und Zwei, erreichbar ist.
-
Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen. Die Erfindung ist nicht auf die Merkmalskombination der Ansprüche beschränkt. Für den Fachmann ergeben sich weitere sinnvolle Kombinationsmöglichkeiten von Ansprüchen und/oder einzelnen Anspruchsmerkmalen und/oder Merkmalen der Beschreibung und/oder der Figuren, insbesondere aus der Aufgabenstellung und/oder der sich durch Vergleich mit dem Stand der Technik stellenden Aufgabe.
-
Die Erfindung wird nun anhand von schematischen Abbildungen näher erläutert:
- In der 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel eines Getriebes mit zwei von einer zylindrischen Schnecke 2 angetriebenen Rädern (1, 3) gezeigt.
- In der 2 ist ein zweites Ausführungsbeispiel eines Getriebes mit zwei von vier zylindrischen Schnecken 2 angetriebenen Rädern (1, 3) gezeigt.
- In der 3 ist ein drittes Ausführungsbeispiel eines Getriebes mit zwei von zwei zylindrischen Schnecken 2 angetriebenen Rädern (1, 3) gezeigt.
- In der 4 ist ein Antrieb mit zwei Elektromotoren (40, 41) und einem Getriebe gemäß 3 in Draufsicht dargestellt.
- In der 5 ist der Antrieb angeschnitten in Schrägansicht dargestellt.
-
Wie in den 1 dargestellt, ist die Schnecke 2 zylindrisch ausgeführt. Dabei ist die zylindrische Schnecke 2 drehfest verbindbar mit der Rotorwelle eines antreibenden Elektromotors. Die Schnecke 2 ist im Eingriff mit einem ersten Rad 1, insbesondere einem planverzahnten Rad 1, welches drehbar gelagert ist in einem Gehäuse des Getriebes.
-
Die Schnecke 2 ist auf der vom ersten Rad 1 abgewandten Seite einer Ebene im Eingriff mit einem zweiten Rad 3, insbesondere einem planverzahnten Rad 3, welches drehbar gelagert ist in dem Gehäuse des Getriebes. Die Ebene enthält die Drehachse der Schnecke, wobei die Drehachse des ersten Rades als Normalenrichtung der ebene fungiert.
-
Die Schnecke weist eine Schrägverzahnung auf, insbesondere mit einem modifizierten ZA-Profil.
-
Das erste und zweite Rad (1, 3) weist jeweils eine Spiroplanverzahnung auf. Dabei erstrecken sich die Zähne jeweils bogenförmig, verlaufen also nicht rein radial, sondern mit zunehmendem Radialabstand weisen sie einen beim ersten Rad 1 zunehmenden und beim zweiten Rad 3 abnehmenden Umfangswinkel auf.
-
Ein jeweiliger Zahn des zweiten Rades 3 überdeckt dabei einen Umfangswinkelbereich, welcher kleiner ist als der von der Schnecke, insbesondere von der Verzahnung der Schnecke 2, überdeckte, auf die Drehachse des ersten Rades 1 bezogene Umfangswinkelbereich.
-
Ein jeweiliger Zahn des ersten Rades 1 überdeckt dabei einen Umfangswinkelbereich, welcher größer ist als der von der Schnecke, insbesondere von der Verzahnung der Schnecke 2, überdeckte, auf die Drehachse des ersten Rades 1 bezogene Umfangswinkelbereich.
-
Erstes Rad 1 und zweites Rad 3 sind koaxial zueinander ausgerichtet, aber voneinander beabstandet.
-
Die Drehachse des ersten Rades 1 ist senkrecht zur Drehachse der Schnecke 2, wobei die Drehachse der Schnecke 2 von der Drehachse des Rades 1 beabstandet ist. Somit ist hier ein erster Achsabstand vorgesehen.
-
Die Drehachse des zweiten Rades 3 ist senkrecht zur Drehachse der Schnecke 2, wobei die Drehachse der Schnecke 2 von der Drehachse des zweiten Rades 3 beabstandet ist. Somit ist hier betragsmäßig derselbe erste Achsabstand vorgesehen.
-
Ein jeweiliger Zahn des zweiten Rades 3 überdeckt dabei einen Umfangswinkelbereich, welcher kleiner ist als der von der Schnecke, insbesondere von der Verzahnung der Schnecke 2, überdeckte, auf die Drehachse des ersten Rades 1 bezogene Umfangswinkelbereich.
-
Die Übersetzung von der Schnecke 2 zum ersten Rad 1 unterscheidet sich von der Übersetzung von der Schnecke 2 zum zweiten Rad 3. Denn die Verzahnung des zweiten Rades 3 ist als zu einem positiven Achsabstand gehörende bekannte Spiroplanverzahnung ausgeführt. Jedoch ist die Verzahnung des ersten Rades 1 als zu einem negativen Achsabstand gehörende Spiroplanverzahnung ausgeführt.
-
Da die eine einzige Steigungsrichtung, insbesondere einen einzigen Schrägungswinkel, aufweisende Verzahnung der Schnecke 2 mit den Spiroplanverzahnungen der Räder 1 und 3 jeweils im Eingriff ist, sind die Verzahnungen der Räder 1 und 3 entgegengesetzt gekrümmt. Somit sind die Bögen der Verzahnungen der beiden Räder 1 und 3 entgegengesetzt gekrümmt.
-
In 2 sind im Unterschied zur 1 weitere Schnecken am Umfang des ersten Rads 1 angeordnet. Wiederum sind die Schnecken 2 jeweils mit den Verzahnungen beider Räder 1 und 3 im Eingriff.
-
Vorzugsweise sind die Schnecken am Umfang regelmäßig voneinander beabstandet.
-
Keine der Schnecken 2 ist koaxial zu einer der anderen Schnecken 2 angeordnet, da die Drehachse jeder Schnecke 2 einen nicht verschwindenden Achsabstand zur Drehachse aufweist und die Achsabstände diametral zueinander gegenüberliegend angeordneter Schnecken 2 entgegengesetzt gerichtet sind.
-
Vorzugsweise sind die Verzahnungen aller Schnecken 2 gleich ausgeführt und alle Schnecken auf demselben Radialabstand angeordnet.
-
In 3 sind nur zwei diametral einander gegenüberliegende Schnecken 2 vorgesehen, deren Verzahnungen gleichartig sind und die mit den beiden Rädern 1 und 3 im Eingriff sind. Die Schnecken befinden sich auf derselben Radialposition.
-
Diese Anordnung ermöglicht die Bereitstellung eines Antriebs nach 4 und 5. Hierbei wird jede der Schnecken 2 von einem jeweiligen Elektromotor (40, 41) angetrieben.
-
Die Elektromotoren (40, 41) sind nicht koaxial ausgerichtet. Insbesondere sind also die Rotorwellen der Elektromotoren (40, 41) parallel zueinander und beabstandet.
-
Die Drehachsen der beiden Rotorwellen haben jeweils betragsmäßig denselben Achsabstand zur Drehachse des Rades 1 und/oder 3.
-
Dabei weisen die Zähne des Rades 1 einen viel stärker in Umfangsrichtung gekrümmten Verlauf auf. Somit überdeckt ein jeweiliger Zahn des Rades 1 einen Umfangswinkelbereich, welcher größer ist als der von der Schnecke 2 überdeckte, auf die Drehachse des Rades 1 bezogene Umfangswinkelbereich.
-
Die Übersetzungszahlen zwischen der Schnecke 2 und dem ersten Rad 1 und dem zweiten Rad 3 sind unterschiedlich.
-
Vorzugsweise ist die Übersetzungszahl von der Schnecke 2 bis zum zweiten Rad 3 zwischen Eins und Zwei.
-
Ebenso sind die Krümmungsrichtungen der bogenförmigen Verzahnungen des Rades 1 und Rades 3 entgegengesetzt zueinander, also in Umfangsrichtung beziehungsweise entgegen der Umfangsrichtung.
-
Bei weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen wird das zweite Rad 3 nicht zum Abtreiben genutzt, sondern ist zur Sicherung der Schnecke 2 eingesetzt. Hierzu ist das zweite Rad 3 axial, also in Richtung seiner Drehachse, begrenzt. Auf diese Weise ist ein Herauswandern der Verzahnung der Schnecke 2 aus dem Eingriffsbereich mit der Verzahnung des ersten Rades 1 verhinderbar. Denn beispielsweise bei Überlastung wirkt eine sehr hohe Axialkraft auf die Schnecke 2, so dass diese axial aus der Verzahnung des ersten Rades 1 herausgedrückt wird und dann sogar durchdrehen könnte.
-
Mittels des zweiten Rades 3 ist die Schnecke 2 jedoch auch bei hohen Lasten im Eingriff gehalten, auch wenn sie zunehmend gegen das zweite Rad 3 axial drückt.
-
In bevorzugter Weiterbildung drückt ein Federelement, insbesondere Federring oder Spannring, das zweite Rad 1 in axialer Richtung, also in Richtung der Drehachse des ersten Rades 1, so dass die Schnecke auch bei großer Überlast im Eingriff bleibt.
-
Somit ist also ein Spiroplangetriebe mit großer Überlast betreibbar, weil das zweite Rad 3 eine axiale Gegenkraft auf die Schnecke 2 überträgt, wenn diese sich vom ersten Rad 1 axial herausbewegen will.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- erstes Rad
- 2
- Schnecke
- 3
- zweites Rad
- 40
- zweiter Elektromotor
- 41
- erster Elektromotor
- 42
- Getriebe
- 50
- erste Abtriebswelle
- 51
- zweite Abtriebswelle
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- US 3851537 [0002]
- DE 102012022570 A1 [0004]
- DE 102005016746 A1 [0005]
