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Die
Erfindung betrifft ein schaltbares Umlaufrädergetriebe, insbesondere für ein handgeführtes Arbeitsgerät der im
Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung.
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Umlaufrädergetriebe
bestehen bekanntlich im wesentlichen aus einem zentralen Sonnenrad,
auf dem sich die auf einem Planetenträger geführten Planetenräder abwälzen. Die
meist drei Planetenzahnräder
stützen
sich außen
im konzentrisch angeordneten Hohlrad ab. Ein solches Getriebe eignet
sich besonders für
den Einsatz in handgeführten
Arbeitsgeräten
wie Bohrmaschinen, da die Bauart des Umlaufrädergetriebes ein günstiges
Verhältnis
zwischen Bauvolumen und übertragbarer
Leistung bei relativ großem
möglichen Übersetzungsverhältnis ergibt.
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Die
DE 42 13 291 C2 offenbart
ein Planetengetriebe für
eine handgeführte
Bohrhammermaschine, wobei das Getriebe über einen Zahnkranz auf die Antriebsspindel
der Bohrmaschine einwirkt. Um verschiedene Gänge der Bohrhammermaschine
einstellen zu können,
sind verschiedene Übersetzungsstufen
des Planetengetriebes vorgesehen, wobei die Umschaltung mittels
eines zwischen mehreren Verschiebestellungen axial bewegbaren Schalthohlrades
vorgenommen wird. Einer Übersetzungsstufe des
Ge triebes entspricht dabei eine Stellung des Schalthohlrades, in
der das Schalthohlrad blockiert wird durch Eingriff eines am Gehäuse des
Getriebes ausgebildeten Raststücks
in die Hohlradverzahnung. Durch axiales Verschieben des Teilhohlrades
mittels eines Gangschaltungsgriffes kann die Übersetzungsstufe umgeschaltet
werden, indem die Verzahnung des Schalthohlrades in Eingriff in
eine Außenverzahnung
eines Zahnradkörpers
gebracht wird, welcher die Planetenräder radial überdeckt. Der die Außenverzahnung
tragende Radialabschnitt ist bei dem bekannten Planetengetriebe
an der die Sonnenverzahnung tragenden zentralen Hülse ausgebildet
oder mit dieser kinematisch gekoppelt.
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An
dem Umlaufgetriebe des Arbeitsgerätes wird regelmäßig ein
erhöhter
Verschleiß im
Betrieb des Arbeitsgerätes
beobachtet, welcher durch vermehrte Schaltvorgänge während des Betriebes im Leer-
bzw. Lastlauf noch erhöht
wird. Von den Verschleißerscheinungen
betroffen sind insbesondere die Innenverzahnung des Schalthohlrades
und die Außenverzahnung
des zu schaltenden bzw. zu sperrenden Steges.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das gattungsgemäße Getriebe
derart weiterzubilden, daß Verschleißerscheinungen
entgegengewirkt wird und die Lebensdauer des Getriebes erhöht ist.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den
Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Der
Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß die erhöhten Verschleißerscheinungen
bei vermehrten Schaltvorgängen
zwischen den Übersetzungsstufen
auf die hohen Drehzahlunterschiede zwischen dem Schalthohlrad und
dem die Außenverzahnung
tragenden Bauteil auftreten. Mit der erfindungsgemäßen Anordnung
einer von der zentralen Hülse
mitgenommenen Synchronscheibe wird das Schalthohlrad bei der Annäherung an
die Außenverzahnung
von der Synchronscheibe beschleunigt und mit der Geschwindigkeit
der Hülse
und damit der Außenverzahnung
synchronisiert. Weil das Schalthohlrad beim Schaltvorgang über die
Synchronscheibe geschoben wird, berührt entweder der Außenumfang der
Synchronscheibe die Innenverzahnung des Schalthohlrades und wirkt
reibschlüssig
auf die Innenverzahnung des Schalthohlrades ein oder die Synchronscheibe
wirkt reibschlüssig
auf die Planetenräder
und über
diese mittelbar auf das Schalthohlrad. Ein genügender Reibschluß zwischen
Synchronscheibe und Schalthohlrad ohne Behinderung der Längsbewegung
des Schalthohlrades wird zweckmäßig durch
einen Durchmesser der Synchronscheibe erreicht, welcher etwa dem
Kopfkreis der Verzahnung des Schalthohlrades entspricht. Als besonders vorteilhaft
hat sich dabei herausgestellt, wenn die Synchronscheibe in ihrem
Durchmesser mit geringem Übermaß gegenüber dem
Kopfkreis der Innenverzahnung des Schaltholrades ausgebildet ist.
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In
einfacher und kompakter Bauweise kann ein formschlüssiger Antrieb
der Synchronscheibe durch die Sonnenverzahnung der Hülse erfolgen, wenn
die Synchronscheibe an ihrem Innenumfang wenigstens eine Radialnase
aufweist, die in Einbaulage der Synchronscheibe in dieser Sonnenverzahnung
der Hülse
ein greift. Zweckmäßig sind
mehrere Radialnasen am Innenumfang der Synchronscheibe in Drehwinkelabständen entsprechend
der Teilung der Sonnenverzahnung vorgesehen, wodurch ein kräftiger formschlüssiger Antrieb
bei gleichmäßiger Krafteinleitung
in die Synchronscheibe erfolgt.
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Um
den Reibschluß der
Synchronscheibe zur Einwirkung auf das Schalthohlrad zu verbessern, kann
die Synchronscheibe an ihrem Umfang mit einem winkelig abgebogenen
Rand versehen sein, wodurch einer schädigenden Einwirkung der schnellaufenden
Verzahnung des Schalthohlrades auf den Rand der Synchronscheibe
entgegengewirkt wird.
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Besonders
widerstandsfähig
gegen Verschleißerscheinungen
aufgrund der Einwirkung der Hohlradverzahnung ist die Synchronscheibe,
wenn ihr Außenumfang
durch mehrere radial verdrängbare Kontaktabschnitte
gebildet ist. Sobald das Schalthohlrad über die Synchronscheibe geschoben
wird, werden die an der Innenverzahnung des Hohlrades anliegenden
Kontaktabschnitte verdrängt
und so vor schädigenden
Einwirkungen oder Zerstörungen
geschützt.
Besonders vorteilhaft sind die Kontaktabschnitte an Kontaktbacken
ausgebildet, welche an federnd auslenkbaren Armen angeordnet sind.
Eine solche vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Synchronscheibe
kann durch Anbringung entsprechender Aussparungen in der Synchronscheibe
mit einfachen Mitteln gebildet werden, beispielsweise durch Ausstanzen,
wobei die Kontaktbacken, die Federarme und ein zentraler Ring zum
Aufschieben auf die Hülse
ein einteiliges Bauteil bilden.
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In
vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung wird die Synchronscheibe
in einem Spalt zwischen den Planetenrädern und einem Planetenträger einer anderen
Planetengetriebestufe angeordnet, wodurch in sehr kompakter Bauweise
ein mehrstufiges Umlaufrädergetriebe
mit synchronisiertem Schaltvorgang bereitgestellt ist.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es
zeigen:
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1 einen
Längsschnitt
durch ein Umlaufrädergetriebe,
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2 einen
Querschnitt entlang der Linie II-II in 1,
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3 einen
Längsschnitt
durch das Umlaufrädergetriebe
in einer zweiten Übersetzungsstellung,
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4 einen
Querschnitt durch das Planetengetriebe gemäß IV-IV in 3,
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5 eine
erste Ausführung
einer Synchronscheibe in axialer Ansicht,
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6 einen
Querschnitt der Synchronscheibe in 5,
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7 eine
alternative Ausgestaltung einer Synchronscheibe in axialer Ansicht,
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8 eine
Seitenansicht der Synchronscheibe nach 7,
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9 eine
vergrößerte Darstellung
der Einzelheit IX in 7,
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10 eine
weitere Ausgestaltung einer Synchronscheibe,
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11 einen
Querschnitt der Synchronscheibe nach 10.
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In
der nachfolgenden Beschreibung sind für jeweils gleiche Bauteile
die gleichen Bezugszeichen verwendet.
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1 zeigt
einen Querschnitt durch ein Umlaufrädergetriebe 1 für ein nicht
dargestelltes Arbeitsgerät
wie einer Bohrmaschine oder dgl. und ist zwischen dem Antriebsmotor
des Arbeitsgerätes
und dessen Arbeitsspindel angeordnet. Das Umlaufrädergetriebe 1 weist
in seinem Gehäuse 2 mehrere Getriebestufen
auf, welche durch eine unten beschriebene Schalteinrichtung verschieden
kombinierbar sind und je nach Schaltstellung die Drehzahl des Motors
mit unterschiedlichen Übersetzungsverhältnissen
auf die Antriebsspindel bzw. das Werkzeug des Arbeitsgerätes übertragen.
Die drei Getriebestufen sind jeweils als Umlaufrädergetriebe ausgestaltet und
ergeben so ein günstiges
Verhältnis
zwischen geringem Bauvolumen und übertragbarer Leistung. Die
Drehzahl und das Drehmoment des Antriebsmotors werden über eine
Antriebshülse 4 in
das Getriebe 1 eingeleitet, wobei die Antriebshülse 4 ein
zentrales Sonnenrad der ersten Übersetzungsstufe
bildet. Auf der Sonnenverzahnung der Antriebshülse 4 wälzen sich
erste Planetenräder 5 ab,
welche auf einem Planetenträger
drehbar geführt
sind. Die ersten Planetenräder
stützen
sich an der Verzahnung eines ersten Hohlrades 3 ab, welches
im vorliegenden Ausführungsbeispiel
in dem Gehäuse 2 ruht.
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Die
Drehzahl des Planetenträgers 6 der
ersten Planetenräder
bildet die Eingangsdrehzahl der axial benachbart liegenden zweiten Übersetzungsstufe.
Dabei ist der Planetenträger 6 der
ersten Planetenräder 5 drehfest
mit einer koaxial zur Antriebshülse 4 liegenden
zweiten Hülse 8 verbunden,
welche an ihrem Umfang eine Verzahnung 9 trägt und das
Sonnenrad der zweiten Umlaufrädergetriebestufe
bildet. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel
sind der im wesentlichen radial zur Drehachse des Getriebes 1 ausgebildete
erste Planetenträger 6 und
die funktionsgemäß überwiegend
axial ausgebildete Sonnenradhülse 8 der
zweiten Getriebestufe einteilig ausgebildet. Auf der Sonnenverzahnung 9 der
zentralen Hülse 8 der
zweiten Getriebestufe wälzen
sich zweite Planetenräder 10 ab,
welche auf einem zweiten Planetenträger 12 gelagert sind.
Der zweite Planetenträger 12 ist
einteilig mit einer Sonnenradhülse 11 der
dritten Umlaufrädergetriebestufe
ausgebildet, mit der dritte Planetenräder 15 kämmen. Die
dritten Planetenräder
stützen
sich auf der Verzahnung eines dritten Hohlrades 19 ab und
sind mittels Bolzen 16 drehbar auf ihrem Planetenträger 17 gelagert.
Die durch Abwälzen
der dritten Planetenräder 15 auf
der Sonnenverzahnung 14 entstehende Drehbewegung des Planetenträgers 17 wird
als Ausgangsdrehzahl des Getriebes auf eine Abtriebswelle 18 übertragen.
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Das
Hohlrad 13 der zweiten Getriebestufe, mit dessen Innenverzahnung
die drei Planetenräder 10 der
zweiten Getriebestufe in ständigem
Zahneingriff stehen, ist längsverschiebbar
angeord net, wobei durch Verschieben des Hohlrades 13 eine
Umschaltung des Übersetzungsverhältnisses
erfolgen kann. Das Schalthohlrad 13 weist an seinem Umfang
eine Umfangsnut 32 auf, in die ein nicht dargestellter Gangschaltschieber
eingreift. Das Schalthohlrad 13 ist so in Achsrichtung
der Hauptdrehachse 37 des Getriebes in einem Raum verschiebbar,
in welchem in Achsrichtung der erste Planetenträger 6 und der zweite
Planetenträger 12 sowie
die vom zweiten Planetenträger 12 getragenen
Planetenzahnräder 10 angeordnet
sind. Aus der in 1 gezeigten Endstellung ist
das Schalthohlrad 13 in die in 3 gezeigte Schaltstellung
bewegbar, in der sich die Innenverzahnung 20 des Schalthohlrades 13 in
Eingriff mit einer Außenverzahnung 7 befindet,
welche am Umfang des radial ausgebildeten ersten Planetenträgers 6 angeordnet
ist. Der konstruktive Aufbau des Getriebes entspricht im übrigen der
in 1 gezeigten Anordnung mit der entsprechenden Beschreibung.
Die Außenverzahnung 7 ist
aufgrund der einteiligen Ausführung
des ersten Planetenträgers
mit dem Sonnenrad 8 der zweiten Getriebestufe starr an
den Umlauf der Sonnenverzahnung 9 gekoppelt. Wird das Schalthohlrad 13 in
die in 3 gezeigte Stellung in Eingriff mit der Außenverzahnung 7 gebracht,
so wird die Drehzahl des Schalthohlrades 13 erhöht und das Übersetzungsverhältnis der
zweiten Getriebestufe geändert.
Zum Rückschalten
des Übersetzungsverhältnisses
des Getriebes wird das verschiebbare Schalthohlrad 13 aus
dem Eingriff seiner Innenverzahnung in die Außenverzahnung 7 des
ersten Planetenträgers 6 abgezogen
und unter Abbremsung der Drehzahl in die in 1 gezeigte
Endstellung gebracht.
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In
einem Spalt zwischen dem radialen Planetenträger 6 der ersten Getriebestufe
und den freiliegenden Stirnseiten der zweiten Planetenzahnräder 10 ist
eine von der Sonnenradhülse 8 der
zweiten Übersetzungsstufe
mitnehmbare Synchronscheibe angeordnet, welche radial bis in den
Bereich der Außenverzahnung 7 reicht.
Die radiale Synchronscheibe liegt in der Schnittebene II-II in 1 bzw.
IV-IV in 3. Wie in den Querschnittsdarstellungen
der 2 und 4 erkennbar ist, reicht die
Synchronscheibe 21 radial mit ihrem Außenumfang in den Bereich der
Außenverzahnung 7 und
wird in der entsprechenden Stellung des Schalthohlrades 13 von der
Innenverzahnung 20 des Schalthohlrades berührt. Soll
das Schalthohlrad einem Umschaltvorgang der Getriebeübersetzung
in Eingriff mit der Außenverzahnung 7 gebracht
werden, so muß die
Innenverzahnung des Schalthohlrades 13 zwangsläufig den
Außenumfang
der Synchronscheibe 21 berühren und wird durch Reibkräfte beschleunigt.
Da die Synchronscheibe 21 von der Sonnenverzahnung 9 der
Drehhülse 8 mitgenommen
wird, dreht die Synchronscheibe ständig mit der Drehzahl der Außenverzahnung 7,
welche ihrerseits durch die einteilige Ausführung an der Drehhülse 8 mit
dieser synchron läuft.
Die Reibkräfte
zwischen der Synchronscheibe 25 und der Innenverzahnung 20 bringen
das Schalthohlrad auf die Drehzahl der Außenverzahnung. Durch Synchronisierung
des Schalthohlrades 13 mit der Außenverzahnung 7 vor
dem Eingriff wird Verschleiß durch
hohe Belastungen der Zahnflanken verhindert. Die Synchronscheibe
kann sehr dünn
mit einer Stärke
von etwa 0,5 mm ausgebildet werden und nimmt dadurch sehr wenig
Bauraum in Anspruch und ist einfach bei der Montage des Planetengetriebes
einsetzbar.
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In
den 5 bis 11 sind Ausführungsformen der Synchronscheibe
dargestellt. Die Synchronscheiben 21, 26, 28 haben
dabei eine Wandstärke
d von vorteilhaft 0,5 mm und weisen einen Innenumfang 36 auf,
mit dem sie auf die Drehhülse 8 der
zweiten Getriebestufe aufsetzbar sind. Um eine formschlüssige Mitnahme
der Synchronscheibe 21, 26, 28 zu gewährleisten,
ist der Innenumfang 36 mit Radialnasen 27 versehen,
welche in Einbaulage der Synchronscheibe in die Sonnenverzahnung
eingreifen. Vorteilhaft sind dabei mehrere Radialnasen vorgesehen,
welche in einer der Teilung der Sonnenverzahnung entsprechenden
Drehwinkellage angeordnet sind. Die in 9 vergrößert dargestellten
Radialnasen 27 weisen zweckmäßig ein der Sonnenverzahnung
entsprechendes Zahnprofil auf.
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Eine
besonders bevorzugte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Synchronscheibe 21 ist
in 5 und 6 dargestellt. Dabei wird ein
optimales Federverhalten des von der Hohlradverzahnung beaufschlagten
Außenumfanges
der Scheibe erreicht, indem die von der Verzahnung berührbaren Kontaktabschnitte 34 an
Kontaktbacken 25 ausgebildet sind, welche zurückdrängbar an
Federarmen 24 ausgebildet sind. Durch Ausnehmungen 35 in
der Synchronschreibe 21, die beispielsweise durch Stanzen
herbeigeführt
werden können,
werden zwei Federarme 24 ausgespart, welche an ihrer Mitte
zusammengeführt
sind und die Kontaktbacken 25 tragen. Der Kontaktabschnitt 34 wird
so vor Verschleiß oder gar
Zerstörung
durch die Verzahnung des Schalthohlrades geschützt und gibt bei Berührung mit
der Verzahnung radial nach, wobei die Federarme 24 entsprechende
Druckkräfte
auf die Zahnspitzen der Hohlradverzahnung ausüben.
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Die
Federarme 24 fußen
an dem Umfang eines zentralen Ringkörpers 22 der Synchronscheibe, mit
dem die Synchronscheibe mittels ihrer Radialnasen auf die Sonnenverzahnung
schiebbar ist. Die erfindungsgemäße Synchronscheibe
ist mit Kontaktbacken 25, Federarmen 24 und dem
zentralen Haltering 22 zur formschlüssigen Mitnahme von der Drehhülse einteilig
ausgebildet und kann beispielsweise durch Stanzen hergestellt werden.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel
ist die Synchronscheibe mit drei radial verdrängbaren Kontaktbacken 25 ausgestattet,
welche gleichmäßig am Umfang
der Synchronscheibe 21 verteilt sind. Wie in 2 und 4 erkennbar
ist, kann die Synchronscheibe 21 vorteilhaft in einer derartigen
Drehwinkellage eingebaut sein, daß die drei Kontaktbacken jeweils
in Überdeckung
mit den Stirnseiten der Planetenzahnräder 10 liegen und
die Lagerung der Zahnräder
schützen.
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Die
Synchronisierung der Drehzahl des Schalthohlrades 13 kann
unmittelbar erfolgen, wie beispielsweise durch die Synchronscheibe 21 gemäß 5.
Um einen Reibschluß zwischen
der Synchronscheibe und der Innenverzahnung des Schalthohlrades
herzustellen, haben die Kontaktbacken 25 einen Durchmesser,
der so abgestimmt ist, daß der Umkreis
der Drehbewegung derart radial in den Bereich der Außenverzahnung
reicht, daß wenigstens der
Kopfkreis der Verzahnung des Schalthohlrades erreicht wird. Der
Kopfkreis der Verzahnung des Schalthohlrades wird sicher erreicht,
wenn die Synchronscheibe ein entsprechendes Durchmesserübermaß aufweist.
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Die
in 7 und 8 dargestellte Synchronscheibe 26 weist
einen ebenen, kreisförmigen Scheibenkörper mit
einem konzen trischen Innenumfang 36 auf. Der gesamte Rand
der Synchronscheibe zentriert das Schalthohlrad und beschleunigt
dieses durch Reibung beim Schaltvorgang. Der Außendurchmesser dieser Synchronscheibe 26 ist
geringfügig
kleiner als der Kopfkreis der Innenverzahnung des Schalthohlrades.
Damit wirkt die Synchronscheibe mittelbar, d.h. über die zweiten Planetenräder auf das
Schalthohlrad.
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Die
in 10 und 11 dargestellte
Synchronscheibe 28 ist mit einem winkelig abgebogenen Rand 29 ausgestattet,
welcher beim Aufschieben der Verzahnung des Schalthohlrades eine
Zentrierung bewirkt. Durch Reibung, die durch diese Zentrierung entsteht,
wird das Schalthohlrad beschleunigt. Ein optimales Verhalten wird
dabei mit einem Biegewinkel α des
Randes 29 gegenüber
der Ebene der Scheibe 28 von etwa 160° erreicht.