DE10357084A1

DE10357084A1 - Taumelscheibengetriebe

Info

Publication number: DE10357084A1
Application number: DE2003157084
Authority: DE
Inventors: Klaus Becker; Berthold Braun
Original assignee: INA Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2003-12-06
Filing date: 2003-12-06
Publication date: 2005-06-30

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Taumelscheibengetriebe, insbesondere für Axialkolbenpumpen, mit einem um eine Drehachse (7) drehbaren und geneigt zu dieser angeordneten Taumelkörper (2), einer an dem Taumelkörper (2) drehbar gelagerten Taumelscheibe (3), an der stirnseitig oszillierende Abtriebselemente (9) angefedert sind, wobei das Taumelscheibengetriebe über eine Untersetzung in Rotation versetzt ist. DOLLAR A Es zeichnet sich dadurch aus, dass der Taumelkörper (2) wenigstens an einem Teilbereich seiner inneren oder äußeren Mantelfläche kraft- oder formschlüssig durch ein Antriebselement in Rotation versetzt ist, dessen Durchmesser kleiner als der Durchmesser des Taumelkörpers (2) in diesem Teilbereich ist.

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Taumelscheibengetriebe, insbesondere für Axialkolbenpumpen, mit einem um eine Drehachse drehbaren und geneigt zu dieser angeordneten Taumelkörper, einer an dem Taumelkörper drehbar gelagerten Taumelscheibe, an der stirnseitig oszillierende Abtriebselemente angefedert sind, wobei das Taumelscheibengetriebe über eine Untersetzung in Rotation versetzt ist.
Hintergrund der Erfindung
Taumellagerungen für Axialkolbenpumpen in Taumelscheibenbauart sind bereits seit längerem bekannt. So ist beispielsweise in der DE 42 05 859 A1 eine Taumellagerung beschrieben, bei der eine von einem Motor angetriebene Welle drehfest mit einer Taumellagerung verbunden ist. Die Taumellagerung besteht aus einem Taumelkörper, der unter einem Winkel geneigt zur Drehachse angeordnet ist. Dieser Taumelkörper nimmt über ein Kugellager eine Taumelscheibe auf, an deren Stirnfläche angefederte Kolben anliegen. Wird nun über den Motor die Welle und damit der Taumelkörper in Rotation versetzt, so füh ren die an der Taumelscheibe angefederten Kolben eine oszillierende Bewegung in axialer Richtung aus.
Der Nachteil einer solchen Taumellageranordnung liegt darin begründet, dass deren Rotationsgeschwindigkeit durch den verwendeten Motor bestimmt ist. Da schnelldrehende Motoren oftmals billiger als langsamdrehende sind, werden diese bevorzugt verwendet, so dass bei bestimmten Anwendungsfällen die Rotationsgeschwindigkeit der Taumellageranordnung zu hoch ist. Diese versucht man durch Untersetzungsgetriebe herabzusetzen.
So ist in der DE 199 34 161 C2 ein Taumelscheibengetriebe beschrieben, bei dem der Antrieb eines Hohlzylinders, der Teil einer Hohlwelle ist, über eine Triebscheibe erfolgt, die über einen Zahnriemen mit einem Ritzel eines Motors verbunden ist. Der aus Hohlwelle und Triebscheibe bestehende Hohlzylinder trägt wiederum eine Taumelscheibe, die mit ihrer Verzahnung mit einer Verzahnung einer weiteren Drehscheibe in Eingriff steht. Mit einem Verdrehen der Hohlwelle führt die Taumelscheibe eine axiale Taumelbewegung aus. Es liegt auf der Hand, dass ein derartiges Untersetzungsgetriebe für eine Taumelscheibe sehr komplex aufgebaut und demzufolge sehr kostenintensiv ist.
Aus der EP 0 676 563 B1 ist ein Antriebsmechanismus für ein sich hin- und herbewegendes Elektrowerkzeug bekannt geworden. Eine an ihren beiden Enden drehbar gelagerte Welle ist im Mittelteil mit einer Taumellagerung versehen, deren Taumelscheibe einen Stößel bewegt, der wiederum ein Werkzeug in oszillierende Bewegung versetzt. Die Welle wird durch einen Elektromotor angetrieben, dessen Motorwelle ein im Durchmesser kleines Zahnritzel trägt, das mit einem im Durchmesser wesentlich größeren Getrieberad kämmt, welches auf die Welle des Elektrowerkzeuges aufgepresst ist. Das Untersetzungsgetriebe wird demnach vom Antriebsritzel des Elektromotors und vom Getrieberad der Welle gebildet und sorgt dafür, dass eine Umdrehung der Motorwelle des Elektromotors eine Teilumdrehung der Welle des Elektrowerkzeuges bewirkt. Nachteilig dabei ist, dass ein solches Untersetzungsgetriebe mit einem relativ großen Geräuschpegel arbeitet. Auch ist bekannt, dass sol che Verzahnungen umformtechnisch aufwendig hergestellt werden und eine relativ geringe Standzeit aufweisen.
Auch aus der DE 23 55 648 C3 ist bereits ein Untersetzungsgetriebe für eine Axialkolbenpumpe vorbekannt. Diese besteht aus einer in einem Gehäuse angeordneten Hohlwelle, welche eine Taumelscheibe trägt, an der Kolben angefedert sind. Die Taumelscheibe ist aufwändig weiter mit einer sogenannten Druckscheibe verbunden, deren Außenverzahnung mit einem Zahnrad kämmt, das im Durchmesser kleiner als die Außenverzahnung ist und von einem Elektromotor angetrieben wird. Auch in diesem Fall gelten die vorstehend aufgeführten Nachteile.
Zusammenfassung der Erfindung
Ausgehend von den bekannten Nachteilen des Standes der Technik liegt daher der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Untersetzung für ein Taumelscheibengetriebe bereitzustellen, die einfach aufgebaut und sich kostengünstig fertigen lässt.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe nach dem kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 in Verbindung mit dessen Oberbegriff dadurch gelöst, dass der Taumelkörper wenigstens an einem Teilbereich seiner inneren oder äußeren Mantelfläche kraft- oder formschlüssig durch ein Antriebselement in Rotation versetzt ist, dessen Durchmesser kleiner als der Durchmesser des Taumelkörpers in diesem Teilbereich ist.
Der entscheidende Vorteil dieser erfindungsgemäßen Untersetzung eines Taumelscheibengetriebes liegt darin, dass durch die unmittelbare Anlage von Taumelkörper und Antriebselement radialer und auch axialer Bauraum einsparbar ist. So sind die nach dem bisherigen Stand der Technik erforderlichen Zahnriemen und Triebscheiben nicht mehr erforderlich. Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass durch die unmittelbare Anlage von Taumelkörper und Antriebselement auftretende Schwingungen wirkungsvoll gedämpft werden kön nen. Es ist weiter von Vorteil, dass insbesondere beim Anfahren des Taumelscheibengetriebes ein Schlupf zwischen den beteiligten Getriebegliedern auftreten kann. Durch diesen minimalen Schlupf wird ein Nachfedern zwischen den Getriebegliedern ermöglicht, das sich positiv auf die Arbeitsweise und Lebensdauer des Taumelscheibengetriebes auswirkt. Durch dieses Nachfedern werden das Anfahren und auftretende Stoßlasten besser bewältigt, da nicht zu stark beschleunigt wird. Außerdem ist die erfindungsgemäße Lösung aufgrund ihrer Einfachheit auch sehr kostengünstig herzustellen.
Weitere vorteilhafte Ausführungsvarianten der Erfindung sind in den Unteransprüchen 2 bis 10 beschrieben.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung gemäß Anspruch 2 soll das Antriebselement an dem Teilbereich der Mantelfläche mit der größten radialen Ausdehnung anliegen. Durch die dabei sich einstellenden Größenverhältnisse ist eine maximale Untersetzung realisiert.
Nach Anspruch 3 ist vorgesehen, dass das Antriebselement eine Welle eines Elektromotors ist, auf die ein elastischer Ring aufgeschoben ist, der kraftschlüssig an der äußeren Mantelfläche des Taumelkörpers anliegt, wobei in vorteilhafter Weise nach Anspruch 4 die Welle mit einer umlaufenden Nut versehen sein soll, in die der elastische Ring eingesetzt ist. Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung gemäß Anspruch 5 soll dieser elastische Ring als ein O-Ring ausgebildet sein. Aus Anspruch 6 geht hervor, dass der elastische Ring mit einer Profilierung vorgesehen ist, die in eine korrespondierende Verzahnung des Taumelkörpers eingreift.
Eine andere Untersetzungsvariante für ein Taumelscheibengetriebe ist in Anspruch 7 beschrieben. Danach ist vorgesehen, dass das Antriebselement eine Welle eines Elektromotors ist, auf der ein Wälzlager angeordnet ist, dessen in axialer Richtung verlängerter Käfig mit dem Taumelkörper in Wirkverbindung steht. Dabei ergeben sich zwei Möglichkeiten, die in den Ansprüchen 8 und 9 beschrieben sind.
Nach Anspruch 8 ist vorgesehen, dass das Wälzlager ein Zylinderrollenlager ist und der Käfig eine erste Außenverzahnung aufweist, die formschlüssig in eine zweite Außenverzahnung des Taumelkörpers eingreift. Die kraftschlüssige Variante geht aus Anspruch 9 hervor. Danach soll das Wälzlager ein Zylinderrollenlager sein und der Käfig kraftschlüssig an der äußeren Mantelfläche des Taumelkörpers anliege. Schließlich ist nach einem letzten Merkmal der Erfindung gemäß Anspruch 10 vorgesehen, dass das Wälzlager vorgespannt ist. Ein vorgespanntes Wälzlager sorgt dafür, dass die zwischen Welle und Außenring angeordneten Wälzkörper möglichst schlupffrei abrollen und die Antriebsmomente damit wirkungsvoll übertragen werden.
Die Ertindung wird an nachstehenden Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Es zeigen:
1 einen Längsschnitt durch ein Taumelscheibengetriebe mit kraftschlüssig ausgebildeter Untersetzung und
2 einen Längsschnitt durch ein Taumelscheibengetriebe mit formschlüssig ausgebildeter Untersetzung.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
Das in 1 mit seinen Hauptbestandteilen gezeigte Taumelscheibengetriebe weist das Axial-Taumelkugellager 1 auf, das aus dem Taumelkörper 2, der Taumelscheibe 3 und der Gehäusescheibe 4 besteht. Zwischen Gehäusescheibe 4 und Taumelkörper 2 einerseits sowie zwischen Taumelkörper 2 und Taumelscheibe 3 andererseits, sind der Axial-Kugelkranz 5 und der Taumel-Kugelkranz 6 angeordnet. Der Taumelkörper 2 weist den axial verlaufenden gesetzt ist. An diesen schließt sich der geneigt verlaufende Bereich 2.3 an, so dass bei Rotation des Taumelkörpers 2 um seine Drehachse 7 die Kolben 9 über den Taumel-Kugelkranz 6 und die um die Drehachse 7 geneigt angeordnete Taumelscheibe 3 eine oszillierende Hin- und Herbewegung in axialer Richtung ausführen, wobei die Drehachse der Taumelscheibe 3 mit dem Bezugszeichen 8 versehen ist. Der Taumelkörper 2 ist als ein Blechumformteil ausgebildet und hat in den Bereichen 2.2 und 2.3 spanlos eingeformte Kugellaufrillen. Die Taumelscheibe 3 und die Gehäusescheibe 4 sind aus einer Ronde ausgestanzt und ebenfalls mit spanlos eingeformten Kugellaufrillen versehen. Das gesamte Axial-Taumellager 1 ist durch gehärtete Laufbahnen hoch belastbar. Durch seine durch Leichtbauweise bedingte geringe Masse hat es eine geringe Unwucht und weist außerdem nur geringste Reibungsverluste durch eine feine Oberflächenrauheit auf.
Wie 1 weiter zeigt, erfolgt der Antrieb auf den Taumelkörper 2 kraftschlüssig durch ein Reibradgetriebe, wobei in bekannter Weise die Verbindung zweier Getriebeglieder dadurch gesichert ist, dass die miteinander verbundenen Teile durch eine äußere Kraft, im vorliegenden Fall eine Reibkraft, in ihrer gegenseitigen Lage gehalten werden. Dies erfolgt derart, dass die von einem nicht gezeigten Motor in Umdrehungen versetzte Antriebswelle 10 mit der umlaufenden Nut 11 versehen ist, in die wiederum der elastische O-Ring 12 eingesetzt ist. Der radiale Abstand zwischen O-Ring 12 und Taumelkörper 2 ist dabei so einzustellen, dass der O-Ring 12 einer reversiblen Verformung unterliegt. Wie die Figur weiter zeigt, liegt der im Durchmesser wesentlich kleinere O-Ring 12 an dem Teil des Taumelkörpers 2 an, der die größte axiale Ausdehnung hat, d. h., am axial verlaufenden Bereich 2.1 an. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass der Antrieb mit der größtmöglichsten Untersetzung realisiert ist. Die spezielle Form des Taumelkörpers 2 und damit des Axial-Taumel-Kugellagers ist von untergeordneter Bedeutung und demnach variabel. Im Sinne der Erfindung kommt es lediglich darauf an, dass das Antriebselement an einem Teilbereich der Mantelfläche anliegt. So ist es beispielsweise denkbar, dass der Taumelkörper 2 doppelwandig ausgebildet ist, d. h., in radialer Richtung eine innere und eine äußere Wandung aufweist, die voneinander beabstandet und durch einen kreisringartigen Boden miteinander verbunden sind. In diesem Falle könnte das Antriebselement an der radial innen oder radial außen liegenden Wandung anliegen.
Bei dem in 2 gezeigten Taumelscheibengetriebe handelt es sich um einen formschlüssigen Antrieb, d. h. um einen Antrieb, bei dem zwei Getriebeteile durch eine korrespondierende Gestalt so ausgebildet sind, dass eine Bewegung beider Teile gegeneinander nicht möglich ist und infolge dessen Drehmomente von einem auf das andere Teil übertragen werden können. Konkret ist der Antrieb so ausgestaltet, dass ein als Zylinderrollenlager ausgebildetes Wälzlager 13 auf der Antriebswelle 10 angeordnet ist, dessen in axialer Richtung verlängerter Käfig 14 mit dem Taumelkörper 2 in Wirkverbindung steht. Dabei ist vorgesehen, dass der Käfig 14 mit einer Außenverzahnung 14.1 versehen ist, die in die Außenverzahnung 2.1.1 des Taumelkörpers eingreift. Wie die Figur weiter zeigt, ist im Ausführungsbeispiel gemäß 2 die Antriebswelle parallel zur Drehachse 7 angeordnet. Nimmt aber der Taumelkörper mit seinem Bereich 2.1 einen geneigt verlaufenden Bereich ein, so müsste sich auch dementsprechend die Neigung der Antriebswelle 10 anpassen. Der Vorteil dieser formschlüssigen Antriebsart liegt darin, dass die Untersetzung zusätzlich nochmals verringert ist, weil gegenüber einer Drehzahl n der Antriebswelle 10 sich der Käfig 14 des Wälzlagers 13 nur mit einer Drehzahl n/2 bewegt.

1: Axial-Taumelkugellager
2: Taumelkörper
2.1: axial verlaufender Bereich
2.1.1: Außenverzahnung
2.2: radial verlaufender Bereich
2.3: geneigt verlaufender Bereich
3: Taumelscheibe
4: Gehäusescheibe
5: Axial-Kugelkranz
6: Taumel-Kugelkranz
7: Drehachse
8: Drehachse
9: Kolben
10: Welle
11: Nut
12: O-Ring
13: Wälzlager
14: Käfig
14.1: Außenverzahnung

Claims

Taumelscheibengetriebe, insbesondere für Axialkolbenpumpen, mit einem um eine Drehachse (7) drehbaren und geneigt zu dieser angeordneten Taumelkörper (2), einer an dem Taumelkörper (2) drehbar gelagerten Taumelscheibe (3), an der stirnseitig oszillierende Abtriebselemente (9) angefedert sind, wobei das Taumelscheibengetriebe über eine Untersetzung in Rotation versetzt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Taumelkörper (2) wenigstens an einem Teilbereich seiner inneren oder äußeren Mantelfläche kraft- oder formschlüssig durch ein Antriebselement in Rotation versetzt ist, dessen Durchmesser kleiner als der Durchmesser des Taumelkörpers (2) in diesem Teilbereich ist.
Taumelscheibengetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebselement an dem Teilbereich der Mantelfläche mit der größten radialen Ausdehnung anliegt.
Taumelscheibengetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebselement eine Welle (10) eines Elektromotors ist, auf die ein elastischer Ring aufgesetzt ist, der kraftschlüssig an der äußeren Mantelfläche des Taumelkörpers (2) anliegt.
Taumelscheibengetriebe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (10) mit einer umlaufenden Nut (11) versehen ist, in die der elastische Ring eingesetzt ist.
Taumelscheibengetriebe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der elastische Ring ein O-Ring (12) ist.
Taumelscheibengetriebe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der elastische Ring mit einer Profilierung versehen ist, die in eine korrespondierende Verzahnung (2.1.1.) des Taumelkörpers (2) eingreift.
Taumelscheibengetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebselement eine Welle (10) eines Elektromotors ist, auf der ein Wälzlager (13) angeordnet ist, dessen in axialer Richtung verlängerter Käfig (14) mit dem Taumelkörper (2) in Wirkverbindung steht.
Taumelscheibengetriebe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Wälzlager (13) ein Zylinderrollenlager ist und der Käfig (14) eine erste Außenverzahnung (14.1) aufweist, die formschlüssig in eine zweite Außenverzahnung (2.1.1) des Taumelkörpers (2) eingreift.
Taumelscheibengetriebe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Wälzlager (13) ein Zylinderrollenlager ist und der Käfig (14) kraftschlüssig an der äußeren Mantelfläche des Taumelkörpers (2) anliegt.
Taumelscheibengetriebe nach den Ansprüchen 7, 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Wälzlager (13) vorgespannt ist.