DE3211616C1 - Schaltgetriebe - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Schaltgetriebe gemäß Oberhegriff des ersten Patentanspruchs.

In dem DE-GM 19 48 236 ist ein Schaltgetriebe der eingangs genannten Art beschrieben, bei welchem die Kupplungsnaben bzw. die Antriebswelle und die Abtriebswelle koaxial zueinander angeordnet sind. Zwischen den genannten Wellen ist eine Getriebewelle mit einem Zwischenglied vorgesehen, welches einen Ausschnitt aufweist, um ein mit der radial innen liegenden Antriebswelle verbundenes Ritzel teilweise freizugeben. Die Getriebewelle weist ferner einen zylindrischen, exzentrisch angeordneten Abschnitt für den Zahnkranz des Planetenrades auf. Die Herstellung der Getriebewelle ist mit einem vergleichsweise großen Aufwand verbunden. Auch ist aufgrund des exzentrischen Abschnittes der Getriebewelle eine nicht unwesentliche Unwucht vorhanden, welche zu vergleichsweise großen Lagerkräften und ggfs. auch zu kritischen Schwingungen führen kann. Für höhere Drehzahlen ist infolge der Unwucht dieses Schaltgetriebe schwerlich geeignet. Schließlich weist das Schaltgetriebe auch noch eine vergleichsweise geringe Elastizität auf, so daß Stöße praktisch ungedämpft von der einen Kupplungsnabe auf die andere Kupplungsnabe übertragen werden.

Ferner ist in der DE-PS 29 44 123 ein Spannungswellen-Getriebe mit einem Antriebsmotor und einem abgedichteten Gehäuse beschrieben. Mit dem Gehäuse ist ein verformbares Spannungsrad drehfest verbunden, welchem ein Ringrad zugeordnet ist. Ein zweites Ringrad ist mit einem Verstellglied drehfest verbunden.

Um einer unzulässigen Verformung entgegenzuwirken, ist wenigstens ein zusätzliches, radial wirkendes Stützmittel auf der Antriebsseite des Spannungsrades vorgesehen. Das bekannte Spannungswellen-Getriebe soll eine hermetische Abdichtung aufweisen und auch extremen Sicherheitsanforderungen genügen. Eine drehzahlsynchrone Drehmomentübertragung ist nicht möglich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein

ίο Schaltgetriebe der eingangs genannten Art derart auszubilden, daß bei einem einfachen und funktionsgerechten Aufbau eine Unwucht weitgehend vermieden wird. Das Schaltgetriebe soll auch für hohe Drehzahlen und insbesondere für den Einsatz im Großmaschinenbau geeignet sein, wobei Montage und Herstellung mit einem vergleichsweise geringen Aufwand durchführbar sein sollen.

Zur Lösung werden die im Kennzeichen des ersten Patentanspruches angegebenen Merkmale vorgeschlagen. Das erfindungsgemäße Schaltgetriebe zeichnet sich durch einen einfachen und kostengünstigen Aufbau aus, wobei infolge des Ringraumes sowie der koaxialen Anordnung zum einen ein geringes Bauvolumen erreicht wird und zum anderen eine Unwucht vermieden wird. Das Schaltgetriebe weist eine kompakte, ineinander integrierte Anordnung von im wesentlichen koaxial zueinander angeordneten Bauteilen auf, wodurch eine vergleichsweise einfache Fertigung sichergestellt wird.

In einer besonderen Ausgestaltung ist die erste Kupplungsnabe mit dem radial beabstandeten Ring einstückig ausgebildet. Es wird eine besonders kompakte und kostengünstige Konstruktion erreicht, zumal besondere Befestigungselemente zwischen Kupplungsnabe und Ring nicht erforderlich sind.

In einer weiteren Ausgestaltung sind in dem Ringraum wenigstens zwei Getriebestufen vorgesehen, welche über eine innenverzahnte Hülse miteinander verbunden und somit hintereinandergeschaltet sind. Bei vergleichsweise geringem Platzbedarf kann eine große Drehzahldifferenz zwischen den Kupplungsnaben erreicht werden. Im Rahmen der Erfindung kann jede Getriebestufe ggfs. auch getrennt über eine eigene Getriebewelle und eine zugeordnete Einstellvorrichtung getätigt werden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen axialen Längsschnitt eines zweistufigen

so Schaltgetriebes mit einer Hohlwelle, welche mittels einer Bremse betätigbar ist,

Fig.2 einen axialen Längsschnitt eines einstufigen Schaltgetriebes, dessen Hohlwelle mittels einer Verstellwelle betätigbar ist,

F i g. 3 schematisch und in vergrößerter Darstellung einen Schnitt entlang Schnittlinie III gemäß Fig.2 und F i g. 4 einen axialen Längsschnitt eines Schaltgetriebes, enthaltend ein Exzenter-Taumelgetriebe.

Der axiale Längsschnitt gemäß F i g. 1 zeigt zwei miteinander zu verbindende Maschinenwellen 2, 4, mit welchen über Paßfedern 6,8 eine erste Kupplungsnabe 10 sowie eine zweite Kupplungsnabe 12 verbunden sind. Es sei angemerkt, daß die Maschinenwelle 2 beispielsweise einer Arbeitsmaschine und die Maschinenwelle 4 einer Antriebsmaschine zugeordnet sein kann oder umgekehrt. Zwischen erster Kupplungsnabe 10 und der zweiten Kupplungsnabe 12 sind ein Getriebe 14 sowie eine elastische Kupplung 16 geschaltet. Das Getriebe 14

enthält eine Getriebewelle 18, welche als eine Hohlwelle ausgebildet ist und die Kupplungsnabe 10 zumindest teilweise umgibt.

Zwischen der ersten Kupplungsnabe 10 und der Getriebewelle 18 ist eine Lageranordnung mit zwei Kugellagern 20,22 vorgesehen. Die Getriebewelle wird somit zuverlässig über die genannte Lageranordnung auf der Kupplungsnabe abgestützt, wobei die genannten Kugellager 20,22 vergleichsweise geringe Durchmesser aufweisen. Mit der ersten Kupplungsnabe 10 ist ein i< > radial außenliegender Ring 24 verbunden, welcher einen innenverzahnten Zahnring 26 aufweist. Zur Verbindung des Ringes 24 mit der Kupplungsnabe 10 ist ein scheibenförmiger Ansatz an der Kupplungsnabe 10 vorgesehen, wobei die genannten Teile aus einem einzigen Stück hergestellt sind. Das Getriebe 14 enthält zwei Stufen, welche jeweils als Gleitkeilgetriebe ausgebildet sind. Ein derartiges Gleitkeilgetriebe, welches vom Prinzip her auch als Planetengetriebe bezeichnet werden kann, ist in der DE-PS 26 17 951 ausführlich beschrieben. Die beiden genannten Getriebestufen weisen grundsätzlich einen einander entsprechenden Aufbau auf und enthalten jeweils ein Planetenrad 30, 32 mit als Zahnbänder 34, 36 ausgebildeten Verzahnungen. Die Planetenräder 30, 32 sind über vier separate Kugellager 38 auf der Getriebewelle 18 abgestützt. Die Außenfläche der Getriebewelle 18 ist nicht konzentrisch zur Längsachse 40, sondern sie weist eine etwa ovale Kontur auf. Durch die strichpunktierte Linie 42 soll die Außenfläche der Getriebewelle 18 in einem um etwa 90° bezüglich der Längsachse 40 verdrehten Bereich angedeutet werden. In dem letztgenannten Bereich, welcher vor oder aber auch hinter der Zeichenebene liegt, ist das Zahnband 36 nicht mit dem Zahnring 26 und das Zahnband 34 auch nicht mit dem innenverzahnten Zahnring 44 eines Hohlrades 46 in Eingriff. In dem dargestellten Winkelbereich sowie in einem diametral gegenüberliegenden Winkelbereich befinden sich, wie dargestellt, die Zahnbänder 34,36 mit den genannten Zahnringen 44,26 in Eingriff. Ein derart ausgebildetes Gleitkeilgetriebe stellt ein kinematisch selbstsperrendes Getriebe dar. Das Getriebe-Hohlrad 46 ist über ein Wälzlager 48 außen auf dem Ring 24 in definierter Weise gelagert. Die beiden Getriebestufen sind über eine innenverzahnte Hülse hintereinandergeschaltet. Die als eine Hohlwelle ausgebildete Getriebewelle 18 ragt somit teilweise in einen Ringraum 52 ein, welcher durch den genannten Ring 24 und auch durch das Hohlrad 46 gebildet wird. Die vier Kugellager 38 des Getriebes 14 sind unmittelbar auf der Außenfläche der Getriebewelle 18. angeordnet und weisen somit einen vergleichsweise geringen Durchmesser auf. Infolgedessen treten auch vergleichsweise geringe Umfangsgeschwindigkeiten in diesen Kugellagern auf. Es bedarf keiner besonderen Hervorhebung, daß die Außenringe der Kugellager 38 und ebenso die Planetenräder 30, 32, elastisch, verformbar sind, damit die Zahnbänder 34, 36 in der erforderlichen Weise in die virtuellen Zahnlücken hineingeschoben bzw. wieder herausgleiten können. Von besonderer Bedeutung ist es, daß die übrigen Getriebeteile außerhalb der Getriebewelle 18 angeordnet sind, so daß beim Festhalten der Getriebewelle 18 die übrigen Getriebeteile dennoch mit einer entsprechenden Umlaufgeschwindigkeit weiterdrehen können und somit eine einfache und zuverlässige Kühlung gewährleistet ist.
Der Getriebewelle 18 ist eine Einstellvorrichtung 54 zugeordnet, welche hier als eine Bremse ausgebildet ist. Die Einstellvorrichtung bzw. Bremse 54 enthält ein Bremsgehäuse 56, welches mit einem stationären Bauteil 58 drehfest verbunden ist. Über Radiallager 60 ist die Getriebewelle 18 auf dem Bremsgehäuse 56 abgestützt. Die Bremse enthält ferner einen Bremskörper 62 mit zwei konischen Bremsflächen 64,66, weichen entsprechende Flächen auf dem Gehäuse 56 bzw. der ersten Kupplungsnabe 10 zugeordnet sind. Mittels einer Feder 68 wird der Bremskörper mit seiner Bremsfläche 66 an die erste Kupplungsnabe 10, wie dargestellt, angepreßt. Dieser Bremskörper 62 ist bezüglich der Getriebewelle 18 in Richtung der Längsachse 40 axial verschiebbar angeordnet, jedoch in Umfangsrichtung über eine Verzahnung oder auch eine Paßfeder 70 drehfest verbunden. In der dargestellten Position ist der Bremskörper 62 kraftschlüssig mit der ersten Kupplungsnabe 10 verbunden, und aufgrund der erläuterten Paßfeder bzv/. Verzahnung 70 kann die Getriebewelle 18 synchron mit der ersten Kupplungsnabe 10 drehen. Die Getriebeteile führen zueinander keine Relativbewegungen aus, so daß das Getriebe 14 als eine elastische Kupplung wirksam ist. Das Getriebe 14 ist kinematisch selbstsperrend. Folglich weisen die beiden Kupplungsnaben 10 und 12 keine Drehzahldifferenzen zueinander auf, da ja auch über die Kupplung 16 eine unmittelbare Ankopplung erfolgt. Die Maschinenwellen 2 und 4 drehen somit synchron.

Der axial verschiebbare Bremskörper 62 weist eine Ringkammer 72 auf, welcher über eine Bohrung 74 Druckmittel bzw. Hydrauliköl zuführbar ist. Wird in die Ringkammer 72 Druck gegeben, so wird nach Überwindung der Kraft der Federn 68 der Bremskörper 62, hier in der Zeichnung nach links, bewegt, so daß die konische Bremsfläche 64 mit der zugeordneten Fläche des Bremsgehäuses 56 in Eingriff gelangt. Hierdurch wird die Getriebewelle 18 auf Null abgebremst. Nunmehr können die Planetenräder 30, 32 über die Kugellager 38 auf der ovalen Außenfläche der nunmehr feststehenden Getriebewelle 18 ablaufen. Entsprechend der Zähnezahlen der Verzahnungen 26, 46 sowie der Verzahnungen der Hülse 50 wird nunmehr eine Drehzahldifferenz zwischen der Kupplungsnabe 10 und dem Getriebe-Hohlrad 46 auftreten. Maßgebend 1st hierbei die Relativbewegung bzw. die Drehzahldifferenz zwischen der Getriebewelle 18 und der ersten Kupplungsnabe 10. Bei der hier dargestellten Bremse 54 erfolgt eine totale Abbremsung der Getriebewelle 18. Jedoch kann auch eine teilweise und insbesondere eine gesteuerte Abbremsung bzw. eine definierte Drehzahldifferenz zwischen Getriebewelle und erster Kupplungsnabe 10 vorgesehen werden. So kann anstelle der hier dargestellten mechanischen Bremse auch eine elektrische Induktionsbremse vorgesehen werden oder, ganz allgemein, es können Bremsen vorgesehen werden, welche einen einstellbaren Schlupf zulassen.

Gemäß F i g. 1 sind die beiden Getriebestufen mit den Planetenrädern 30,32 auf einer gemeinsamen Getriebewelle angeordnet. In einer alternativen, hier nicht weiter dargestellten Ausführungsform, sind die beiden Getriebestufen jeweils getrennt auf einer Getriebewelle angeordnet, wobei jede Getriebewelle auch getrennt mittels einer separaten Einstellvorrichtung betätigbar ist. Hierbei sind die Zähnezahlen der Getriebestufen derart vorgegeben, daß, betrachtet von der Maschinenwelle 2 zur Maschinenwelle 4, die eine Getriebestufe als ein Untersetzungsgetriebe und die andere Getriebestufe als ein Übersetzungsgetriebe wirkt. Darüber hinaus

können aber auch die separat auf Getriebewellen angeordnete Getriebestufen unterschiedliche Übersetzungsverhältnisse aufweisen, so daß bei separatem Festsetzen der Getriebewellen auch stufenweise die Übersetzungsbedingungen verändert werden.

Die elastische Kupplung 16 enthält ein Zahnband 76, welches in die Zahnlücken eines Zahnringes 78 vom Hohlrad 46 sowie eines Zahnringes 80 der zweiten Kupplungsnabe 12 eingreift. Es handelt sich hierbei um außenverzahnte Zahnringe 78, 80, welche in Richtung der Längsachse 40 einen geringen Abstand zueinander aufweisen. Bei Belastung der Kupplung 16 gleiten die Zahnflanken von Zahnband und Zahnringen in radialer Richtung aufeinander, wodurch sich eine gute Dämpfungswirkung bei Drehschwingungen ergibt. Mittels der Kupplung 16 können in der Praxis kaum vermeidbare Ausrichtfehler, also Fluchtfehler und Achsversatz, von dem Getriebe 14 weitgehend abgehalten werden. Somit wird erreicht, daß zusätzliche Bewegungen in das Getriebe 18 praktisch nicht eingeleitet werden und somit eine vergleichsweise hohe Laufruhe und auch eine lange Lebensdauer gewährleistet wird. Ferner nimmt die Kupplung 16, wie bereits beschrieben, Drehschwingungen auf, so daß auch insoweit eine nicht unwesentliche Entlastung des Getriebes 14 erreicht wird.

Die Ausführungsform gemäß Fig.2 weist ein Getriebe 14 mit einer einzigen Stufe auf, welche wiederum als ein Gleitkeilgetriebe ausgebildet ist. Die in Aufbau und/oder Funktion mit der ersten Figur übereinstimmenden Bauteile sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen und es wird insoweit auf die obigen Ausführungen verwiesen. Der Ansatz 28 ist hier etwa in der Mitte der ersten Kupplungsnabe 10 angeordnet, wobei zwischen dem Ring 24 und dem umgebenden Hohlrad 46 ein Dichtring 82 vorgesehen ist. Das Eindringen von Schmutz in den Bereich mit dem Getriebe 14 wird somit zuverlässig unterbunden. Das Hohlrad 46 ist über das Wälzlager 48, welches als ein Nadellager ausgebildet ist, auf dem Ring 24 gelagert. Die Getriebewelle 18 ist an einer Scheibe 84 angeordnet, welche mit einer Verstellwelle 86 drehfest verbunden ist. Die Verstellwelle 86 befindet sich in einer Durchgangsbohrung 88 der Maschinenwelle 2. An dem anderen freien Ende der M aschin en welle 2 ist ein Elektromotor 90 vorgesehen, welcher zum Antreiben der Verstellwelle 86 dient. Die Einstellvorrichtung enthält ferner eine elektronische Regeleinheit 92, um eine definierte Drehzahldifferenz zwischen Verstellwelle 86 bzw. Getriebewelle 18 und der Maschinenwelle 2 vorzugeben. Es sind ferner mit der Regeleinheit 92 verbundene und hier nicht näher dargestellte Drehgeber vorgesehen, um die Drehzahlen der Maschinenwelle 2 und der Verstellwelle 86 bzw. des Elektromotors 90 zu erfassen. Der Elektromotor 90 ist beispielsweise stationär angeordnet, kann aber auch mit der Maschinenwelle 2 verbunden werden. Mittels der Regeleinheit 92 kann eine definierte Drehzahldifferenz vorgegeben werden, wobei für eine Drehzahldifferenz gleich Null die Versteilwelle 86 synchron mit der Maschinenwelle 2 dreht und folglich auch die Maschinenwelle 4 mit der gleichen Drehzahl dreht. Die übrigen mit der Maschinenwelle 2 verbundenen Bauteile der Antriebsmaschine oder der Arbeitsmaschine sind hier nicht weiter dargestellt. Diese Ausführungsform stellt somit ein stufenlos regelbares Überlagerungsgetriebe dar.

F i g. 3 zeigt schematisch einen Schnitt entlang Schnittlinie III gemäß Fig.2. In der Durchgangsbohrung 88 der ersten Kupplungsnabe 10 ist die Verstellwelle 86 zu erkennen. Über das Kugellager 22 ist die Getriebewelle 18 auf der ersten Kupplungsnabe 10 gelagert, wobei hier die ovale Form der Außenfläche der Getriebewelle 18 unmittelbar zu erkennen ist. Aufgrund dieser ovalen Ausbildung der Außenfäche der Getriebewelle 18 wird das Zahnband 32 in den einander diametral gegenüberliegenden, in der Zeichnung oberen und unteren Bereichen in die Zahnlücken der Verzahnung 44 des Hohlrades 46 hineingedrückt. In den

ίο genannten Bereichen greift das Zahnband 32 ebenfalls in die Zahnlücken der Verzahnung 26 des Ringes 24 ein. In dem um etwa 90 Winkelgrad versetzten und hier seitlich dargestellten Winkelbereich sind die Verzahnungen 26 zu sehen, wobei dort das Zahnband 32 aufgrund der genannten Ausbildung der Getriebewelle 18 nicht in die Zahnlücken eingreift. Es sei hervorgehoben, daß bei der vorliegenden Gleitkeilkupplung das Zahnband 32 in die virtuellen Zahnlücken, welche sowohl der Verzahnung 26 als auch der Verzahnung 44 gemeinsam sind, eingreift. Die Zahnflanken des Zahnbandes 32 liegen somit immer parallel zur Längsachse 40. Dreht die Getriebewelle 18 synchron mit der ersten Kupplungsnabe 10, so wird auch das Hohlrad 46 synchron mitgenommen. Dreht hingegen die Getriebewelle 18, beispielsweise in Richtung des Pfeiles 94, mit einer Drehzahldifferenz zur ersten Kupplungsnabe 10, so wandern entsprechend auch die erläuterten und einander diametral gegenüberliegenden Eingriffsbereiche. Aufgrund der Zähnezahlendifferenz der beiden Verzahnungen 26 wird dann auch das Hohlrad 46 bezüglich der ersten Kupplungsnabe 10 eine Drehzahldifferenz aufweisen.

Auch bei der Ausführungsform gemäß F i g. 4 sind mit den obigen Ausführungsformen in Aufbau und/oder Funktion übereinstimmende Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen. Die Kupplung 14 ist hierbei als ein Exzenter-Taumelgetriebe ausgebildet, welches zwei massive Zahnräder 96,98 aufweist. Den Zahnrädern 96 bzw. 98 sind die Verzahnungen 26 des Ringes 24 bzw. die Verzahnung 44 des Hohlrades 46 zugeordnet. Die Taumelbewegung erfordert ein spezielles Übertragungselement 100, welches mit einander gegenüberliegenden Längsschlitzen 102, 104 versehen ist. In den Längsschlitzen 102 bzw. 104 gleiten entsprechend ausgebildete Nocken 106 bzw. 108 der Zahnräder 96 bzw. 98. Der Antrieb des Getriebes 14 erfolgt wiederum über die als Hohlwelle ausgebildete Getriebewelle 18, welche über die Verstellwelle 86 betätigbar ist. Die Außenfläche der Getriebewelle 18 ist exzentrisch ausgeführt, wobei zwecks Vermeidung interner Kräfte bzw. Unwuchten die Exzenterlagen um 180° gegeneinander versetzt angeordnet sind. Bei dieser Ausführungsform erfordert das Exzenter-Taumelgetriebe 14 einen im Vergleich zu den oben erläuterten Gleitkeilgetriebe etwas größeren Platzbedarf, wobei auch infolge größerer Umkehrkräfte entsprechend größere Bremsmomente zum Abbremsen der Getriebewelle 18 erforderlich sind.

Bezugszeichenliste	Maschinenwelle
2,4	Paßfeder
6,8	Kupplungsnabe
10,12	Getriebe
14	elastische Kupplung
16	Getriebewelle
18	Kugellager
20,22	Ring
24

	7	32 11 616	8	Feder
	Verzahnung von 24		Paßfeder
26	Ansatz	68	Ringkammer
28	Planetenrad	70	Bohrung
30,32	Zahnband	72	Zahnband von 16
34,36	Kugellager	74	Zahnring von 46
38	Längsachse	5 76	Zahnring von 12
40	strichpunktierte Linie	78	Dichtring
42	Verzahnung von 46	80	Scheibe
44	Hohlrad	82	Verstellwelle
46	Wälzlager	84	Durchgangsbohrung
48	Hülse	ίο 86	Elektromotor
50	Ringraum	88	Regeleinheit
52	Einstellvorrichtung	90	Pfeil
54	Bremsgehäuse	92	Zahnrad
56	Bauteil	94	Übertragungselement
58	Radiallager	15 96,98	Längsschlitz
60	Bremskörper	100	Nocken
62	Bremsfläche	102,104
64,66		106,108
	Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Schaltgetriebe mit einer ersten eine Verzahnung aufweisenden Kupplungsnabe mit einem koaxialen, eine weitere Verzahnung aufweisenden Hohlrad, welches mit einer zweiten Kupplungsnabe drehfest verbunden ist, mit einem Planetenrad, dessen Zahnkranz mit den genannten Verzahnungen teilweise in Eingriff steht, und mit einer auf der Kupplungsnabe gelagerten und zwischen letzterer sowie dem Hohlrad angeordneten Getriebewelle, weiche mittels einer Einstellvorrichtung derart verstellbar ist, daß die Kupplungsnabe und das Hohlrad wahlweise mit einer vorgegebenen Drehzahldifferenz oder synchron drehen und die radial innenliegende Kupplungsnabe mit der Getriebewelle zwecks synchronen Drehens drehfest verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Getriebe eine erste Kupplungsnabe (10) mit einem radial beabstandeten, innen verzahnten Ring (24) unter Bildung eines Ringraumes (52) aufweist, in den die Getriebewelle (18) zumindest teilweise hineinragt, sowie ein hohles, koaxiales Planetenrad (32).

2. Schaltgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Kupplungsnabe (10) mit dem radial beabstandeten Ring (24) einstückig ausgebildet ist.

3. Schaltgetriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Ringraum (52) wenigstens zwei Getriebestufen vorgesehen sind, welche über eine innen verzahnte Hülse (50) miteinander verbunden sind.