DE102021003895A1

DE102021003895A1 - Verfahren zum Herstellen eines Getriebes, welches ein Ritzel aufweist, Anlage zur Durchführung eines solchen Verfahrens und Getriebe, hergestellt durch ein solches Verfahren

Info

Publication number: DE102021003895A1
Application number: DE102021003895.9A
Authority: DE
Inventors: Michael Josef Herberger
Original assignee: SEW Eurodrive GmbH and Co KG
Current assignee: SEW Eurodrive GmbH and Co KG
Priority date: 2020-09-04
Filing date: 2021-07-28
Publication date: 2022-03-10

Abstract

Verfahren zum Herstellen eines Getriebes, welches ein Ritzel aufweist, Anlage zur Durchführung eines solchen Verfahrens und Getriebe, hergestellt durch ein solches Verfahren,wobei in einem ersten Verfahrensschritt mit einem Werkzeug, insbesondere immer mit demselben Werkzeug, Räder, insbesondere Zahnräder, jeweils mit einer Verzahnung versehen werden, wobei die Verzahnungen der Räder zueinander unterschiedlich sind,wobei in einem zweiten Verfahrensschritt ein erstes der Räder ausgewählt wird und zusammen mit dem Ritzel sowie mit Lagern in ein Gehäuseteil eingebaut wird, insbesondere zur Herstellung des Getriebes.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Getriebes, welches ein Ritzel aufweist, eine Anlage zur Durchführung eines solchen Verfahrens und ein Getriebe, hergestellt durch ein solches Verfahren.
Es ist allgemein bekannt, dass eine Verzahnung mittels eines Werkzeugs einer Bearbeitungsmaschine herstellbar ist.
SPIROPLAN^® ist eine eingetragene Marke der Firma SEW-EURODRIVE GmbH & Co. KG.
Aus der DE 10 2019 006 408 A1 ist ein Getriebe mit einer Winkelgetriebestufe bekannt.
Aus der DE 10 2007 014 707 A1 ist ein Getriebegehäuse für ein Winkelgetriebe bekannt.
Aus der DE 100 13 785 A1 ist ein Getriebebaukasten bekannt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine kostengünstige Herstellung von Getriebes zu ermöglichen.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei dem Verfahren nach den in Anspruch 1, bei der Anlage nach den in Anspruch 12 und bei dem Getriebe nach den in Anspruch 13 angegebenen Merkmalen gelöst.
Wichtige Merkmale der Erfindung bei dem Verfahren zum Herstellen eines Getriebes, welches ein Ritzel aufweist, sind, dass
in einem ersten Verfahrensschritt mit einem Werkzeug, insbesondere immer mit demselben Werkzeug, Räder, insbesondere Zahnräder, jeweils mit einer Verzahnung versehen werden, wobei die Verzahnungen der Räder zueinander unterschiedlich sind,
wobei in einem zweiten Verfahrensschritt ein erstes der Räder ausgewählt wird und zusammen mit dem Ritzel sowie mit Lagern in ein Gehäuseteil eingebaut wird, insbesondere zur Herstellung des Getriebes.
Von Vorteil ist dabei, dass nur ein einziges Werkzeug zur Erzeugung unterschiedlicher Verzahnungen notwendig ist. Somit sind die Getriebe mit geringem Aufwand herstellbar. Obwohl das Rad und das Ritzel keine Evolventen aufweisen, ist ein Werkzeug für verschieden große Räder verwendbar. Die Zähnezahlen der vom Werkzeug herstellbaren Verzahnungen sind unterschiedlich, wobei jedoch alle diese Verzahnungen aufweisenden Räder lauffähig sind, insbesondere mit dem Ritzel lauffähig sind. Die Achsabstände zwischen jeweiligem Rad und dem Ritzel sowie die Außendurchmesser des jeweiligen Rads sind jedoch unterschiedlich. Daher sind die Bohrungen zur Aufnahme von Lagern zur drehbaren Lagerung des Ritzels und des Rads unterschiedlich voneinander entfernt. Somit ist für jede der Radpaarungen trotz Verwendbarkeit des gleichen Ritzels ein jeweils unterschiedliches Gehäuseteil notwendig.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist jede der Verzahnungen eine Spiroplanverzahnung. Von Vorteil ist dabei, dass eine komplexe Verzahnung für ein Winkelgetriebe verwendbar ist, das kostengünstig herstellbar und eine hohe Übersetzung auf einem geringen Bauvolumen realisiert.
Dabei ist die Spiroplanverzahnung des Rades eine spezielle Verzahnungsart, wobei die Verzahnung auf der planen Seite des Rades ausgeführt ist, wobei die Zähne bogenförmig verlaufen, also mit zunehmendem Radialabstand zur Drehachse des Rades sich zunehmend in Umfangsrichtung erstrecken. Dies ermöglicht, dass das Rad mit dem Ritzel eine Winkelgetriebestufe bilden, wobei zwar die Drehachse des Ritzels senkrecht zur Drehachse des Rades ausgerichtet ist, aber ein nichtverschwindender Achsversatz zwischen den beiden Drehachsen vorhanden ist. Das Ritzel weist eine Schneckenverzahnung auf, insbesondere mit ZA-Profil.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist im Getriebe die Drehachse des Rades senkrecht und/oder beabstandet zur Drehachse des Ritzels ausgerichtet. Von Vorteil ist dabei, dass ein Winkelgetriebe bei der Erfindung einsetzbar ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Abstand zwischen der Drehachse des Rades und der Drehachse des Ritzels kleiner als der auf die Drehachse des Rades bezogene, kleinste Radialabstand der Verzahnung ist und nichtverschwindend,
insbesondere zwischen 20% und 80% des kleinsten, auf die Drehachse des Rades bezogenen Radialabstands der Verzahnung beträgt. Von Vorteil ist dabei, dass ein Winkelgetriebe mit Achsversatz realisierbar ist und somit Vorteile aus einem reinen Schneckengetriebe mit Vorteilen eines Hypoidgetriebes und auch Kegelgetriebes vereinbar sind.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Position jedes Zahns, insbesondere die Position des Zahnkopfes oder Zahnfußes jedes Zahns, der Verzahnung mit zunehmendem Radialabstand zur Drehachse des Rades eine in auf die Drehachse des Rades bezogene Umfangsrichtung zunehmende Umfangsposition, insbesondere progressiv zunehmende Umfangsposition, auf. Von Vorteil ist dabei, dass bogenförmige Zähne die Verzahnung
des Rads bilden.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Ritzel als Schnecke mit ZA-Profil ausgeführt. Von Vorteil ist dabei, dass eine kostengünstige und einfache Herstellung des Ritzels ausführbar ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Verzahnung des Ritzels einen nicht verschwindenden Schrägungswinkel aufweist und/oder im Achsenschnitt ein trapezförmiges Zahnprofil auf, wobei der Steigung der linken Flanke des Trapezes des Zahnprofils zur Steigung der rechten Flanke des Trapezes des Zahnprofils unterschiedlich ist. Von Vorteil ist dabei, dass eine kostengünstige und einfache Herstellung des Ritzels ausführbar ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung wird im ersten Verfahrensschritt mit dem Werkzeug die Verzahnung jedes Rades hergestellt. Von Vorteil ist dabei, dass nur ein einziges Werkzeug für die Herstellung der Verzahnungen notwendig ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung werden vor dem ersten Verfahrensschritt die Verzahnungsparameter von Verzahnungen der Räder bestimmt, welche mit dem Ritzel lauffähig sind,
indem

- bei gegebener, also fester, Zähnezahl des Ritzels,
- bei gegebenem, also festem, Axialmodul des Ritzels und
- bei gegebenem, also festem, Kopfkreisradius des Ritzels
- bei gegebener, also fester, Verzahnungsbreite der Verzahnung des Rades in radialer Richtung,

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist bei einem ersten Achsabstand zwischen
einem der Räder und dem Ritzel und bei einem ersten, auf die Drehachse dieses Rades bezogenen größten, insbesondere äußeren, Radialabstand der
Verzahnung dieses Rads und bei einer ersten Zähnezahl der Verzahnung dieses Rades diese Verzahnung dieses Rades mit dem Ritzel lauffähig,
und vor dem ersten Verfahrensschritt werden die Verzahnungsparameter von Verzahnungen der Räder bestimmt, welche mit dem Ritzel lauffähig sind,
indem

Von Vorteil ist dabei, dass eine einfache mathematische Bestimmung mehrerer lauffähigen Verzahnungen ausführbar ist. Denn nach der ungefähren Bestimmung durch Variieren des Achsabstands und des größten Radialabstands der Verzahnung wird die Feinbestimmung durch Verändern der Verzahnungsbreite erreicht. Die so bestimmten Verzahnungen sind auf jeden Fall verschieden groß, haben also verschieden große Außendurchmesser und ermöglichen somit unterschiedlich große Varianten von Getrieben, die unterschiedlich große, maximal zulässige Drehmomente übertragen. Wichtig ist bei der Bestimmung,
dass eine der bestimmten Verzahnungen bei einer vorgegebenen Verzahnungsbreite schon lauffähig ist. Die anderen lauffähigen Verzahnungen werden durch Abändern der Verzahnungsbreite lauffähig.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Verzahnung des Rads auf der planen Seite des Rads angeordnet, insbesondere wobei das Rad ein planverzahntes Rad und/oder ein Kronenrad oder Planrad ist,
insbesondere wobei das Rad in dem von der Verzahnung des Rades überdeckten axialen Bereich nur den von der Verzahnung überdeckten Radialabstandsbereich aufweist und/oder wobei die Verzahnung am Rad axial hervorsteht,
wobei die axiale Richtung auf die Drehachse des Rades bezogen ist. Von Vorteil ist dabei, dass das Rad die Verzahnung in Richtung der Drehachse des Rads axial hervorstehend aufweist und somit gut zugänglich ist.
Wichtige Merkmale bei der Anlage zur Durchführung eines vorgenannten Verfahrens sind, dass eine Maschine ein Fräswerkzeug aufweist, mit welchem die Verzahnungen der unterschiedlichen Räder herstellbar sind.
Von Vorteil ist dabei, dass nur ein einziges Fräswerkzeug zur Herstellung unterschiedlich großer Räder verwendbar ist. Somit ist eine Baureihe von Getrieben kostengünstig herstellbar, die mit einer geringen Anzahl von Teilen eine hohe Varianz an Getrieben aufweist. Jede der Varianten ist dabei unterschiedlich, weist also auch ein unterschiedlich großes maximal übertragbares Drehmoment auf.
Wichtige Merkmale bei dem Getriebe sind, dass es hergestellt durch ein vorgenanntes Verfahren ist. Von Vorteil ist dabei, dass das Getriebe kostengünstig herstellbar ist, weil
das Werkzeug für verschiedene Baugrößen verwendbar 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 eine erfindungsgemäße Baureihe mit verschiedenen Baugrößen von Getrieben schematisch skizziert.
2 zeigt die zugehörigen Schrägansichten.

Wie in 1 dargestellt, weist ist ein Ritzel 1 mit verschiedenen Rädern (2, 3, 4) paarbar.
Die Baureihe besteht aus einer Menge von Getrieben, die verschiedenen Baugrößen zuordenbar sind.
In einem ersten Getriebe ist das Ritzel 1 mit einem ersten Rad 2 gepaart.
In einem zweiten Getriebe ist ein zum Ritzel 1 identisch ausgeführtes Ritzel 1 mit einem zweiten Rad 3 gepaart.
In einem dritten Getriebe ist ebenso ein zum Ritzel 1 identisch ausgeführtes Ritzel 1 mit einem dritten Rad 4 gepaart.
Das erste Rad 2 weist einen größeren maximalen Durchmesser auf als das zweite Rad 3 und einen kleineren maximalen Durchmesser auf als das dritte Rad 4.
Bei allen drei Getrieben ist das Ritzel 1 identisch ausgeführt. Somit ist durch das zweite Getriebe maximal eine kleinere Leistung übertragbar als durch das erste Getriebe. Ebenso ist durch das erste Getriebe maximal eine kleinere Leistung übertragbar als durch das dritte Getriebe.
Die Verzahnung des Ritzels ist eine Schneckenverzahnung, die mit einem ZA Profil ausgeführt ist, wobei die rechte Flanke einen anderen Flankenwinkel aufweist als die linke Flanke.
Insbesondere ist die Einhüllende des Ritzels zylindrisch.
Das Rad 2 ist auf seiner planen Seite verzahnt. Die Verzahnung des Rades 2 weist eine Verzahnungsbreite b in radialer Richtung auf. Somit erstreckt sich die Verzahnung des Rades 2 nur zwischen einem ersten Radialabstand und einem zweiten Radialabstand.
Die Zähne der Verzahnung des Rades 2 verlaufen bogenförmig, also mit zunehmendem Radialabstand zur Drehachse des Rades 2 in Umfangsrichtung zunehmend, insbesondere nicht nur proportional, sondern progressiv zunehmend.
Die Drehachse des Rades 2 und die Drehachse des Ritzels 1 sind senkrecht zueinander ausgerichtet und voneinander mit einem nicht verschwindenden Achsabstand beabstandet. Somit schneiden die beiden Drehachsen sich nicht.
Somit ist die Verzahnung des Rades 2 eine Spiroplanverzahnung.
Die Verzahnung des Rades 2 wird mit einem Fräswerkzeug hergestellt, insbesondere in einer Bearbeitungsmaschine.
Das zweite Rad 3 und auch das dritte Rad 4 sind jeweils durch dasselbe Werkzeug wie auch das Rad 2 hergestellt. Für die Herstellung aller Räder (2, 3, 4) wird also dasselbe Werkzeug eingesetzt.
Allerdings sind die Zähnezahlen des zweiten und dritten Rads (3, 4) unterschiedlich zur Zähnezahl des zweiten Rades 2.
Zur Bestimmung der Verzahnungsparameter des zweiten und dritten Rads (3, 4) wird bei gegebener, also fester, Zähnezahl des Ritzels 1, gegebenem, also festem, Axialmodul und gegebenem, also festem, Kopfkreisradius des Ritzels der Achsabstand und der äußere Radialabstand der Verzahnung des Rads derart durchvariiert, dass sich bei vorgegebener Verzahnungsbreite b der Radverzahnung als Zähnezahl des Rads eine natürliche Zahl ergibt oder sehr nahe bei einer natürlichen Zahl liegt. Im letztgenannten Fall wird durch nachträgliches Anpassen der Verzahnungsbreite b, insbesondere durch nachträgliches Anpassen der radialen Breite des Radialabstandsbereichs zwischen dem kleinsten Radialabstand der Verzahnung des Rads und dem größten Radialabstand der Verzahnung des Rads, der ganzzahlige Wert möglichst genau erreicht.
Somit ist also eine lauffähige Verzahnung für eine andere Baugröße bestimmbar, bei welcher das Ritzel identisch verwendbar ist und das Rad größer oder kleiner hergestellt ist. Die Übersetzung ist entsprechend angepasst.
Somit sind also lauffähige Verzahnungen bestimmbar, indem die Werte des Achsabstands und des äußeren Radialabstands der Verzahnung des Rads derart durchvariiert werden,
bis eine natürliche Zahl als Zähnezahl der Verzahnung des Rades, insbesondere gemäß einer die Eingriffsbedingungen der Spiroplanverzahnung beschreibenden mathematischen Beziehung, bestimmt wird.
Erfindungsgemäß ist somit ein Verfahren zur Herstellung unterschiedlicher,
insbesondere unterschiedlich großer, Räder (2, 3, 4) mit stets demselben Fräswerkzeug, aber mit unterschiedlichem Achsabstand und unterschiedlichem äußeren Radialabstand der Verzahnung des Rads offenbart. Daher sind Räder für unterschiedliche Varianten von Getrieben, die aber stets ein identisches Ritzel aufweisen mit demselben Werkzeug fertigbar.
Dies ist überraschend, weil die Verzahnung keine Evolventenverzahnung ist und daher die Eingriffsflächen nicht trivial sind.
Die Gehäuseteile der unterschiedlichen Varianten sind entsprechend dem bestimmten Achsabstand ausgeführt. Hierzu sind die Lageraufnahmebohrungen der Gehäuseteile
für die Lager zur drehbaren Lagerung des Ritzels und des Rades entsprechend angeordnet.
Zur Herstellung wird also das Ritzel mit einem der drei Räder (2, 3, 4) gepaart. Hierzu wird ein einziges der drei Räder (2, 3, 4) ausgewählt und aus dem Lager beschafft,
insbesondere zusammen mit dem zugehörigen Gehäuseteil, und dann die Montage des Getriebes ausgeführt.
Die Verzahnung des Rades ist mit dem Ritzel nur dann lauffähig, wenn der Betrag der zugehörigen Übersetzung rational ist, also ein Quotient aus einer ersten natürlichen Zahl und einer zweiten natürlichen Zahl ist.
Bezugszeichenliste

1: Ritzel
2: erstes Rad
3: zweites Rad
4: drittes Rad

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102019006408 A1 [0004]
DE 102007014707 A1 [0005]
DE 10013785 A1 [0006]

Claims

Verfahren zum Herstellen eines Getriebes, welches ein Ritzel aufweist, insbesondere wobei das Getriebe ein Winkelgetriebe ist, wobei in einem ersten Verfahrensschritt mit einem, insbesondere einem einzigen, Werkzeug, insbesondere immer mit demselben und/oder identischem Werkzeug, Räder, insbesondere Zahnräder, jeweils mit einer Verzahnung versehen werden, wobei die Verzahnungen der Räder zueinander unterschiedlich sind, wobei in einem zweiten Verfahrensschritt ein erstes der Räder ausgewählt wird und zusammen mit dem Ritzel sowie mit Lagern in ein Gehäuseteil eingebaut wird, insbesondere zur Herstellung des Getriebes.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jede der Verzahnungen eine Spiroplanverzahnung ist.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Getriebe die Drehachse des Rades senkrecht und/oder beabstandet zur Drehachse des Ritzels ausgerichtet ist.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen der Drehachse des Rades und der Drehachse des Ritzels kleiner als der auf die Drehachse des Rades bezogene, kleinste Radialabstand der Verzahnung ist und nichtverschwindend ist, insbesondere zwischen 20% und 80% des kleinsten, auf die Drehachse des Rades bezogenen Radialabstands der Verzahnung beträgt.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Position jedes Zahns, insbesondere die Position des Zahnkopfes oder Zahnfußes jedes Zahns, der Verzahnung mit zunehmendem Radialabstand zur Drehachse des Rades eine in auf die Drehachse des Rades bezogene Umfangsrichtung zunehmende Umfangsposition, insbesondere progressiv zunehmende Umfangsposition, aufweist.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ritzel als Schnecke mit ZA-Profil ausgeführt ist.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verzahnung des Ritzels einen nicht verschwindenden Schrägungswinkel aufweist und/oder im Achsenschnitt ein trapezförmiges Zahnprofil aufweist, wobei der Steigung der linken Flanke des Trapezes des Zahnprofils zur Steigung der rechten Flanke des Trapezes des Zahnprofils unterschiedlich ist.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im ersten Verfahrensschritt mit dem Werkzeug die Verzahnung jedes Rades hergestellt wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem ersten Verfahrensschritt die Verzahnungsparameter von Verzahnungen der Räder bestimmt werden, welche mit dem Ritzel lauffähig sind, indem - bei gegebener, also fester, Zähnezahl des Ritzels 1, - bei gegebenem, also festem, Axialmodul des Ritzels und - bei gegebenem, also festem, Kopfkreisradius des Ritzels - bei gegebener, also fester, Verzahnungsbreite der Verzahnung des Rades in radialer Richtung, nur der Achsabstand zwischen dem Rad und Ritzel und der auf die Drehachse des Rades bezogenen größte, insbesondere äußere, Radialabstand der Verzahnung des Rads derart verändert und/oder bestimmt wird, dass ein Wert für die Zähnezahl der Verzahnung des Rades um weniger als eine Differenz zu einer jeweils natürlichen Zahl abweicht, wonach nur die Verzahnungsbreite derart verändert und/oder bestimmt wird, dass der Betrag der Differenz zu Null wird oder zumindest einen Schwellwert unterschreitet.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem ersten Achsabstand zwischen einem der Räder und dem Ritzel und bei einem ersten, auf die Drehachse dieses Rades bezogenen größten, insbesondere äußeren, Radialabstand der Verzahnung dieses Rads und bei einer ersten Zähnezahl der Verzahnung dieses Rades diese Verzahnung dieses Rades mit dem Ritzel lauffähig ist, und dass vor dem ersten Verfahrensschritt die Verzahnungsparameter von Verzahnungen der Räder bestimmt werden, welche mit dem Ritzel lauffähig sind, indem - bei gegebener, also fester, Zähnezahl des Ritzels 1, - bei gegebenem, also festem, Axialmodul des Ritzels und - bei gegebenem, also festem, Kopfkreisradius des Ritzels - bei gegebener, also fester, Verzahnungsbreite der Verzahnung des Rades in radialer Richtung, wobei nur der Achsabstand zwischen dem Rad und Ritzel und der auf die Drehachse des Rades bezogenen größte, insbesondere äußere, Radialabstand der Verzahnung des Rads derart verändert und/oder bestimmt wird, dass ein Wert für die Zähnezahl der Verzahnung des Rades um weniger als eine Differenz zu einer jeweils natürlichen Zahl abweicht, die unterschiedlich ist zur ersten Zähnezahl, wonach nur die Verzahnungsbreite derart verändert und/oder bestimmt wird, dass der Betrag der Differenz zu Null wird oder zumindest einen Schwellwert unterschreitet.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verzahnung des Rads auf der planen Seite des Rads angeordnet ist, ins besondere wobei das Rad ein planverzahntes Rad und/oder ein Kronenrad oder Planrad ist, insbesondere wobei das Rad in dem von der Verzahnung des Rades überdeckten axialen Bereich nur den von der Verzahnung überdeckten Radialabstandsbereich aufweist und/oder wobei die Verzahnung am Rad axial hervorsteht, wobei die axiale Richtung auf die Drehachse des Rades bezogen ist.
Anlage zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Maschine ein Fräswerkzeug aufweist, mit welchem die Verzahnungen der unterschiedlichen Räder herstellbar sind.
Getriebe, hergestellt durch ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11.