-
Die Erfindung betrifft ein Getriebe mit einem Gehäuse, einem beweglichen Getriebeteil und einer Messvorrichtung, die dazu eingerichtet ist, eine auf das Getriebeteil wirkende Kraft zu messen. Derartige Getriebe kommen in der Praxis beispielsweise bei Stellantrieben zum Einsatz, bei denen Kräfte, beispielsweise Axialkräfte, auf eine Schneckenwelle wirken, welche beispielsweise gemessen werden, um das Drehmoment zu ermitteln oder um ein Überschreiten einer zulässigen Maximalkraft zu detektieren. Auch ist die Kenntnis der auf einem beweglichen Getriebeteil wirkenden Kräften von Interesse, um verlässliche Regelungen des Getriebes oder einer Vorrichtung, welche das Getriebe umfasst, zu realisieren.
-
Die Praxis zeigt, dass das Bedürfnis danach besteht, auch bei Kräften, welche deutlich unterhalb der im Nennbetrieb auftretenden Kräfte liegen, verlässliche Regelungen zu realisieren. Bisher bekannte Getriebe der eingangs beschriebenen Art stellen eine verlässliche Regelung in Bereichen deutlich unterhalb der im üblichen Betrieb auftretenden Kräfte häufig nicht bereit. Es besteht insbesondere ein Bedürfnis, dass in zumindest einer Stellrichtung eines Stellantriebs dieser nur mit einem sehr geringen Drehmoment verfahren werden kann, wobei die Regelung des Getriebes in der Lage sein muss, schnell geringfügige Abweichungen von diesen geringen Drehmomenten, die auf Störungen hindeuten können, zu erkennen.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Gebrauchseigenschaften eines Getriebes zu verbessern und hierbei insbesondere eine präzise Kraftmessung zu ermöglichen.
-
Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung die Merkmale von Anspruch 1 vor. Insbesondere wird somit erfindungsgemäß bei einem Getriebe der eingangs beschriebenen Art zur Lösung der genannten Aufgabe vorgeschlagen, dass die Messvorrichtung eine erste Struktur und eine zweite Struktur aufweist, wobei die beiden Strukturen durch einen Formkörper verbunden sind, sodass eine Relativbewegung der beiden Strukturen gegeneinander in einem Verformung des Formkörpers resultiert. Ferner ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die erste Struktur an dem Gehäuse befestigt ist. Die Messvorrichtung ist zur Erfassung einer Verformung des Formkörpers eingerichtet. Ferner ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die zweite Struktur das Getriebeteil abstützt.
-
Die Messvorrichtung erfüllt daher in dem Getriebe eine doppelte Funktion. Zum einen kann mit ihr eine Verformung des Formkörpers erfasst werden und somit eine Kraftmessung erzielt werden. Zum anderen dient die Messvorrichtung einer Abstützung eines beweglichen Getriebeteils des Getriebes. Hierdurch können sehr genaue Kraftmessungen erreicht werden, insbesondere auch bei geringen Belastungen des beweglichen Getriebeteils.
-
Erfindungsgemäß ist daher ferner vorgesehen, dass eine Messvorrichtung zur Abstützung eines Getriebes verwendet wird, wobei die Messvorrichtung dazu eingerichtet ist, eine auf das Getriebeteil wirkende Kraft zu messen, wobei das Getriebe ein Gehäuse aufweist, wobei die Messvorrichtung eine erste Struktur und eine zweite Struktur aufweist, wobei die beiden Strukturen durch einen Formkörper verbunden sind, sodass eine Relativbewegung der beiden Strukturen gegeneinander in einer Verformung des Formkörpers resultiert, wobei die erste Struktur an dem Gehäuse befestigt ist und wobei die Messvorrichtung zur Erfassung einer Verformung des Formkörpers eingerichtet ist.
-
Das Getriebe ist in vielen Anwendungen der Erfindung als Schneckengetriebe ausgebildet, wobei das (axial) bewegliche Getriebeteil als Schneckenwelle ausgebildet ist.
-
Von der Erfindung umfasst sind auch andere Ausgestaltungen. Beispielsweise kann das Getriebe als Planetengetriebe oder Umlauf- oder Überlagerungsgetriebe ausgebildet sein.
-
Die Erfindung ist beispielsweise einsetzbar bei Planetengetrieben oder sonstigen Umlaufgetrieben, um ein Drehmoment auf einer Abtriebswelle oder Zwischenwelle durch Erfassung einer Rückwirkung auf ein bewegliches, im Betrieb nahezu feststehendes Getriebeteil, beispielsweise ein Hohlrad oder einen Planetenträger oder sonstigem Umlaufträger, zu messen. Hierzu kann vorgesehen sein, dass die erste Struktur an dem Gehäuse befestigt ist, während die zweite Struktur das im Betrieb nahezu feststehende Getriebeteil, beispielsweise das Hohlrad oder den Planetenträger oder sonstigen Umlaufträger, abstützt. Die verbleibende Beweglichkeit (hier beispielsweise in Umfangsrichtung) zwischen dem Getriebe wird von der Erfindung ausgenutzt, um die belastungsabhängige Verformung des Formkörpers zu erzeugen.
-
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung des Getriebes kann vorgesehen sein, dass das bewegliche Getriebeteil als eine von einem Lager rotierbar gehaltene Schneckenwelle ausgebildet ist, dass die Messvorrichtung eingerichtet ist, um die auf die Schneckenwelle wirkende Kraft zu messen und dass die zweite Struktur das Lager abstützt. Somit ist das bewegliche Getriebeteil indirekt über das Lager abgestützt. Bevorzugt handelt es sich bei der auf die Schneckenwelle wirkende Kraft um eine Axialkraft. Die Axialkraft kann dadurch charakterisiert sein, dass sie entlang einer durch die Drehachse der Schneckenwelle vorgegebenen Richtung wirkt. Derartige Ausgestaltungen können zu besonders präzisen Kraftmessungen führen.
-
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Getriebes kann vorgesehen sein, dass die erste Struktur eine ringförmige Struktur ist. Ferner kann vorgesehen sein, dass die zweite Struktur eine ringförmige Struktur ist. Bevorzugt sind die beiden ringförmigen Strukturen ineinander liegend zueinander angeordnet. Besonders bevorzugt ist die zweite Struktur innerhalb der ersten Struktur angeordnet. Bei einer weiteren bevorzugten Variante sind die beiden ringförmigen Strukturen konzentrisch zueinander angeordnet. Die Messvorrichtung kann beispielsweise als Kraftmessdose ausgebildet sein. Derartige Messvorrichtungen mit ringförmig ausgebildeten Strukturen können bereits bei sehr geringen Auslenkungen eine besonders hohe Empfindlichkeit aufweisen, insbesondere im Zusammenhang mit rotierenden Getriebeteilen und/oder zylinderförmigen Geometrien.
-
Es kann vorteilhaft sein, wenn die erste Struktur, der Formkörper und die zweite Struktur einstückig ausgebildet sind. Derartige Ausgestaltungen können zu Messvorrichtungen führen, welche die zuvor beschriebenen beiden Funktionen des Messens und des Abstützens besonders effektiv erfüllen.
-
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Getriebes kann vorgesehen sein, dass der Formkörper entlang einer Radialrichtung steifer ausgebildet ist als entlang einer Axialrichtung. Die Axialrichtung kann hierbei insbesondere durch eine Richtung entlang einer Drehachse eines sich rotierbaren Getriebeteils, beispielsweise des bereits zuvor beschriebenen Getriebeteils, gegeben sein. Die Radialrichtung ist dann eine Richtung, welche orthogonal zur Axialrichtung orientiert ist. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass der Formkörper entlang einer Radialrichtung, beispielsweise entlang der bereits zuvor genannten Radialrichtung, steif ausgebildet ist. Der Formkörper kann insbesondere als steif in Radialrichtung bezeichnet werden, wenn im Nennbetrieb die Verformung des Formkörpers in Radialrichtung geringer ist als eine Bewegungstoleranz des von der zweiten Struktur abgestützten Getriebeteils. Der Formkörper kann auch als steif in Radialrichtung bezeichnet werden, wenn er zumindest eine ähnliche Steifigkeit aufweist wie eine über ein weiteres Lager vermittelte Halterung des Getriebeteils an dem Gehäuse. Derartige, in Radialrichtung steif ausgebildete Formkörper haben den Vorteil, dass eine radiale Abstützung des Getriebeteils vollständig oder zu einem wesentlichen Anteil durch die Messvorrichtung erfolgt. Zugleich kann dies zur Folge haben, dass bereits sehr geringe Verformungen des Formkörpers in Axialrichtung von der Messvorrichtung erkannt werden können, sodass eine sehr präzise Kraftmessung ermöglicht wird.
-
Die zuvor beschriebenen Vorteile des Getriebes kommen in besonderem Maß zum Tragen, wenn vorgesehen ist, dass das Gehäuse gegenüber der Schneckenwelle entlang einer Axialrichtung verschiebbar ist und/oder dass die zweite Struktur entlang der Axialrichtung mit dem Lager bewegungsfest verbunden ist. Besonders vorteilhaft kann es sein, wenn die zweite Struktur auch entgegengesetzt zur Axialrichtung, also entlang der negativen Axialrichtung, mit dem Lager bewegungsfest verbunden ist.
-
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Getriebes kann vorgesehen sein, dass zwischen dem Lager und der zweiten Struktur ein Zwischenteil ausgebildet ist. Bevorzugt ist das Zwischenteil radial geführt. Aufgrund der radialen Führung weist das Zwischenteil keine Verschiebbarkeit entlang einer Radialrichtung auf, beispielsweise weil es von einem Lager insbesondere dem bereits zuvor beschriebenen Lager in seiner bestimmten radialen Position gehalten wird. Das Zwischenteil kann hierbei eine Vielzahl unterschiedlicher Funktionen erfüllen, ohne dass die Messvorrichtung in ihrer Funktionalität als Abstütz- und Messelement beeinträchtigt würde.
-
In vorteilhafter Weise kann vorgesehen sein, dass innenliegend an dem Gehäuse ein erster Explosionsspalt ausgebildet ist. Bevorzugt ist der erste Explosionsspalt dabei zwischen dem Gehäuse und einem Zwischenteil, wie beispielsweise dem bereits zuvor genannten Zwischenteil, ausgebildet. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass an dem beweglichen Getriebeteil ein zweiter Explosionsspalt ausgebildet ist. Der zweite Explosionsspalt ist dabei bevorzugt zwischen dem beweglichen Getriebeteil, welches auch als Schneckenwelle ausgebildet sein kann, und einem Zwischenteil, wie insbesondere dem bereits zuvor genannten Zwischenteil, ausgebildet. Einen Explosionsspalt kann insbesondere ein solcher Spalt bilden, der ausreichend lang und breit ist, um eine sich in dem Getriebe entwickelnde Explosion aufzufangen, ohne dass es zu Beschädigungen außerhalb des Getriebes kommt. Der zweite Explosionsspalt ermöglicht hierbei eine rotatorische Beweglichkeit der Welle gegenüber dem Formkörper und bildet zugleich einen Explosionsschutz. Der erste Explosionsspalt ermöglicht eine Verschiebung, bei der es sich je nach Ausgestaltung des Getriebes um eine axiale Verschiebung handeln kann, der zweiten Struktur gegenüber dem Gehäuse und bildet zugleich einen Explosionsschutz.
-
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Getriebes kann vorgesehen sein, dass das Zwischenteil und das Gehäuse gegeneinander axial verschiebbare Kontaktflächen ausbilden, die durch einen ersten Explosionsspalt voneinander getrennt sind. Bevorzugt sind die Kontaktflächen zylindermantelförmig ausgebildet.
-
Bevorzugt ist in dem ersten Explosionsspalt ein Dichtring angeordnet. Auch oder auch nur in dem zweiten Explosionsspalt kann ein Dichtring angeordnet sein. Hierdurch kann verhindert werden, dass Öl in den Explosionsspalt eintritt und diesen ausfüllt, sodass der durch den Explosionsspalt vermittelte Explosionsschutz sichergestellt ist.
-
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Getriebes kann vorgesehen sein, dass das Lager als Axiallager und/oder als Kugellager ausgebildet ist. Bevorzugt ist das Lager axial beidseitig gesichert. Durch die beidseitig axiale Sicherung kann eine axiale Bewegung des Getriebeteils von der Messvorrichtung zuverlässig detektiert werden. Insbesondere kann hierdurch sowohl eine Zug- als auch eine Druckbeanspruchung der Schneckenwelle vermittelt und gemessen werden.
-
Die Erfindung wird nun anhand einiger weniger Ausführungsbeispiele eines Ausführungsbeispiels näher beschrieben, ist jedoch nicht auf dieses Ausführungsbeispiel beschränkt. Weitere Erfindungsvarianten und Ausführungsbeispiele ergeben sich durch Kombination der Merkmale einzelner oder mehrerer Schutzansprüche untereinander und/oder mit einzelnen oder mehreren Merkmalen des Ausführungsbeispiels und/oder der zuvor beschriebenen Varianten erfindungsgemäßer Vorrichtungen, Verwendungen und Verfahren.
-
Es zeigt:
- 1 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Getriebes in Schnittansicht,
- 2 das in 1 dargestellte Getriebe aus einem Blickwinkel, aus dem ein außenliegender Teil der Messvorrichtung sichtbar ist.
-
In 1 ist ein Getriebe 1 gezeigt mit einem Gehäuse 3 und einem als rotierbare Schneckenwelle 6 ausgebildeten beweglichen Getriebeteil 5. Das Getriebeteil 5 kann insbesondere durch einen Motor angetrieben sein. Das Getriebe 1 kann beispielsweise Teil eines Stellantriebs sein.
-
Das Getriebeteil 5 ist an zwei Stellen gelagert. Die Lagerung wird bewirkt durch das Lager 15 und das weitere Lager 16. Beide Lager 15, 16 sind jeweils als Axiallager und Kugellager ausgebildet.
-
Das weitere Lager 16 steht in unmittelbarem Kontakt zum Gehäuse 3. Das Lager 15 steht mit dem Gehäuse 3 über das Zwischenteil 21 und die Messvorrichtung 7 mit dem Gehäuse 3 in Verbindung. Hierzu ist eine erste Struktur 9 der Messvorrichtung 7 über Schrauben 29 an dem Gehäuse 3 befestigt.
-
Das Zwischenteil 21 bildet eine Hülse und umschließt einen Abschnitt des Getriebeteils 5. Zwischen dem Zwischenteil 21 und dem Getriebeteil 5 ist ein Spalt ausgebildet. Der Spalt bildet einen zweiten Explosionsspalt 25 und weist eine solche Länge und Breite auf, dass eine sich in einem Innenraum des Gehäuses 3 ausbildende Explosion von dem zweiten Explosionsspalt 25 aufgefangen wird und keine Schäden außerhalb des Getriebes 1 angerichtet werden. Der zweite Explosionsspalt 25 dient somit dem Explosionsschutz.
-
Zwischen dem Zwischenteil 21 und dem Gehäuse 3 ist ein weiterer Spalt ausgebildet. Bei diesem Spalt handelt es sich um einen ersten Explosionsspalt 23, der zum Explosionsschutz hinreichend lang und breit ausgebildet ist. Zwischen dem Gehäuse 3 und dem Zwischenteil 21 ist ein Dichtring 27 eingelegt, sodass verhindert wird, dass Öl von außen in den ersten Explosionsspalt 23 eintreten kann.
-
Die Messvorrichtung 7 weist eine erste ringförmige Struktur 9 auf, die an dem Gehäuse 3 befestigt ist. Die Messvorrichtung 7 weist weiter eine zweite ringförmige Struktur 11 auf, welche mit dem Zwischenteil 21 bewegungsfest verbunden ist. Eine Fixierung der zweiten Struktur 11 an dem Zwischenteil 21 wird in Axialrichtung 19 bewirkt, indem die zweite Struktur 11 an einer Seite an einer Schulter 35 des Zwischenteils 21 und an der anderen Axialseite an einem Fixierungselement 31 anliegt, welches einen in eine Nut des Zwischenteils 21 eingelegten Ring ausbildet. In Radialrichtung 17 besteht zwischen der zweiten Struktur 11 und dem Zwischenteil 21 kein Spiel. Zwischen der ersten Struktur 9 und der zweiten Struktur 11 der Messvorrichtung 7 ist ein ringförmiger Formkörper 13 angeordnet. Die erste Struktur 9, der Formkörper 13 und die zweite Struktur 11 bilden ein einstückig ausgebildetes Element der Messvorrichtung 7.
-
Der Formkörper 13 ist in Axialrichtung 19 schmaler ausgebildet als in Radialrichtung 17. Der Formkörper 13 ist entlang der Radialrichtung 17 steifer ausgebildet als entlang der Axialrichtung 19. Ferner ist der Formkörper 13 entlang der Radialrichtung 17 steif ausgebildet. Hierbei ist der Formkörper 13 so steif ausgebildet, dass die Verbindung zwischen dem Getriebeteil 5 und dem Gehäuse 3, welche über den Formkörper 13 erfolgt, eine Steifigkeit entlang der Radialrichtung 17 aufweist, welche insgesamt vergleichbar ist mit der Steifigkeit in Radialrichtung 17 der über das weitere Lager 16 vermittelten Verbindung zwischen dem Getriebeteil 5 und dem Gehäuse 3. Die Messvorrichtung 7 stützt daher das Getriebeteil 5 ab.
-
Eine zwischen dem Getriebeteil 5 und dem Gehäuse 3 wirkende Radialkraft, welche auf das Lager 15 wirkt, wird vollständig über den Formkörper 13 vermittelt. Auch eine von dem Getriebeteil 5 auf das Lager 15 wirkende Axialkraft wird über den Formkörper 13 auf das Gehäuse 3 übertragen. Allerdings kann sich der Formkörper 13 entlang der Axialrichtung 19 verformen. Die Verformung des Formkörpers 13 wird von der Messvorrichtung 7 in quantifizierbarer Weise registriert, sodass hieraus eine auf das Getriebeteil 5 wirkende Kraft berechnet werden kann. Die Messvorrichtung 7 ist somit zur Erfassung einer Verformung des Formkörpers 13 eingerichtet. Ferner ist die Messvorrichtung 7 dazu eingerichtet, eine auf das Getriebeteil 5 wirkende Kraft zu messen. Konkret wird in dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel eine auf das Getriebeteil 5 wirkende Axialkraft durch die Messvorrichtung 7 gemessen.
-
Die beiden ringförmigen Strukturen 9, 11 sind konzentrisch und ineinander liegend zueinander angeordnet. Die Messvorrichtung 7 bildet in dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel eine Kraftmessdose.
-
Das Gehäuse 3 ist gegenüber dem Getriebeteil 5 entlang der Axialrichtung 19 verschiebbar. Eine Verschiebung erfolgt hierbei zwischen dem Gehäuse 3 und dem Zwischenteil 21, welche durch den ersten Explosionsspalt 23 voneinander getrennt sind.
-
Die beiden Strukturen 9, 11 sind so durch den Formkörper 13 verbunden, dass eine Relativbewegung der beiden Strukturen 9, 11 gegeneinander in einer Verformung des Formkörpers 13 resultiert.
-
Das Lager 15 ist an dem beweglichen Getriebeteil beidseitig axial gesichert. An einer Axialseite ist ein Sicherungselement 33 vorgesehen, an einer anderen Axialseite liegt das Lager 15 an einer an dem Getriebeteil 5 ausgebildeten Schulter an. Das Lager 15 ist auch an dem Zwischenteil 21 axial beidseitig gesichert. An einer Axialseite liegt das Lager 15 an einer weiteren Schulter 37 des Zwischenteils 21 an. An der gegenüberliegenden Axialseite des Lagers 15 liegt das Lager 15 an einem weiteren Sicherungselement 39 an, welches ringförmig ausgebildet ist und in eine am Zwischenteil 21 ausgebildete Nut eingreift und hierdurch gehalten wird.
-
Zusammenfassend betrifft die Erfindung ein Getriebe 1 mit einem Gehäuse 3, einem beweglichen Getriebeteil 5 und einer Messvorrichtung 7 mit einem Formkörper 13, wobei die Messvorrichtung 7 dazu eingerichtet ist, eine Verformung des Formkörpers zu erfassen und so eine auf das Getriebeteil 5 wirkende Kraft zu messen. Die Messvorrichtung 7 wird ferner zur Abstützung des beweglichen Getriebeteils 5 verwendet.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Getriebe
- 3
- Gehäuse
- 5
- Getriebeteil
- 6
- Schneckenwelle
- 7
- Messvorrichtung
- 9
- erste Struktur
- 11
- zweite Struktur
- 13
- Formkörper
- 15
- Lager
- 16
- weiteres Lager
- 17
- Radialrichtung
- 19
- Axialrichtung
- 21
- Zwischenteil
- 23
- erster Explosionsspalt
- 25
- zweiter Explosionsspalt
- 27
- Dichtring
- 29
- Schraube
- 31
- Fixierungselement
- 33
- Sicherungselement
- 35
- Schulter von 21
- 37
- weitere Schulter von 21
- 39
- weiteres Sicherungselement
