DE4235040C2 - Schneckengetriebe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Getriebe zur Reduktion von Drehzahlen für einen weit gestreuten An­ wendungsbereich. Vorzugsweise ist diese Erfindung für alle Arten von Elektromotoren einsetzbar. Diese kann jedoch auch bei allen anderen Antrieben wie Verbrennungsmotoren, mechanischen Antrieben etc. verwendet werden.

Getriebe dieser Art gibt es in einer sehr großen Zahl und in vielen Varianten. Grundsätzlich ha­ ben alle Getriebe die z. B. nach dem Prinzip einer Schnecken- Stirnrad- oder Schraubenradübersetzung, oder aber auch in den Kombinationen dieser, arbeiten entsprechende Gegenlagerungen die die Kräfte die radial oder axial entstehen aufzunehmen haben.

Dadurch entstehen zusätzliche Reibungsverluste und der Wirkungsgrad wird herabgesetzt. Die Produktkosten werden dadurch höher.

Nun werden die geräuschlichen Ansprüche bei allen diesen Getrieben immer strenger und beson­ ders dann kritisch, wenn die Drehzahldifferenz zwischen der eingehenden und der abgegebenen Drehzahl größer wird.

Dies bedingt aber, daß die Größe der Zähne so klein als möglich gehalten wird, was wiederum eine grö­ ßere Eingriffsstrecke und wenn möglich einen Mehrfach-Zahneingriff notwendig macht. In diesem Zu­ sammenhang ist auch die immer mehr geforderte Zahnspielreduktion zu erwähnen. Das Gesamtspiel ist größer je mehr Zahnräder und Lagerstellen im Getriebe vorgesehen sind.

Ein Getriebe braucht aber auch eine Festigkeit gegen ein bestimmtes Drehmoment und auch ein bestimmtes Brechmoment. Der Begriff "Brechmoment" ist in verschiedenen technischen Unterlagen zu finden. Damit ist jenes Drehmoment gemeint, welches an die Abtriebswelle angelegt werden kann wenn der Rotor und damit die Schnecke vollkommen blockiert ist, bis gerade ein Teil, Zahn, Lager oder Ach­ se sich verformt oder bricht. Oder anders ausgedrückt: ein bleibender, irreparabler Schaden auftritt. Auch in diesem Fall ist es sehr von Vorteil, wenn ein vierfacher Eingriff möglich ist. Um ein bestimmtes Brechmoment zu bekommen, können die Zähne kleiner dimensioniert werden. Dies trägt auch zu weniger Geräusch und damit zu einem besseren Wirkungsgrad bei.

Aus der CH 566498 ist ein Schneckengetriebe bekannt, bei dem die axialen Kräfte neutralisiert sind, dafür aber Radialkräfte aufzufangen sind. Auch werden in sehr großer Anzahl Getriebe produziert bei denen die radialen Kräfte neutralisiert sind und die Axialkräfte dann entsprechend abgefangen wer­ den müssen. Siehe zum Beispiel die DE 24 46 839 A1 und das DE 81 31 026 U1. Ferner offenbaren die DE 39 26 715 A1, die DE 33 04 786 A1 und die US 4,615,230 Schneckengetriebe die zum relevanten Stand der Technik gehören.

Ein weiterer wichtiger Aspekt sind die immer höheren Drehzahlen der Elektro- und Verbren­ nungsmotoren. Dadurch werden immer größere Leistungen bei kleineren und dadurch auch preiswerteren Motoren erzielt. Dies aber erfordert größere Übersetzungen bei den nachgeschalteten Getrieben. Da­ durch werden auch Maßnahmen zum Abfangen der höheren Geräuschbildung notwendig.

Die Aufgabe dieser Erfindung ist die Schaffung eines Getriebes für wesentlich höhere Eingabe-Drehzahlen unter Beachtung der ab­ zugebenden Drehmomente und einer Minimierung der Geräuschbildung und einer Verbesserung des Wirkungsgrades in Verbindung mit geringeren Herstellkosten bei kleinstem Zahnspiel im Getriebe.

Diese Aufgabe wird durch ein Schneckengetriebe mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Patentansprüchen 2 und 3 zu entnehmen.

Der besondere Vorteil des hier neu vorgeschlagenen Schneckengetriebes ist, wenn man von einem Motor mit gleichen Leistungsdaten ausgeht:

• 1. Da vierfacher Eingriff der Schnecke, wesentlich kleinerer Modul und kleinerer Schneckendurchmes­ ser.
• 2. Wegen der geringen Lagerkräfte keine aufwendigen, verschleißträchtigen Lager erforderlich, keinerlei Kugellager notwendig.
• 3. Drehzahl kann wegen 1 höher liegen ohne eine Steigerung der Geräuschbildung zu bekom­ men.
• 4. Kompakte Bauweise für höhere Drehzahlen.
• 5. Der Gesamtwirkungsgrad ist verbessert.
• 6. Die Herstellkosten sind durch die Verbesserungen 1, 2, 3, 4 und 5 geringer.
• 7. Durch die Mehrstufigkeit des Getriebes kann die Schneckenverzahnung zwei- oder sogar drei­ fach gewählt werden und dadurch ist eine weitere Steigerung des Wirkungsgrades erreichbar.

Die Erfindung wird anhand der in den Fig. 1 bis 4 gezeigten Ausführungsbeispiele näher erläutert.

In der Fig. 1 und 2 ist das grundsätzliche Schema dieses Getriebes dargestellt. Der Rotor 10 ei­ nes Elektromotores ist in den Lagern 8 und 9 gelagert. Zu dieser Position des Rotors 10 sind die Zahn­ räder 2 bis 6 genau festgelegt. Die Schnecke 11 des Rotors hat zwei gegenläufige Schneckenverzahnun­ gen mit exakt gleichen Zahndimensionierungen angebracht. Die eine Schneckenverzahnung greift in die Zahnräder 2 und 5 in der Ebene A, die andere Schneckenverzahnung in die Zahnräder 2 und 5 in der Ebene B ein. Die Zahnräder 5 haben jeweils eine weitere Verzahnung 6 einstückig angespritzt, die beide in das Zahnrad 19, welches mit der Abtriebswelle starr verbunden ist, eingreifen. Um das Übersetzungs­ verhältnis zu erhöhen, kann das Zahnrad 19 auch glockenförmig mit einer Innenverzahnung ausgebildet sein und an gegenüberliegenden Stellen von außen in die Zahnräder 6 eingreifen.

Die in jeweils eine Schneckenverzahnung eingreifenden Zahnräder 2 und 5 liegen einander mög­ lichst exakt gegenüber. Die Zahnräder 5 haben jeweils ein in den Winkeltoleranzen einstellbares weiteres Zahnrad 4 angebracht, welches jeweils in einen an jedem Zahnrad 2 einstückig angebrachten weiteren Zahnkranz 3 eingreift.

Nun ist aber eine weitere wesentlich Verbesserung, um die Kräfte an der Schnecke zu verringern, erforderlich. In Fig. 3 ist gezeigt, wie die Verzahnung teilweise die Schnecke 11 durch das Zahnrad 5 umfassen kann um ein elastisches Ausweichen der Schnecke in einer Richtung längs der Verzahnung des Zahnrades 5 zu vermeiden. Die andere Richtung wird durch das gegenüber sitzenden Zahnrades 2 be­ grenzt. Dadurch ist die Schnecke 11 in allen Richtungen, was die Ebene des gezeigten Schnittes betrifft, gesichert und zentriert. Sehr schnell laufende Schneckengetriebe haben mit dieser Lösung wesentlich weniger Viberationserscheinungen und damit weniger Geräuschbildung. Um so ein Zahnrad 5 optimal herstellen zu können, muß wegen der die Schnecke teilweise umfassenden Verzahnung und der noch einstückig angespritzten Verzahnung 6 die noch notwendige weitere Verzahnung 4 getrennt auf das Zahnrad 5 auf dessen Absatz 20 aufgesetzt werden.

Zwischen der gegenläufigen Verzahnung auf der Schnecke und den weiter im Eingriff stehenden Verzahnungen der Zahnräder 2, 5 und 6 ergeben sich Toleranzen. Die Schnecke dreht an den Zahnrä­ dern bis diese an dem Zahnrad 19, welches starr mit der Abtriebswelle verbunden ist, spielfrei im Ein­ griff sind. Durch die Toleranzen ist es möglich, daß die Schnecke mit dem Rotor sich so weit in axialer Richtung verschieben muß, bis alle Zähne anliegen. Dies erfordert einen axialen Spielraum des Rotors bzw. der Schnecke, um eine einwandfreie statische Verteilung zu erreichen.

Werden nun entsprechende Gegenzahnräder angebracht, die auch noch durch die Kopplung durch die Verzahnungen 3 und 4 mit dem Zahnrad 5 zum Gesamtdrehmoment beitragen, so ist es mög­ lich, die Schnecke wesentlich weniger stabil zu machen und auch die Lagerung dieser zu verringern oder sogar wegzulassen.

Damit die Verzahnungen an den Zahnräder 2, 3 trotz der immer vorhandenen Toleranzen schlüssig tragen sind diese:

• 1. Nach den entsprechenden Fertigungstoleranzen auszusuchen und entsprechend zu paaren.
• 2. Oder es wird wie in Fig. 2 gezeigt, das Zahnrad 4 zentrisch exakt am Absatz 20 aufgesetzt und in Drehrichtung justierbar fixiert. Dadurch können diese Eingriffstoleranzen weitgehend eliminiert wer­ den. Im vorliegenden Fall ist diese Fixierung durch Zapfen 23 vorgenommen, die nach der Justierung entsprechen eingespritzt werden.

Im Fall 1 wird nach relativ kurzer Laufzeit die Zahnabnutzung so erfolgen, daß dann in periphä­ rer Richtung immer an dem Zahnrad der weitere Verschleiß eintritt, an dem die größere Belastung auf­ tritt. Damit erfolgt nach einer gewissen Abnutzung der Eingriff bei allen Zahnrädern gleichmäßig wie er­ forderlich.

Im Fall 2 kann bei dem Zahnrad 4 eine Vorspannung auf das Zahnrad 5 gegeben werden, so daß zuerst eine Setzung des Spieles erreicht wird und wenn der Verschleiß eingetreten ist werden alle Zahn­ räder relativ gleichmässig belastet sein.

Bei allen Verzahnungskonzeptionen wird die möglichst beste Zahnüberdeckung durch entspre­ chende Profilkorrekturen angestrebt, um eine weitere Verringerung der Geräuschbildung und eine Ver­ besserung des Wirkungsgrades zu erreichen.

In der Fig. 3 ist eine Vergrößerung der Zahnverhältnisse, wie diese schon erwähnt wurden, dargestellt. Die Schnecke 11 ist mit dem Zahnrad 5 im Eingriff. Die Verzahnung wurde aber im Gegen­ satz zu dem in Fig. 4 gezeigten Schnitt nicht gerade am Zahnrad 40 ausgeführt, sondern ist fast 90 Grad um die Schnecke herumgehend. Siehe auch 44 in der Fig. 4. Dadurch wird die Schnecke, da das Gegenzahnrad 2 ebenso ausgebildet ist, was diese Ebene betrifft, exakt zentriert. In dieser Figur ist auch der Eingriff der Zahnräder 4 und 3 dargestellt.

In Fig. 4 ist ein Beispiel gezeigt wie bei herkömmlichen Getrieben die tragende Fläche der Ver­ zahnungen gestaltet werden kann, wobei der in Fig. 4 links oder rechts dargestellte Fall vorliegen kann. Beim Zahnrad 40 ist diese Fläche wie bei 43 dargestellt. Bei dem Zahnrad 42 ist diese wie bei 44 gezeigt und damit erheblich größer und auch um die Schnecke herumgehend.

Claims (3)

1. Schneckengetriebe zur Reduktion einer hohen Abtriebsdrehzahl eines Motors, dessen Abtriebswelle die Schnecke (11) aufweist, wobei vorgesehen ist,

• 1. daß die Schnecke (11) aus zwei zueinander gegenläufigen sonst gleichen Schneckenverzahnungen besteht,
• 2. daß jede Schneckenverzahnung mit einem Schneckenradpaar (5, 2) im Eingriff steht,
• 3. daß die Schneckenräder (5, 2) jedes Paares sich bezüglich der Schneckenachse gegenüberliegen und zueinander parallele Drehachsen in einer zur Schneckenachse senkrechten gemeinsamen Ebene auf­ weisen,
• 4. daß das jeweils erste Schneckenrad (S) jedes Paares einen einstückig angespritzten Stirnzahnkranz (6) aufweist und diese ersten beiden Stirnzahnkränze (6) mit einem mit der Abtriebswelle (12) direkt verbundenen Abtriebsstirnrad (19) an diametral gegenüberliegenden Stellen kämmen,
• 5. daß die Verzahnungen der Schneckenräder 2 und 5 die Schnecke teilweise umfassen (44) und damit nicht nur radial sondern auch seitlich eingreifen, um eine Zentrierung der Schnecke zu erreichen,
• 6. daß an jedem der ersten Schneckenräder (5) zwischen der Schneckenradverzahnung und dem Stirn­ zahnkranz (6) ein weiteres Stirnzahnrad (4) angebracht ist,
• 7. daß das weitere Stirnzahnrad (4) zur Zahnspieleinstellung um seine Drehachse verdrehbar ist und Langlöcher (22) aufweist, durch die hindurch nach der Spieleinstellung zur Festsetzung Zapfen in je­ des erste Schneckenrad (5) eingespritzt werden und
• 8. daß an den jeweils zweiten Schneckenrädern (2) der Paare ein dritter Zahnkranz (3) einstückig an­ gebracht ist, der im Bereich der Schnecke mit dem weiteren Stirnrad (4) im Eingriff ist.

2. Schneckengetriebe nach Anspruch 1 bei dem vorgesehen ist, daß zur Verhinderung der bei hohen Drehzahlen eher auftretenden Vibrationen das freie Ende der Schnecke zusätzlich in einem Lager (24) gelagert wird, wobei dieses dann nach dem Zentrum, welches durch das Schneckengetriebe gegeben ist, ausgerichtet wird.

3. Schneckengetriebe nach Anspruch 1 und 2 wobei vorgesehen ist, daß das Abtriebszahnrad (19) mit einer Außenverzahnung versehen ist oder als glockenförmiges Zahnrad mit Innenverzahnung ausgebildet ist.