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Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet des Maschinenbaus und der Getriebetechnik und betrifft ein Gehäuse für mechanische Getriebeanordnungen, das beispielsweise bei Getrieben für Verkehrsmittel, Haushaltsgeräte, landwirtschaftliche Geräte oder medizinische Geräte Anwendung finden kann.
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Mechanische Getriebe mit axialer Anordnung der An- und Abtriebswelle verbunden mit hohem Wirkungsgrad, geringen Laufgeräuschen und geringem Bauraum sind heute wichtige Standardanforderungen für moderne Getriebeanwendungen. Dabei stellt eine geringe Geräuschentwicklung bei Getriebeanwendungen eine wichtige Voraussetzung für gute Arbeitsbedingungen und einen hohen Umweltschutz dar. Möglichst viel Leistung kompakt unterzubringen und gleichzeitig höchste Anforderungen an die Laufruhe eines Getriebes zu erfüllen, stellt eine besondere Herausforderung dar. Hierbei gilt es, kleine Motoren hoher Drehzahl mit einem laufruhigen Kompaktgetriebe großer Untersetzung von Drehzahlen zur Übersetzung des Drehmomentes zu vereinen.
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Eine spezielle mechanische Getriebeanordnung ist aus der
DE 10 2016 118 877 B4 bekannt, die eine Antriebsbaugruppe, mindestens eine Zwischenbaugruppe und eine Abtriebsbaugruppe aufweist, wobei die Antriebsbaugruppe eine Antriebswelle mit einer Schnecke aufweist, und die mindestens eine Zwischenbaugruppe eine Übertragungswelle mit einem Schneckenrad und einem Ritzel aufweist, und die Abtriebsbaugruppe eine Abtriebswelle mit einem Abtriebszahnrad aufweist, und die Schnecke mit dem Schneckenrad im Eingriff steht, und das Ritzel mit dem Abtriebszahnrad in Eingriff steht, wobei die Rotationsachse der Antriebswelle und die Rotationsachse der Abtriebswelle koaxial angeordnet sind, und wobei die Rotationsachse der mindestens einen Zwischenbaugruppe windschief und mit einem Achswinkel von Σ ≠ 90° zu den Rotationsachsen der Antriebswelle und der Abtriebswelle angeordnet ist, und wobei das Ritzel mit dem Abtriebszahnrad einen Achsversatz von a ≠ 0 aufweist, und wobei das Ritzel ein Hypoidzahnrad ist.
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Durch die Kombination aus windschief gestellten Zwischenbaugruppen, die jeweils eine Zwischenwelle mit zwei darauf befindlichen exakt einander zugeordneten Zahnrädern aufweisen, und der Überbestimmung durch mehrere gleichzeitig auf den Abtrieb wirkenden Zwischenbaugruppen entstehen hohe Anforderungen an die Tolerierung des Getriebes. Wesentlich hierbei ist die Tatsache, dass der Wirkungsgrad des Getriebes maßgeblich durch die Einhaltung jener Form- und Lagetoleranzen beeinflusst wird. Weicht beispielsweise der Relativwinkel zwischen den beiden auf den Zwischenwellen befindlichen Zahnrädern bei einer der Zwischenbaugruppen von den anderen ab, ist eine Klemmwirkung und damit verbunden eine Minderung des Wirkungsgrades zu erwarten. Weicht die Achslage einer der drei Zwischenbaugruppen zu stark von der idealen Lage ab, kann dies zur Verschlechterung des Tragbildes entweder an der Antriebs- oder an der Abtriebsbaugruppe führen. Dies wiederum hat erhöhten Verschleiß oder gar ein Klemmen der Getriebeanordnung zur Folge, wodurch der Wirkungsgrad negativ beeinflusst wird.
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Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zu Grunde, ein Gehäuse für mechanische Getriebeanordnungen bereitzustellen, mit dem eine einfache und kostengünstige Montage der Bestandteile der mechanischen Getriebeanordnung bei Einhaltung der erforderlichen Form- und Lagetoleranz ermöglicht wird.
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Die Aufgabe wird durch die in den Patentansprüchen angegebene Erfindung gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche, wobei die Erfindung auch Kombinationen der einzelnen abhängigen Patentansprüche im Sinne einer Und-Verknüpfung einschließt, solange sie sich nicht gegenseitig ausschließen.
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Erfindungsgemäß wird ein Gehäuse für mechanische Getriebeanordnungen mit einer Antriebs- und Abtriebswelle und mehreren windschief angeordneten Zwischenbaugruppen bereitgestellt, aufweisend einen mehrteilig und im Wesentlichen zylindrisch ausgebildeten Gehäusekörper, an dessen Stirnseiten mittig und koaxial ausgebildete Bohrungen zur Montage und Lagerung der Antriebs- und/oder Abtriebswelle vorhanden sind, wobei rotationssymmetrisch in einem Teil oder mehreren Teilen des Gehäusekörpers und entsprechend der Anzahl der Zwischenbaugruppen radial zugängliche und ausgebildete Taschen zur Montage und Lagerung der Zwischenbaugruppen vorhanden sind, wobei die Taschen derart ausgebildet sind, dass die Zwischenbaugruppen windschief mit einem Achswinkel von Σ ≠ 90° zu den Rotationsachsen der Antriebs- und Abtriebswelle gelagert sind.
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Vorteilhafterweise sind die Zwischenbaugruppen mit einer Fest-Loslagerung vollständig in einem Teil des mehrteiligen Gehäusekörpers angeordnet.
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Ebenfalls vorteilhafterweise sind mindestens ein Zentrierstift, eine Zentrierbohrung und/oder ein Zentrierbund im Bereich der zueinander gerichteten Flächen der Teile des Gehäusekörpers vorhanden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Gehäuses ist mindestens ein stirnseitig mit dem Gehäusekörper verbindbarer Gehäusedeckel vorhanden.
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Auch ist von Vorteil, wenn in den Taschen Lagerungsbereiche ausgebildet sind.
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Zudem sind vorteilhafterweise die Festlager der Zwischenbaugruppen im Gehäusekörper mittels Spannelement fixierbar.
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Vorteilhafterweise sind die Loslager der Zwischenbaugruppen im Gehäusekörper mittels Sicherungselementen positioniert und angeordnet.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist der Gehäusekörper eine mindestens teilweise umschließende Hülse auf.
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Zudem sind vorteilhafterweise an- und abtriebseitig verbindbare Gehäusedeckel vorhanden, die stirnseitig mit dem mehrteiligen Gehäusekörper verbindbar sind.
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Und auch vorteilhaft ist, wenn die gleichzeitige Verbindung mindestens des abtriebseitigen Gehäusedeckels mit dem mehrteiligen Gehäusekörper durch mindestens ein gemeinsames Befestigungsmittel realisiert ist.
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Und außerdem ist es vorteilhaft, wenn mindestens der Gehäusekörper aus einem metallischen Material und/oder Kunststoff mittels eines spanbildenden oder/oder additiven Verfahrens hergestellt ist.
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Mit der erfindungsgemäßen Lösung wird erstmals ein Gehäuse für mechanische Getriebeanordnungen bereitgestellt, mit dem eine einfache und kostengünstige Montage der Bestandteile der mechanischen Getriebeanordnung bei Einhaltung der erforderlichen Form- und Lagetoleranz möglich ist.
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Erreicht wird dies durch ein Gehäuse für mechanische Getriebeanordnungen, in das mindestens eine Abtriebs- und Antriebswelle und mehrerer rotationssymmetrisch verteilte Zwischenbaugruppen in windschiefer Anordnung montierbar sind.
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Das Gehäuse weist einen mehrteilig und zylindrisch ausgebildeten Gehäusekörper auf, an dessen Stirnseiten mittig und koaxial ausgebildete Bohrungen für die Antriebs- und/oder Abtriebswelle vorhanden sind.
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Zur Vereinfachung der Getriebemontage können bereits teilvormontierte Zwischenbaugruppen mit beispielsweise je einem Hypoidrad und einer Schnecke in das Gehäuse eingesetzt werden. In einem oder mehreren Teilen des Gehäusekörper sind rotationssymmetrisch und entsprechend der Anzahl der Zwischenbaugruppen radial zugängliche und ausgebildete Taschen vorhanden, in die die Zwischenbaugruppe eingebracht, montiert und gelagert werden. Die Taschen und Lagerbereiche sind dabei derart ausgebildet, dass die Forderungen an die windschiefe Lage der Zwischenbaugruppen mit einem Achswinkel von Σ ≠ 90° zu den Rotationsachsen der Antriebs- und Abtriebswelle bereits beim Einlegen in die Tasche erfüllt werden.
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Die erfindungsgemäßen Taschen im Gehäusekörper ermöglichen die zeitsparende Montage der Zwischenbaugruppen mit engem Toleranzbereich sowie in einfacher und kostengünstiger Art und Weise die Wartung und Instandsetzung der mechanischen Getriebeanordnung.
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Die Gehäusekörperteile können gleich oder verschieden groß ausgebildet sein. In einer Ausführungsvariante wird ein mehrteiliger Gehäusekörper mit zwei im wesentlichen gleichgroßen Gehäusekörperteilen bereitgestellt, so dass die Lagerstellen der Zwischenbaugruppe gleichmäßig verteilt auf die Gehäusekörperhälften vorhanden sind. Die Teilungsebene des Gehäusekörpers ist in diesem Fall im Wesentlichen mittig und zwischen der Lagerung des Festlagers und Loslagers realisiert. Dadurch wird erreicht, dass innerhalb eines Gehäusekörperteils die Festlagerung und in einem anderen Gehäusekörperteil die Loslagerung der Zwischenbaugruppe realisiert ist. Durch diese Gehäuseform wird die Fertigung der beiden zueinander ähnlichen Gehäuseteile erleichtert. Die Zugänglichkeit der Werkzeuge bei spanender Bearbeitung und die Entformbarkeit des Gehäuses bei Spritzguss lassen sich hier leichter umsetzen. Dem gegenüber stehen hohe Anforderungen an die Koaxialität der Achsen der Zwischenbaugruppen nach dem gefügten Gehäuse.
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Von Vorteil ist es, wenn zur eindeutigen Lagezuordnung und sicheren Verbindung des mehrteiligen Gehäusekörpers mindestens ein Zentrierstift, eine Zentrierbohrung und/oder ein Zentrierbund im Bereich der zueinander gerichteten Flächen der Gehäusekörperteile vorhanden sind. Zentrierstifte, Zentrierbohrungen und/oder ein Zentrierbund verbessern die eindeutige rotatorische, axiale und radiale Zuordnung der Gehäusekörperhälften zueinander.
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In einer zweiten vorteilhaften Ausgestaltung des mehrteiligen Gehäusekörpers sind die Zwischenbaugruppen mit Fest-Loslagerung vollständig in einem Teil des mehrteiligen Gehäusekörpers einbringbar. Dies wird dadurch erreicht, dass die Taschen in nur einem Teil des Gehäusekörpers ausgebildet sind und die Zwischenbaugruppen vollständig in diesem Teil angeordnet und gelagert sind. Damit liegt in der Regel die Teilungsebene des Gehäusekörpers außermittig. Der sich hieraus ergebende Vorteil liegt in der genauen Zuordnung der beiden Lagerstellen bei den Zwischenbaugruppen innerhalb eines Gehäusekörperteils. Da nur ein Gehäusekörperteil für die Aufnahme und Ausrichtung der Zwischenbaugruppen zueinander vorgesehen ist, vereinfacht sich der Tolerierungsaufwand deutlich. Die Zwischenbaugruppen können zudem in diesem Gehäusekörperteil vormontiert und der fertige Gehäusekörper mit den vormontierten Zwischenbaugruppen eingesetzt und mit der Antriebs- und Abtriebswelle verbunden werden.
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Zur eindeutigen Positionierung der Zwischenbaugruppen sind vorteilhafterweise die Festlager der Zwischenbaugruppen im Gehäusekörper mittels von außen zugänglichen Spannelementen fixierbar und die Loslager der Zwischenbaugruppen mittels von außen zugänglichen Sicherungselementen positionier- und anordenbar. Vorstellbar ist zudem, dass über die Spann- oder Sicherungselemente unter zu Hilfenahme von beispielsweise Unterlegeelementen oder Variation der Vorspannkraft eine Justierung der Antriebs- und Abtriebswelle und mehreren windschief angeordneten Zwischenbaugruppen ermöglicht wird.
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Zum Schutz vor Schmutz und Staub ist in einer vorteilhaften Ausgestaltung des Gehäuses eine umschließende Hülse vorgesehen, die das gesamte Gehäuse schützt.
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Vorteilhafterweise sind an- und/oder abtriebseitig Gehäusedeckel und/oder Dichtungen vorhanden, die stirnseitig mit dem mehrteiligen Gehäusekörper verbindbar sind und an den Durchmesser der Antriebswelle und/oder Abtriebswelle angepasste Bohrungen aufweisen. Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn die gleichzeitige Verbindung des an- oder abtriebseitigen Gehäusedeckels mit dem mehrteiligen Gehäusekörper durch mindestens ein gemeinsames Befestigungsmittel realisiert ist. Dadurch wird eine zeitsparende und passgenaue Montage des Gehäuses und der Gehäusekörper ermöglicht.
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Aufgrund der hohen Anforderungen an die mechanische Getriebeanordnung und das hierfür benötigte Gehäuse sowie des Sachverhaltes, dass bei diesem Getriebe eine Überbestimmung und damit eine hohe Anforderung an die Lagerung dieser Wellen besteht, ist es von Vorteil, wenn mindestens der Gehäusekörper aus einem metallischen Material und/oder Kunststoff besteht und mittels eines spanbildenden und/oder additiven Verfahren hergestellt ist.
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Zusammenfassend bestehen die Vorteile des erfindungsgemäßen Gehäuses für mechanische Getriebeanordnungen darin, dass
- - eine einfache und kostengünstige Montage einer mechanischen Getriebeanordnung in Form eines Hypoidgetriebes ermöglicht wird,
- - ein bestmöglicher Kompromiss aus einfacher Montage der Baugruppen und einer größtmöglichen Maßhaltigkeit bei der Fertigung hinsichtlich der Form- und Lagetoleranzen erreicht wird,
- - ein hohe Achslagengenauigkeit bei verbessertem Kämmverhalten der eingreifenden Zahnräder und Schnecken innerhalb des Gehäusekörpers ermöglicht wird,
- - eine einfache, schnelle und kostengünstige Wartung und Instandsetzung der mechanischen Getriebeanordnung durch ein zeitsparendes Entfernen und Einsetzen der Zwischenbaugruppen aus und in die Taschen des Gehäusekörpers erfolgen kann.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand von zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die dazugehörigen Figuren zeigen
- 1 eine erste Ausführungsvariante mit zweiteiligem und mittig geteiltem Gehäusekörper
- 2 eine zweite Ausführungsvariante mit zweiteiligem und außermittig geteiltem Gehäusekörper
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Ausführungsbeispiel 1
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Die beiden Gehäusekörperhälften 1, 2 besitzen eine Teilungsebene, welche die Montage der beiden koaxial liegenden An- und Abtriebswellen ermöglicht. Bei der Montage werden diese von der Gehäuseinnenseite in eine jeweils mittig in den Gehäusekörperhälften 1, 2 sitzende Bohrung eingepasst. Die beiden Gehäusekörperhälften 1, 2 werden in der Teilungsebene durch Zentrierstifte 3 in Kombination mit einem Zentrierbund 5 und den Gehäuseschrauben 10 durch die Bohrung 4 fest miteinander verbunden. Die Zentrierstifte 3 dienen der eindeutigen Zuordnung der beiden Gehäusekörperhälften 1, 2 und sichern in Kombination mit dem Zentrierbund 5 die Positionierung der Lagerflächen 13 der Zwischenbaugruppen zueinander. Beide Gehäusekörperhälften 1, 2 werden jeweils mittels einer Dichtung 6 und einem zugehörigen Gehäusedeckel 7, 8 gegenüber einer die beiden Gehäusekörperhälften 1 und 2 umschließenden (nicht dargestellten) Hülse abgedichtet. Der antriebsseitige Gehäusedeckel 7 wird durch kurze Schrauben 9 mit der Gehäusekörperhälfte 1 verschraubt, während der abtriebsseitige Gehäusedeckel 8 mit langen, beide Gehäusekörperhälften verbindenden Schrauben fixiert ist. Die Zwischenbaugruppen werden seitlich in die dafür vorgesehenen Taschen 14 eingesetzt. Die Lager der Zwischenbaugruppen werden anschließend in deren axialer Richtung von außen aufgeschoben und stützen sich in den dafür vorgesehenen Lagersitzen 13 und 15 ab. Damit die Lagerung fixiert ist, werden zusätzliche Spannblöcke 11 mit den Schrauben 12 in den Lagersitz 13 der Festlager eingesetzt. Der Vorteil der ersten Ausführungsvariante liegt in der einfachen Zugänglichkeit der Gehäusehälften für Werkzeuge auf NC-Maschinen und der geringeren Detaillierungstiefe des Gehäuses.
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Ausführungsbeispiel 2
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Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ist der Gehäusekörper zweiteilig ausgebildet. Der wesentliche Unterschied besteht jedoch darin, dass die Teilungsebene nicht zwischen der Fest- und der Loslagerung der Zwischenbaugruppen, sondern außerhalb dieser liegt. Die beiden Gehäusekörperteile 16 und 17 werden mittels eines abtriebsseitigen Konus, der Zentrierbohrung 19 im antriebsseitigen Gehäusekörperteil 16 zusammengefügt. Die Gehäuseschrauben 24 verbinden die beiden Gehäuseteile durch die Durchgangsbohrung 18 miteinander und sichern gleichzeitig die Dichtung 20 sowie den abtriebsseitigen Gehäusedeckel 22. Dieser schließt mit dem gegenüberliegenden ebenfalls mittels Schrauben 23 und Dichtung 20 angebrachten Gehäusedeckel 21 und einer nicht dargestellten Hülse, welche zwischen den Gehäusedeckeln über die Gehäusekörperteile geschoben wird, das Getriebe ab. Die vormontierten Zwischenbaugruppen werden bei dieser Ausführung radial von außen in das Gehäuse eingesetzt und anschließend gesichert. Dabei sitzen die Lager der Zwischenbaugruppen in Lagersitzen 27 und die Zahnräder in der dafür vorgesehenen Aussparung 28. Das jeweilige Festlager der Zwischenbaugruppe wird mittels eines Spannblocks 25 und zwei Schrauben 26 im Gehäusekörper fixiert. Die Loslagerseite wird hingegen nur in radialer Richtung durch ein Justierelement 29 gehalten und justiert. Der Vorteil der zweiten Ausführungsvariante liegt sowohl in den vormontierbaren Zwischenbaugruppen und der Anordnung der Zwischenbaugruppen innerhalb eines Gehäusekörperteils des für die Form- und Lagetoleranzen sensiblen Gehäusebereiches.
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Bezeichnungsliste
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- 1, 2
- Gehäusekörperhälfte
- 3
- Zentrierstift
- 4
- Durchgangsbohrung
- 5
- Zentrierbund
- 6, 20
- Dichtung
- 7, 21
- Gehäusedeckel antriebsseitig
- 8, 22
- Gehäusedeckel abtriebsseitig
- 9, 23
- Gehäuseschraube kurz
- 10, 24
- Gehäuseschraube lang
- 11, 25
- Spannblock Festlager
- 12, 26
- Schraube Festlager
- 13,15, 27
- Lagersitz
- 14, 28
- Aussparung für Zwischenbaugruppe
- 16
- Gehäusekörperteil antriebsseitig
- 17
- Gehäusekörperteil abtriebsseitig
- 18
- Durchgangsbohrung
- 19
- Zentrierbohrung
- 29
- Spannblock Loslager
