DE3937834A1 - Backlash-free high-ratio reduction drive - has worm gear output stage preceded by one with belt drive - Google Patents

Backlash-free high-ratio reduction drive - has worm gear output stage preceded by one with belt drive

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DE3937834A1
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Abstract

The high-ratio reduction drive has several stages, the output one comprising a worm (5) driven output shaft (3), while the preceding stage consists of a belt drive (1). The belt is pref. toothed, and the tooth thickness of the worm can increase continuously in the axial direction. On wear of the intermeshing teeth, it can be slid axially, to bring a thicker portion into engagement with the worm wheel (4). USE/ADVANTAGE - For positioning drives etc., with high precision operation.

Description

Die Erfindung betrifft ein spielarmes ins Langsame über­ setzendes Getriebe mit hohem Übersetzungsverhältnis.The invention relates to a low backlash over slow setting gear with high gear ratio.

Insbesondere in Fällen, in denen solche Getriebe in Posi­ tionierantrieben eingesetzt werden, wird für die Abtriebs­ welle eine äußerst hohe Positioniergenauigkeit gefordert, die bis zu 10 Winkelsekunden gehen kann. Außerdem wird we­ gen an der Abtriebswelle aufzubringender hoher Drehmomente ein möglichst hohes Untersetzungsverhältnis für hohe An­ triebsdrehzahlen angestrebt, um hochdrehende, kleinbauende, insbesondere elektrische, Antriebsmotoren einsetzen zu können.Especially in cases where such gearboxes in Posi tioning drives are used for the output shaft requires extremely high positioning accuracy, which can go up to 10 arc seconds. In addition, we against high torques to be applied to the output shaft the highest possible reduction ratio for high loads drive speeds aimed at high-revving, small-scale, especially use electric drive motors can.

Es ist bekannt, für solche Zwecke Planetengetriebe ein­ zusetzen. Um mit solchen Planetengetrieben allerdings Über­ setzungsverhältnisse von über i=30 erreichen zu können, müssen diese jeweils mehrstufig äusgebildet sein. Dabei weist jede Stufe für sich ein eigenes Spiel auf, wobei die­ se Spiele an der Abtriebswelle multipliziert auftreten. Da­ durch ist die Abtriebsgenauigkeit bei mehrstufigen Plane­ tengetrieben häufig auf ein nicht mehr akzeptables Maß be­ grenzt. So sind bisher beispielsweise bei zweistufigen Pla­ neten-Genauigkeitsgetrieben, mit denen auf der Abtriebs­ seite eine Drehgenauigkeit im Bereich von einer bis drei Winkelminuten erreicht werden soll, in der Praxis nur mit hohem Fertigungsaufwand bis zu einem maximalen Überset­ zungsverhältnis von i=50 möglich.It is known to use planetary gears for such purposes clog. To use such planetary gears to be able to achieve settlement ratios of over i = 30, these must be trained in several stages. Here each level has its own game, with the games on the output shaft are multiplied. There is the output accuracy with multi-stage tarpaulin often driven to an unacceptable level borders. So far, for example, with two-stage pla neten-precision gearboxes with those on the output side an accuracy of rotation in the range of one to three Angular minutes should be achieved, in practice only with  high manufacturing costs up to a maximum translation ratio of i = 50 possible.

Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, mit einem ins Langsame übersetzenden spielarmen Genauig­ keitsgetriebe höhere Übersetzungsverhältnisse bei min­ destens gleicher beziehungsweise bei gleichem Übersetzungs­ verhältnis höherer Abtriebsgenauigkeit mit kleinerem Auf­ wand zu erreichen.Proceeding from this, the object of the invention is with a slow-moving, low-play accuracy speed gearbox higher transmission ratios at min at least the same or with the same translation ratio of higher output accuracy with smaller opening to reach the wall.

Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Ausbildung des Ge­ triebes nach den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1.This task is solved by training the Ge driven according to the characterizing features of claim 1.

Diese Lösung bedeutet, daß einem an sich zur Erreichung ho­ her Übersetzungen bekannten Schneckentrieb ein Riementrieb als zusätzliches Untersetzungsgetriebe vorgeschaltet ist.This solution means that one can achieve ho Her translations known worm gear a belt drive is connected upstream as an additional reduction gear.

Der Riemen ist vorteilhafterweise ein vorgespannter Zahn­ riemen.The belt is advantageously a pre-tensioned tooth belt.

Diese Lösung hat den Vorteil, daß ein Laufspiel praktisch nur noch in der Schnecken-Abtriebsstufe sich einstellen kann, während das Spiel in der Riemenvorstufe gleich Null ist.This solution has the advantage that a running game is practical only adjust in the worm output stage can while the game in the pre-belt is zero is.

Ein etwaiges Spiel in der Schneckenstufe, das sich insbe­ sondere bei längerer Betriebsdauer durch Verschleiß der in­ einandergreifenden Teile ausbilden kann, läßt sich bei ei­ nem Aufbau der Schneckentriebstufe nach Anspruch 3 auf recht einfache und wirkungsvolle Weise eliminieren.A possible game in the snail stage, which is particularly especially with longer operating times due to wear in the interlocking parts can form at ei Nem construction of the worm gear stage according to claim 3 eliminate fairly simple and effective ways.

Schneckentriebe, bei denen entsprechend Anspruch 3 durch Axialverschiebung der Schnecke dünnere oder dickere Zähne zum Eingriff gebracht werden können, sind unter der Be­ zeichnung Duplex-Schneckentriebe allgemein bekannt. Bei diesen Schneckentrieben werden die linke und die rechte Flanke der Verzahnung mit unterschiedlichen Moduln gefer­ tigt. Dies gilt sowohl für die Zähne der Schnecke als auch diejenigen des zugehörigen Schneckenrades. Die unterschied­ lichen Moduln und damit die unterschiedlichen Teilungen führen dazu, daß sich die Zahndicke längs der Schnecken­ achse kontinuierlich ändert. Derartige Schneckentriebe eig­ nen sich in besonderer Weise zum Einstellen eines gewünsch­ ten Verzahnungsspiels, wobei sich insbesondere ein Ver­ schleiß durch axiales Nachstellen der Schnecke einfach und sicher reduzieren läßt. Derartige Schneckentriebe lassen sich sowohl für Links- als auch Rechtsdrehung gleichermaßen spielarm ausbilden bzw. nachstellen.Worm drives in which according to claim 3 by Axial displacement of the worm thinner or thicker teeth can be brought into engagement are under the Be  Drawing duplex worm drives generally known. At these worm drives become the left and the right Flank of the toothing with different modules does. This applies to both the snail's teeth as well those of the associated worm wheel. The difference modules and thus the different divisions cause the tooth thickness along the worms axis changes continuously. Such worm drives nen themselves in a special way to set a desired ten interlocking game, in particular a Ver wear and tear by axially adjusting the screw can be reduced safely. Leave such worm drives for both left and right turns alike Train or adjust with little play.

Durch die axiale Verschiebbarkeit der Schnecke kann, wenn diese fest mit der Schneckenwelle verbunden ist, diese in der Antriebsvorstufe nicht eine ortsfeste Lage einnehmen. Dadurch scheiden für die Kombination mit einer solchen spielausgleichend verstellbaren Schneckentriebstufe starre für einen spielfreien Betrieb geeignete Getriebevorstufen aus. Dies ist sicherlich ein wesentlicher Grund dafür, daß hohe Übersetzungen erlaubende durch Axialverschiebung spielausgleichend ausbildbare Schneckentriebe bisher noch nicht in Kombination mit zusätzlichen spielarmen Unter­ setzungsvorstufen erfolgreich zum Einsatz gekommen sind.Due to the axial displacement of the screw, if this is firmly connected to the worm shaft, this in the preamplifier is not in a fixed position. This makes it difficult to combine it with one play adjustable worm gear stage rigid Suitable gear pre-stages for backlash-free operation out. This is surely one of the main reasons why allowing high ratios through axial displacement Worm drives that can be compensated for play so far not in combination with additional low backlash sub Pre-settlement stages have been successfully used.

Bei einem erfindungsgemäßen Riementrieb als Vorstufe ist dagegen eine Axialverschiebung der Schneckenwelle zusammen mit der fest darauf befindlichen Schnecke überhaupt kein Problem. Hier reicht es aus, dem Antriebsriemen auf einem der beiden Räder, auf die er aufgespannt ist, die Möglich­ keit einer axialen Relativverschiebung zu geben, wobei er selbstverständlich auf dem anderen Rad axial fixiert sein muß.In a belt drive according to the invention as a preliminary stage in contrast, an axial displacement of the worm shaft together with the snail firmly on it none at all Problem. It is sufficient here to have the drive belt on one of the two wheels on which it is mounted, the possible speed to give an axial relative displacement, where he  of course be axially fixed on the other wheel got to.

Die Funktion der Riemenvorstufe könnte durch eine ver­ gleichbar kleinbauende spielfreie schnelldrehende Stirnrad­ vorstufe nicht erreicht werden, da bei einem Stirnradge­ triebe bei entsprechend hohen Antriebsdrehzahlen das Ge­ räusch und die auftretende Wärme unakzeptabel hoch wären.The function of the belt pre-stage could be changed by a ver equally small, play-free, high-speed spur gear preamplifier can not be reached because with a spur gear drive the Ge at correspondingly high drive speeds noise and the heat generated would be unacceptably high.

Der Achsabstand der Räder, auf denen der Riemen in der Ge­ triebevorstufe läuft, ist zum Spannen des Riemens verstell­ bar. Eine Verstellbärkeit dieses Abstandes bietet darüber hinaus den Vorteil, bei einer Veränderung des Übersetzungs­ verhältnisses in der Riemenstufe durch veränderte Räder­ durchmesser handelsübliche Zahnriemen einzusetzen, indem der hierfür notwendige entsprechende Achsabstand einfach neu eingestellt wird.The center distance of the wheels on which the belt in the Ge pre-drive is running, is adjustable for tensioning the belt bar. This distance can be adjusted the advantage of changing the translation ratio in the belt level due to changed wheels to use commercially available timing belts by the corresponding center distance required for this is simple is reset.

Eine konstruktiv recht einfache Möglichkeit zur Achsab­ standsänderung bei einem einstufigen Riementrieb zeigt Anspruch 8 auf.A structurally quite simple way of axles change in position with a single-stage belt drive shows Claim 8 on.

In der Riemenvorstufe ist ein verschleißausgleichendes Nachstellen nicht erforderlich. Dies ist ein ganz wesentli­ cher Vorteil des erfindungsgemäßen Getriebes, den dieses trotz seines einfachen und damit kostengünstigen Aufbaus besitzt.There is wear-compensating in the belt pre-stage Readjustment not necessary. This is very important cher advantage of the transmission according to the invention this despite its simple and therefore inexpensive construction owns.

Die Schneckenwelle kann zusammen mit dem Schneckenrad als Hohlwelle ausgebildet sein, wodurch das gesamte Getriebe abtriebsseitig auf eine Welle in Form eines Aufsteckge­ triebes aufschiebbar ist.The worm shaft can be used together with the worm wheel Hollow shaft can be formed, whereby the entire transmission on the output side on a shaft in the form of a slip-on drive is postponed.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt.An embodiment of the invention is in the drawing shown.

Es zeigenShow it

Fig. 1 einen Schnitt durch ein zweistufiges Getriebe, Fig. 1 shows a section through a two-stage gear,

Fig. 2 einen Schnitt durch das Getriebe nach Linie II-II. Fig. 2 shows a section through the transmission according to line II-II.

Das Getriebe ist zweistufig mit einem Riementrieb 1 als Vorstufe auf der Antriebsseite und einem Schneckentrieb 2 auf der Abtriebsseite ausgebildet.The transmission is designed in two stages with a belt drive 1 as a preliminary stage on the drive side and a worm drive 2 on the output side.

Der Schneckentrieb 2 besteht aus einem in die Abtriebswelle 3 integrierten Schneckenrad 4, das von einer Schnecke 5 ei­ ner Schneckenwelle 6, mit der es fest verbunden ist, ange­ trieben wird.The worm drive 2 consists of a worm wheel 4 integrated into the output shaft 3 , which is driven by a worm 5 egg ner worm shaft 6 , with which it is firmly connected.

Bei dem Schneckentrieb 2 werden sowohl bei der Schnecke 5 als auch bei dem Schneckenrad 4 jeweils die linke und die rechte Flanke der Verzahnung mit unterschiedlichen Moduln gefertigt. Die unterschiedlichen Moduln und damit die un­ terschiedlichen Teilungen führen dazu, daß sich die Zahn­ dicke der Schnecke längs der Schneckenachse kontinuierlich ändert. Durch eine Verschiebbarkeit der Schneckenwelle 6 in Richtung des Pfeiles A können zum Ausgleich eines Ver­ schleißes in den Zähnen des Schneckentriebes die dickeren Schneckenzähne zum Eingriff gebracht werden. Derartige Schneckentriebe sind allgemein als Duplex-Schneckentriebe bekannt und in ihrem Aufbau und in ihrer Wirkungsweise bei­ spielsweise beschrieben in der Veröffentlichung "Industrie- Anzeiger 103/104/1988, Seiten 22-25; Konstruktive Mög­ lichkeiten für Spieleinstellung - Axialverschiebung der Schnecke -". In the worm drive 2 , both the left and the right flank of the toothing are manufactured with different modules in both the worm 5 and the worm wheel 4 . The different modules and thus the different divisions lead to the tooth thickness of the worm continuously changing along the worm axis. By displaceability of the worm shaft 6 in the direction of arrow A, the thicker worm teeth can be brought into engagement to compensate for wear in the teeth of the worm gear. Such worm gears are generally known as duplex worm gears and described in their structure and their mode of operation in example in the publication "Industrie-Anzeiger 103/104/1988, pages 22-25; constructive possibilities for adjusting the play - axial displacement of the worm -".

Um die Schneckenwelle 6 axial verschieben zu können, ist sie an dem dem Riementrieb 1 abgewandten Ende in einer axi­ al verschieblichen Aufnahmevorrichtung 7 gelagert. Das Ver­ schieben der Aufnahmevorrichtung 7 kann beispielsweise durch ein Auswechseln unterschiedlich breiter Einlegeschei­ ben 8 erfolgen, die unter einen an dem Gehäuse des Schnek­ kentriebes 2 aufspannbaren Flansch 9 der Aufnahmevorrich­ tung 7 einlegbar sind.In order to be able to axially shift the worm shaft 6 , it is mounted in an axially displaceable receiving device 7 at the end facing away from the belt drive 1 . The United push the receptacle 7 can be done, for example, by changing the insertion widths of different widths 8 , which can be inserted under a flange 9 of the receptacle 7 on the housing of the screw drive 2 .

Zusammen mit der Schneckenwelle 6 verschiebt sich bei einer Nachstellung das an der Schneckenwelle 6 befestigte Rie­ menrad 10. Das Riemenrad 10 ist so breit ausgeführt, daß sich der Riemen 11 über dessen Breite verschieben kann.Together with the worm shaft 6 , the Rie menrad 10 attached to the worm shaft 6 moves during an adjustment. The belt wheel 10 is so wide that the belt 11 can move across its width.

Die Antriebswelle 12 ist von einem nicht dargestellten Elektromotor antreibbar. Fest mit der Antriebswelle 12 ver­ bunden ist ein Riemenrad 13, das den an dem Riemenrad 10 angreifenden Riemen 11 antreibt.The drive shaft 12 can be driven by an electric motor, not shown. Firmly connected to the drive shaft 12 is a belt pulley 13 which drives the belt 11 engaging the belt pulley 10 .

Die Antriebswelle 12 ist innerhalb eines Rahmens 14 in La­ gern 15 gelagert. Der nicht dargestellte Elektromotor ist fest an den Rahmen 14 angeflanscht. Der Abstand zwischen den Achsen der beiden Riemenräder 10 und 13 ist durch ein Verschieben des Rahmens 14 gegenüber dem Gehäuse des Schneckentriebes 2 veränderbar. Um den Rahmen 14 an dem Ge­ häuse des Schneckentriebes verschieben zu können, besitzt der Rahmen 14 und das Gehäuse des Schneckentriebes aufein­ ander abgestimmte Führungsmittel, wobei der Rahmen 14 in der den Riemen 11 spannenden Position durch Schrauben 16 fest an dem Gehäuse des Schneckentriebes 2 verspannt wird. Um die zum Spannen des Riemens 11 richtige Position des Rahmens 14 einfach und sicher zu erreichen, kann an dem Ge­ häuse des Schneckentriebes 2 eine Positioniereinrichtung vorgesehen sein, mit der gleichzeitig die Riemenspannung auf einen vorgegebenen Wert einstellbar ist.The drive shaft 12 is mounted within a frame 14 in La like 15 . The electric motor, not shown, is firmly flanged to the frame 14 . The distance between the axes of the two belt wheels 10 and 13 can be changed by moving the frame 14 relative to the housing of the worm drive 2 . In order to be able to move the frame 14 on the housing of the worm drive, the frame 14 and the housing of the worm drive have mutually coordinated guide means, the frame 14 being firmly clamped to the housing of the worm drive 2 by screws 16 in the tensioning position of the belt 11 becomes. In order to achieve the correct position for tensioning the belt 11 of the frame 14 easily and safely, a positioning device can be provided on the housing of the worm drive 2 , with which the belt tension can be adjusted to a predetermined value at the same time.

Die Abtriebswelle 3 ist hohl, damit das gesamte Getriebe auf eine Welle aufsteckbar ist.The output shaft 3 is hollow so that the entire transmission can be plugged onto a shaft.

Claims (9)

1. Spielarmes ins Langsame übersetzendes Getriebe mit ho­ hem Übersetzungsverhältnis, dadurch gekennzeichnet, daß das Getriebe mindestens zweistufig mit einer in der Ab­ triebsstufe von einer Schnecke (5) angetriebenen Ab­ triebswelle (3) ausgebildet ist und daß die dieser Ab­ triebsstufe vorgeschaltete mindestens eine Antriebsstufe ein Riementrieb (1) ist.1. Low backlash into slow gear with ho hem gear ratio, characterized in that the gear is at least two-stage with an in the drive stage from a worm ( 5 ) driven from drive shaft ( 3 ) and that the upstream from this drive stage at least one drive stage is a belt drive ( 1 ). 2. Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Riemen (11) in der mindestens einen Riementrieb­ stufe ein vorgespannter Zahnriemen ist.2. Gear according to claim 1, characterized in that the belt ( 11 ) in the at least one belt drive stage is a pretensioned toothed belt. 3. Getriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die die Abtriebswelle (3) antreibende Schnecke (5) in an sich bekannter Weise mit in Schneckenachse konti­ nuierlich zunehmender Zahndicke ausgebildet ist und bei einem Verschleiß der in dem Schneckentrieb (2) ineinander­ greifenden Zähne axial so verschiebbar ist, daß zunehmende Zahndicken beim Schneckenrad (4) in Eingriff gelangen.3. Gear according to claim 1 or 2, characterized in that the output shaft ( 3 ) driving worm ( 5 ) is designed in a manner known per se with continuously increasing tooth thickness in the worm axis and with wear in the worm drive ( 2 ) gripping teeth is axially displaceable so that increasing tooth thicknesses come into engagement with the worm wheel ( 4 ). 4. Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der an der Schneckenwelle (6) angreifende Riemen (11) auf einem der Räder (10, 13), die er miteinander verbindet, axial frei verschiebbar ist, während er auf dem jeweils an­ deren Rad axial fixiert ist.4. Transmission according to one of the preceding claims, characterized in that the on the worm shaft ( 6 ) engaging belt ( 11 ) on one of the wheels ( 10 , 13 ), which it connects, is axially freely displaceable while it is on the respective is axially fixed to the wheel. 5. Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schnecke (5), die Schneckenwelle (6) und das zuge­ hörige Riemenrad (10) fest miteinander verbunden axial verschiebbar sind.5. Gearbox according to one of the preceding claims, characterized in that the worm ( 5 ), the worm shaft ( 6 ) and the associated pulley ( 10 ) are firmly connected axially displaceable. 6. Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Achsabstand eines über einen Riemen (11) mitein­ ander gekoppelten Räderpaares (10, 13) einer Riementrieb­ stufe (1) verstellbar ist.6. Transmission according to one of the preceding claims, characterized in that the center distance of a belt ( 11 ) mitein other coupled pair of wheels ( 10 , 13 ) of a belt drive stage ( 1 ) is adjustable. 7. Getriebe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Achsabstand bei lediglich einer Riementriebstufe und fest mit der von einem Antriebsmotor ausgehenden An­ triebswelle (12) verbundenem Antriebsrad (13) durch Ver­ schieben der aus Antriebswelle (12) und Antriebsmotor be­ stehenden Einheit veränderbar ist.7. Transmission according to claim 4, characterized in that the center distance with only one belt drive stage and fixed to the drive shaft emanating from a drive motor ( 12 ) connected drive wheel ( 13 ) by Ver pushing the drive shaft ( 12 ) and drive motor existing unit changeable is. 8. Getriebe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebsmotor fest an einem Rahmen (14) angebracht ist, der zur Veränderung des Achsabstandes zwischen Schnecken- und Antriebswelle (6 bzw. 12) entsprechend verschieb­ bar an dem Gehäuse der Schneckentriebstufe (2) angeflanscht ist. 8. Transmission according to claim 7, characterized in that the drive motor is fixedly attached to a frame ( 14 ) which for changing the center distance between the worm and drive shaft ( 6 or 12 ) correspondingly displaceable bar on the housing of the worm gear stage ( 2 ) is flanged. 9. Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtriebswelle (3) mit dem Schneckenrad (4) hohl ausgebildet ist.9. Transmission according to one of the preceding claims, characterized in that the output shaft ( 3 ) with the worm wheel ( 4 ) is hollow.
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