DE19750920A1 - Getriebekopfanordnung und Verfahren zur Montage derselben an einen Motor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Getriebekopfanordnung und ein Verfahren zur Montage derselben an einen Motor.

Die US-PS 2,583,140 zeigt ein Antriebsritzel, das mit einer Motorwelle verbunden ist und innerhalb einer Kugellager­ baugruppe gelagert ist. Diese Druckschrift offenbart eine Schnellgangeinheit in konzentrischer Anordnung zu dem Antriebsritzel, die zum Anheben schwere Lasten brauchbar ist, die jedoch nicht anwendbar ist bei Getriebeköpfen, die mit Servo- oder Schrittmotoren verwendet werden.

Getriebeköpfe für Servo- oder für Schrittmotoren weisen ein offenes Antriebsende auf, um die Motorwelle mit einem vormontierten Antriebsritzel aufzunehmen. Der Zusammenbau ist jedoch zeitaufwendig, da das Antriebsritzel während der Montage an der Motorwelle genau positioniert werden muß. Zusätzlich zu der Einschränkung bezüglich der Ausrichtung und Position des Ritzels zur Motorwelle bewirken die Motor­ führungsringe eine zweite Einschränkung. Diese Faktoren tragen zu einem Eingriff zwischen dem Antriebsritzel und dem Antriebsstirnrad mit geringer Maßtoleranz bei, was ein unerwünschtes Geräuschniveau und eine geringe Betriebs­ zuverlässigkeit zur Folge hat. Ausrichtungs- oder Axialitätsfehler können erst festgestellt werden, wenn die Montage beendet ist und der Motor zu laufen begonnen hat.

Außerdem können, da der Getriebekopf ein offenes Ende aufweist, nur steife, zähe Schmierstoffe verwendet werden. Diese Unzulänglichkeiten beeinflussen die Montage und die Verwendung solcher Komponenten im praktischen Einsatz nachteilig.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Getriebe­ kopf bereit zustellen, der im Hinblick auf die oben genannten Nachteile verbessert ist.

Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Montage eines solchen Getriebekopfes anzugeben, das einfach auszuführen ist und einen sicheren Betrieb des Getriebe­ kopfes gewährleistet.

Diese Aufgabe wird durch einen Getriebekopf mit den Merk­ malen des Anspruchs 1 sowie durch ein Verfahren zur Montage eines Getriebekopfes an einen Motor mit den Merkmalen des Anspruchs 13 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen angegeben.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungs­ beispiels unter Bezugnahme auf Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen, in denen gleiche Bezugszeichen die gleichen Elemente in den unterschiedlichen Ansichten bezeichnen, zeigt:

Fig. 1 in einer Seitenansicht, teilweise im Schnitt, einen offenen Getriebekopf des Standes der Technik zur Montage an einen Motor;

Fig. 2 in einer Seitenansicht, teilweise im Schnitt, einen abgedichteten Getriebekopf gemäß der Erfindung;

Fig. 3 in einer vergrößerten Ansicht die Antriebs­ zahnräder; und

Fig. 4A, 4B, 4C und 4D mehrere Querschnittsansichten entlang der Linie IV-IV der Fig. 3.

In Fig. 1 ist ein offener Getriebekopf 10, wie er aus dem Stand der Technik bekannt ist, dargestellt, der mit einer Befestigungsplatte 12 und einem Antriebsstirnzahnrad 14 ausgestattet ist. Der Getriebekopf 10 ist mit einem Motor 22 gekoppelt, der eine Welle 24 aufweist, auf der ein fest­ klemmbares Ritzel 20 befestigt ist. Das festklemmbare Ritzel 20 ist in ein offenes Antriebsende 16 des Getriebekopfes 10 eingefügt und ist im Eingriff mit dem Antriebsstirnrad 14. Die erste Einschränkung bei der Konfiguration des Standes der Technik ist diejenige, daß das Ritzel 20 auf der Welle 24 richtig vermessen und positioniert sein muß. Die zweite Einschränkung besteht in Führungsringen 18a und 18b, die zueinander ausgerichtet werden müssen, wenn der Motor 22 am Getriebekopf 10 verschraubt wird. Demzufolge treten eine Fehlausrichtung der Welle 24 oder andere Probleme, die den Eingriff des Ritzels 20 mit dem Stirnrad 14 beeinflussen, erst bei der endgültigen Montage in Erscheinung, wenn der Motor 22 mit dem Getriebekopf 10 verschraubt wird. Zu diesem Zeitpunkt ist die gesamte Anordnung innerhalb des Gehäuses angeordnet und einer direkten Betrachtung verborgen. Die möglicherweise vorhandenen Ausrichtungsfehler treten nur dann in Erscheinung, wenn ein Geräusch zu hören ist, das vom Schleifen des fehlausgerichteten Ritzels 20 an dem Zahnrad 14 herrührt. Um diese Fehlausrichtung zu korrigieren, muß der Motor 22 von dem Getriebekopf 10 vollständig abmontiert werden, so daß zu den inneren Teilen Zugang besteht. Des­ weiteren können, da der Getriebekopf 10 ein offenes Antriebsende 16 aufweist, nur steife, zähe Schmierstoffe verwendet werden, um die inneren Komponenten des Getriebe­ kopfes 10 zu schmieren.

Die Erfindung (siehe Fig. 2) stellt ein Antriebsritzel 40 bereit, das an einer Befestigungs- oder Montageplatte 32 eines abgedichteten Getriebekopfes 30 drehbar befestigt ist. Durch eine Vormontage des Antriebsritzels 40 an der Montageplatte 32 und nicht an einer Motorwelle wird ein Eingriff mit hoher Maßtoleranz zwischen dem Antriebszahnrad 40 und dem Stirnrad 34 erzielt. Durch Erhöhen der Toleranz dieses Eingriffs wird die Präzision oder das Spiel des Getriebekopfes verbessert und somit das Betriebsgeräusch reduziert.

Das Antriebsritzel 40 ist mit der Befestigungs- oder Montageplatte 32 über ein Lager 50, z. B. ein Kugellager, drehbar gekoppelt, um eine Flüssigkeitsabdichtung am Getriebekopf 30 zu bilden. Diese Flüssigkeitsabdichtung gestattet die Verwendung jeglicher Art von Schmiermittel, einschließlich Flüssigschmiermittel, in beliebiger Menge. Diese Flüssigkeitsabdichtung verhindert auch, daß Schmutz und Staub an den Getriebekopf 30 gelangt. Indem der Zutritt von Fremdpartikeln in den Getriebekopf 30 verhindert und eine angemessene Schmierung bereitgestellt wird, wird das Betriebsgeräusch weiter reduziert. Schließlich wirkt die Flüssigkeitsabdichtung als eine physische Barriere, die den Austritt des Betriebsgeräuschs von innerhalb des Getriebe­ kopfes 30 blockiert. Es war eine überraschende Feststellung, daß die kombinierten Vorteile der Flüssigkeitsabdichtung zu einem reduzierten Betriebsgeräuschniveau bei etwa 4000 U/min von 4 bis 10 dB geführt hat im Vergleich mit ähnlichen, aus dem Stand der Technik bekannten Getriebeköpfen.

Üblicherweise sind die Motoren 22 und 42 Komponenten mit niedrigen Maßtoleranzen. In der Konfiguration des Standes der Technik gemäß Fig. 1 führt ein Lagefehler aufgrund einer Winkelfehlausrichtung der Motorwelle 24 zu einem Lagefehler über die gesamte Länge A der Motorwelle 24. Der daraus resultierende Lagefehler an dem freien Ende der Motorwelle 24 wirkt sich auf das Betriebsverhalten des Zahnrades 14 und des Getriebekopfes 10 aus, der eine Komponente mit engen Maßtoleranzen ist. Im Gegensatz dazu engt die Konfiguration gemäß Fig. 2 eine radiale Bewegung des Antriebsritzels 40 mit dem Lager 50 ein. Demgemäß führt ein Lagefehler aufgrund einer Winkelfehlausrichtung der Motorwelle 44 lediglich zu einem Lagefehler über eine Länge B. Zusätzlich bietet die Erfindung deutliche Vorteile beim Anheben und somit Vermei­ den der kritischen Drehzahl der rotierenden Motorwelle. Kritische Drehzahlen hängen von der Größe oder dem Angriffs­ punkt der von der Welle zu tragenden Last, von der Länge der Welle, ihrem Durchmesser und der Art der Lager ab. Die­ jenigen Faktoren, die überwacht werden können, nachdem eine besondere maximale Länge bestimmt worden ist, sind die Art und Weise der Lagerabstützung und die Wahl des Wellendurch­ messers. Vibrationen aufgrund von Rotation mit hohen Dreh­ zahlen sind deutlich reduziert, wenn das Lager 50 an dem freien Ende der Welle 44 im Vergleich mit dem ungelagerten Ende der Welle 24 angeordnet ist.

Das Lager 50 wird mit einer Preßpassung auf dem Antriebs­ ritzel 40 angebracht. Das Lager 50 wird dann mit Gleitsitz an die Montageplatte 32 montiert. Demzufolge besteht ein Spiel zwischen dem Lager 50 und einer Befestigungs- oder Montageoberfläche 52 des Getriebekopfes 30. Ein derartiges Spiel liegt im Bereich von etwa 0,00127 cm bis 0,00254 cm (0,0005 bis 0,001 inch). Ein O-Ring 55 ist in einer ersten Ausnehmung 54 angeordnet, um das Lager 50 elastisch abzu­ stützen. Somit kann das Lager 50 eine geringe radiale Schwenk- oder Schwimmbewegung gegen die Dämpfungswirkung des O-Ringes 55 ausführen. Ein Halteclip 57 (z. B. ein Seeger­ ring) ist in einer zweiten Ausnehmung 56 angeordnet, um zu verhindern, daß das Lager 50 vom Getriebekopf 30 axial nach außen gleitet. Eine Schulter 58 verhindert eine einwärts gerichtete axiale Verlagerung des Lagers 50.

Eine Öffnung 60 erstreckt sich radial durch die Befesti­ gungsplatte 32 und gestattet Zugang zu einer Schraube 41, die auf einem geschlitzten Klemmringabschnitt des Antriebs­ ritzels 40 angebracht ist. Während dem Zusammenbau gleitet die Motorwelle 44 in das Antriebsritzel 40, bis Motoran­ paßringe oder Führungsringe 38a und 38b mit Gleitsitz zusammenpassend in- Eingriff kommen. Der Gleitsitz hat ein Spiel im Bereich von etwa 0,00254 cm bis etwa 0,00508 cm (0,001 inch bis etwa 0,002 inch). Die Verbindung von Ritzel und Motorwelle bestimmt die Ausrichtung der Motoranpaßringe. Die Flanschoberflächen 39a und 39b sollten für eine korrekte Installation vollständig eben sein. Jedoch wird jede über­ mäßige Fehlausrichtung der Welle 44 sofort sichtbar durch Spalten, die sich zwischen den Flanschoberflächen 39a und 39b bilden. Da jegliche Fehlausrichtung zu Beginn des In­ stallationsvorganges sofort sichtbar ist, können korrigie­ rende Schritte leicht vorgenommen werden. Beispielsweise können Unterlegstücke in den Spalt zwischen die Flansch­ oberflächen eingefügt werden, so daß die Fehlausrichtung während dem Zusammenbau korrigiert wird. Zusätzlich ist eine Gesamtfehlausrichtung identifizierbar, so daß verschlissene oder beschädigte Teile zu Beginn des Zusammenbauvorgangs ersetzt werden können.

Wenn der Motor 42 an der Befestigungsplatte 32 fest abge­ stützt ist, beispielsweise durch Verschraubung mit am Umfang beabstandeten Schrauben, ist das Antriebsritzel 40 an der Motorwelle 44 befestigt. Darüber hinaus ist das Antriebs­ ritzel 40 entlang der Motorwelle 44 automatisch posi­ tioniert, wenn der Motor 42 in seiner Position verschraubt ist. Ein Werkzeug wird durch die Öffnung 60 zum Festziehen der Schraube 41 eingeführt und betätigt, so daß der ge­ schlitzte Ringabschnitt des Antriebsritzels 40 auf der Welle 44 festgeklemmt wird. Das radiale Spiel des Lagers 50 bietet aufgrund der federnden Dämpfung des O-Ringes 55 eine Tole­ ranz gegenüber einer Fehlausrichtung der Welle 44. Gleich­ zeitig wird das Engagement mit enger Maßtoleranz zwischen dem Antriebsritzel 40 und dem Stirnrad 34 beibehalten. Als Folge davon vergrößert sich die Toleranz gegenüber einer Motorwellenfehlausrichtung, während das Geräuschniveau abnimmt. Zusätzlich reduziert die engere Toleranz zwischen dem Antriebsritzel 40 und dem Stirnrad 34 das Zahnspiel, das heißt einen Geschwindigkeitsverlust zwischen dem Antrieb und dem Abtrieb des Getriebekopfes.

Eine Fehlausrichtung der Welle 44 bewirkt, daß das Antriebs­ ritzel 40 in einer Schwenkbewegung von der sich längs erstreckenden Mittellinie der Motorwelle abweicht. Fig. 3 ist eine vergrößerte Ansicht des Antriebsritzels 40, das mit dem Stirnzahnrad 34 kämmt, welches sich um eine feste, nicht verschwenkbare Achse dreht. Der Eingriff von zwei Zahn­ rädern, das eine mit einer feststehenden Achse und das andere mit einer potentiell verschwenkbaren Achse, kann zu übermäßigem Geräusch und Verschleiß führen. Der genaue Grund für diese Probleme ist aus den Fig. 4A, 4B, 4C und 4D leicht ersichtlich. Fig. 4A zeigt das Stirnrad 34a und das Antriebsritzel 40a mit Standardzähnen, die parallel geschnittene Ränder aufweisen, wo sie miteinander in Einriff sind. Theoretisch haben die Standardzähne über die gesamte Eingriffsoberfläche miteinander Kontakt. Da jedoch immer zumindest eine gewisse Fehlausrichtung existiert, kontaktieren sich die üblichen Zähne gegenseitig nur an einem Eckrand, wie bei den Zahnrädern 34a und 40b in Fig. 4B gezeigt ist. Dies verursacht eine Schwächung unter Belastung und ein übermäßiges Geräusch.

Die Fig. 4C und 4D zeigen ballig geschliffene Zähne, bei denen die Sehnendicke des Zahnes entlang ihrer Achse variiert. Der daraus resultierende Tragkontakt ist immer nahe dem Zentrum des Zahnrades anstatt an einem äußeren Ende. Fig. 4C zeigt eine theoretisch perfekte Ausrichtung, wo die ballig geschliffenen Zähne der Zahnräder 34c und 40c an ihren Zentren in Eingriff sind. Wie oben erwähnt worden ist, existiert zumindest eine gewisse Fehlausrichtung in jedem Getriebezug. Durch das Balligschleifen können die Probleme der Zahnradfehlausrichtung, die durch unterschied­ liche Faktoren verursacht werden, minimiert werden. Da der tatsächliche Zahnradkontaktpunkt um den theoretischen Zentralkontaktpunkt variieren kann, haben Entwicklungs- und Herstellungsfehler eine geringere Auswirkung, Zahnspiel­ anforderungen können reduziert werden und die Zahnräder können eher einlaufen als daß sie sich abnutzen. Wenn man die geringfügige Fehlausrichtung in den Fig. 4B und 4D vergleicht, behalten die ballig geschliffenen Zähne in Fig. 4D noch einen Kontaktpunkt relativ nahe dem Zentralpunkt bei. Die ballig geschliffenen Zähne haben eine verbesserte Festigkeit und eine reduzierte Geräuscherzeugung, da die ballig geschliffenen Zähne sofort in ihren Kontaktpunkt laufen, der nahe dem Zentrum liegt. Im Gegensatz dazu weisen die geradgeschnittenen Zähne eine übermäßige Geräusch­ erzeugung und übermäßigen Verschleiß auf, wenn die Zähne in eine Randkontaktposition laufen, wie in Fig. 4B dargestellt ist. Die Kombination der federnden Dämpfung durch den O-Ring 55 und die ballig geschliffenen Zähne an den Zahnrädern 34d und 40d haben eine Toleranz gegenüber einer Motorwellenfehl­ ausrichtung und ein reduziertes Geräuschniveau zur Folge, die deutlich verbessert worden ist gegenüber Getriebe­ kopfanordnungen des Standes der Technik.

Claims (15)

1. Getriebekopf mit einem sich axial erstreckenden Ritzelzahnrad (40) zur Verbindung mit einer Motorwelle (44), enthaltend:
eine Ritzel- und Lageranordnung (40, 50) zur Verbindung mit der Motorwelle;
ein Gehäuse (32) mit einer Außenwand zum Aufnehmen des Getriebekopfes (30), wobei das Gehäuse (32) eine ausgesparte ringförmige Befestigungsoberfläche (54) aufweist, die zentral innerhalb der Außenwand zum Aufnehmen und Halten der Ritzel- und Lageranordnung (40, 50) angeordnet ist; und
eine Abdichteinrichtung zum Bilden einer Abdichtung zwischen der Ritzel- und Lageranordnung (40, 50) und der ringförmigen Befestigungsoberfläche (54), wobei die Abdichteinrichtung eine radiale Bewegung der Ritzel- und Lageranordnung (40, 50) bezüglich der ringförmigen Befestigungsoberfläche (54) gestattet, so daß eine Verbindung mit enger Maßtoleranz zwischen der Ritzel- und Lageranordnung (40, 50) und dem Rest des Getriebekopfes (30) beibehalten wird, wenn eine Fehlausrichtung der Motorwelle (44) auftritt.

2. Getriebekopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Motoranpaßführungsringe (38a, 38b) vorgesehen sind, die zu dem Gehäuse (32) frei ausgerichtet sind, wodurch die Verbindung zwischen dem Ritzel (40) und der Motorwelle (44) die Ausrichtung der Motoranpaßführungsringe (38a, 38b) bestimmt.

3. Getriebekopf nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Motoranpaßführungsringe (38a, 38b) ein Spiel im Bereich von etwa 0,00254 cm (0,001 inch) bis etwa 0,00508 cm (0,002 inch) aufweisen.

4. Getriebekopf nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ritzel- und Lageranordnung (40, 50) ein doppelt abgedichtetes Lager mit einer inneren ringförmigen, auf das Ritzel (40) mit Preßpassung montierten Oberfläche und mit einer äußeren ringförmigen Oberfläche, die gegenüber der ringförmigen Befestigungsoberfläche (54) des Gehäuses (32) angeordnet ist, aufweist.

5. Getriebekopf nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß die ringförmige Befestigungsoberfläche eine darin angeordnete erste ringförmige Ausnehmung (54) aufweist;
daß die Dichteinrichtung einen O-Ring (55) aufweist, der in der ersten ringförmigen Ausnehmung (54) angeordnet ist; und
daß die äußere ringförmige Oberfläche mit Gleitsitz in die ringförmige Befestigungsoberfläche mit einem dazwischen gebildeten Spalt eingebaut ist, der von dem O-Ring (55) abgedichtet ist, um eine flüssigkeitsdichte, schwenkbare Verbindung zu bilden, so daß ein Betriebsgeräusch reduziert ist und Schmutz und Staub am Zutritt zu dem Gehäuse (32) gehindert sind.

6. Getriebekopf nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Spalt eine Breite im Bereich von etwa 0,00127 cm bis etwa 0,00254 cm (0,0005 inch bis etwa 0,001 inch) aufweist.

7. Getriebekopf nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmige Befestigungsoberfläche eine darin enthaltene, zweite ringförmige Aussparung (56) aufweist; und
daß die Dichteinrichtung einen Haltering (57) aufweist, der in der zweiten ringförmigen Aussparung (56) angeordnet ist, um das doppelt abgedichtete Lager (50) benachbart zu der Befestigungsoberfläche (52) zu halten.

8. Getriebekopf nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite ringförmige Aussparung (56) von der ersten ringförmigen Aussparung (54) axial beabstandet ist, so daß der Haltering (57) eine laterale Oberfläche des doppelt abgedichteten Lagers (50) kontaktiert.

9. Getriebekopf nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Haltering (57) axial zwischen dem doppelt abgedichteten Lager (50) und dem Motor (42) angeordnet ist.

10. Getriebekopf nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Ritzel (40) eine Klemmeinrichtung zum festen Verbinden des Ritzels (40) auf der Motorwelle (44) aufweist.

11. Getriebekopf nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Ritzel ballig geschliffene Zähne (40c) aufweist.

12. Getriebekopf nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Getriebekopf (30) ein Antriebs­ stirnzahnrad (34) mit ballig geschliffenen Zähnen (34c) aufweist.

13. Verfahren zum Montieren eines Motors (42) mit einer Welle (44) an einen Getriebekopf (30), der ein Antriebs­ ritzel (40) aufweist, mit den Schritten:
Einfügen der Motorwelle (44) in das Antriebsritzel (40);
Befestigen des Getriebekopfes (30) mit dem Motor (42), wobei das Antriebsritzel (40) automatisch entlang der Motorwelle (44) positioniert wird; und
Festklemmen des Ritzels (40) an der Motorwelle (44)

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Getriebekopf (30) einen Getriebekopfführungsring (38a) und der Motor einen Motorführungsring (38b) mit etwa 0,00254 cm (0,001 inch) bis etwa 0,00508 cm (0,002 inch) Spiel zwischen dem Getriebekopfführungsring (38a) und dem Motorführungsring (38b) aufweist, wobei der Getriebekopf­ führungsring (38a) mit dem Motorführungsring (38b) vor dem Schritt des Befestigens in Eingriff kommt, wobei die Verbindung des Antriebsritzels (40) und der Motorwelle (44) die Ausrichtung zwischen dem Getriebekopfführungsring (38a) und dem Motorführungsring (38b) bestimmt.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Festklemmens das Festziehen einer Schraube (41) an einem geschlitzten Ringabschnitt des Antriebsritzels (40) umfaßt, wobei die Schraube (41) quer zur Motorwelle (44) ausgerichtet ist.