WO2005057034A1 - Kompakte verbindung zwischen getriebewelle und ritzel - Google Patents

Kompakte verbindung zwischen getriebewelle und ritzel Download PDF

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WO2005057034A1
WO2005057034A1 PCT/EP2004/014095 EP2004014095W WO2005057034A1 WO 2005057034 A1 WO2005057034 A1 WO 2005057034A1 EP 2004014095 W EP2004014095 W EP 2004014095W WO 2005057034 A1 WO2005057034 A1 WO 2005057034A1
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shaft
pinion
connection
stub
transmission
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PCT/EP2004/014095
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Inventor
Wolfgang Lorch
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Atlanta Antriebssysteme E. Seidenspinner Gmbh & Co. Kg
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H57/00—General details of gearing
    • F16H57/0018—Shaft assemblies for gearings
    • F16H57/0025—Shaft assemblies for gearings with gearing elements rigidly connected to a shaft, e.g. securing gears or pulleys by specially adapted splines, keys or methods
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D1/00—Couplings for rigidly connecting two coaxial shafts or other movable machine elements
    • F16D1/06—Couplings for rigidly connecting two coaxial shafts or other movable machine elements for attachment of a member on a shaft or on a shaft-end
    • F16D1/08—Couplings for rigidly connecting two coaxial shafts or other movable machine elements for attachment of a member on a shaft or on a shaft-end with clamping hub; with hub and longitudinal key
    • F16D1/09—Couplings for rigidly connecting two coaxial shafts or other movable machine elements for attachment of a member on a shaft or on a shaft-end with clamping hub; with hub and longitudinal key with radial clamping due to axial loading of at least one pair of conical surfaces

Definitions

  • the invention is based on a rotatably mounted shaft with a pinion.
  • the invention has for its object to connect a shaft and a pinion so that the outer diameter of the pinion is minimized and consequently the stress on the shaft is reduced.
  • the pinion is no longer connected to the outer diameter of the shaft.
  • the Stub shaft connected to the shaft by inserting the stub shaft into the hollow shaft.
  • the outside diameter of the pinion can also be selected to be smaller than the outside diameter of the shaft. Due to the smaller outer diameter of the pinion, which is possible according to the invention, the torques acting on the shaft can be reduced under otherwise identical boundary conditions. As a result, the gears can be made more compact, lighter and much cheaper.
  • the hollow shaft and the stub shaft are non-positively connected to one another by a press fit, in particular a cross press fit or an oil press fit.
  • the hollow shaft and the stub shaft can also be non-positively connected to one another by a shrink fit or a conical seat.
  • the known advantages of these non-positive connections can also be used to advantage in the transmission according to the invention.
  • the hollow shaft and the stub shaft can be connected by a spline connection, a multi-groove profile, a serration profile
  • Involute tooth connection or a polygon profile are connected to each other. Which of these positive and non-positive connections between the hollow shaft and the stub shaft is selected in the individual case depends on the other boundary conditions and is to be decided in individual cases for a person skilled in the field of mechanical engineering without inventive step.
  • connection and configuration of the shaft and pinion according to the invention can be used in a wide variety of transmission designs, but in particular in coaxial transmissions.
  • the solution claimed according to the invention can be used particularly advantageously when the pinion meshes with a toothed rack.
  • the smaller the diameter of the pinion the lower the load on the transmission with torques. Since with the solution claimed according to the invention the diameter of the pinion can be reduced compared to conventional connections of pinion and shaft, the load on the transmission can be reduced very effectively in this particular application.
  • the single figure shows a planetary gear in section on the output shaft, a pinion is attached in the manner according to the invention.
  • a planetary gear provided in its entirety with the reference number 1 is cut and shown in a highly simplified manner.
  • a housing of the planetary gear 1 is not shown in Figure 1.
  • the planetary gear 1 comprises an input shaft 3 with a sun gear 5, which meshes with a plurality of planet gears 7, only one of which is visible in the figure.
  • the planet gears 7 are rotatably mounted on a planet carrier 9.
  • the planet gear 7 is rotatably mounted on a pin 11, which in turn is attached to the planet carrier 9.
  • the planet carrier 9 and the output shaft 13 are rotatably supported by bearings 17 and 19 in the housing of the planetary gear 1, not shown.
  • the clamping element 27 consists of a clamping sleeve 31, which is received with its inner diameter without play on the shoulder 29 of the output shaft 13. On its outer diameter, the clamping sleeve 31 is double-frustoconical, the clamping sleeve 31 having the largest diameter in its center. Clamping disks 33 are pushed onto the clamping sleeve 31 from both sides, the inside diameter of which is also conical and interacts with the frustoconical outside diameter of the clamping sleeve 31.
  • the invention is not limited to the connection between the shaft end 21 and the blind hole 15 of the output shaft 13 which is illustrated and described by way of example. Rather, all non-positive or positive connections that are known from the prior art can be used. Connections which enable a releasable connection between the shaft end 21 and the output shaft 13 are particularly advantageous. In individual cases, however, it can also be advantageous to use a permanent connection, for example by welding or another material joining process.
  • connection of a shaft with a pinion is not limited to output shafts 13.
  • the drive shaft of a transmission or any other shaft that is to be connected in a rotationally fixed manner can of course also be designed in the manner according to the invention. Protection should also be claimed for these embodiments and applications.
  • the invention is not limited to use in connection with planetary gears with a planetary gear 1, but can be used advantageously wherever the smallest possible pinion is to be connected to a shaft.

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Abstract

Es wird eine Verbindung zwischen einer Abtriebswelle (13) und einem Ritzel (23) vorgeschlagen, welche sehr kleine Ritzeldurchmesser Da ermöglicht. Infolgedessen sind die von der Abtriebswelle (13) zu übertragenden Drehmomente bei sonst gleichen Randbedingungen geringer, was sich vorteilhaft auf Baugröße und Herstellungskosten des Getriebes auswirkt.

Description

Titel : Kompakte Verbindung zwischen Getriebewelle und Ritzel
Beschreibung
Die Erfindung geht aus von einer drehbar gelagerten Welle mit einem Ritzel .
Üblicherweise erfolgt die Verbindung zwischen einer Welle und einem Ritzel am Außendurchmesser der Welle oder über einen Flansch. Dadurch ergeben sich relativ große Ritzeldurchmesser. Wenn die auf das Ritzel in tangentialer Richtung wirkenden äußeren Kräfte vorgegeben sind, resultieren aus dem großen Ritzeldurchmesser große Drehmomente, die auf die Welle und das Getriebe wirken. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn das Ritzel eine Zahnstange antreibt, die einen Gegenstand in vertikaler Richtung gegen die Schwerkraft verschiebt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Welle und ein Ritzel so miteinander zu verbinden, dass der Außendurchmesser des Ritzels minimiert wird und infolgedessen die Beanspruchung der Welle verringert wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer drehbar gelagerten Welle mit einem Ritzel dadurch gelöst, dass die Welle als Hohlwelle ausgebildet ist, dass das Ritzel einen Wellenstumpf aufweist und dass die Hohlwelle und der Wellenstumpf kraftschlüssig und/oder formschlüssig miteinander verbunden sind.
Durch die erfindungsgemäß beanspruchte Ausbildung der Welle als Hohlwelle wird das Ritzel nicht mehr am Außendurchmesser der Welle mit dieser verbunden. Erfindungsgemäß wird der Wellenstumpf mit der Welle dadurch verbunden, dass der Wellenstumpf in die Hohlwelle eingeführt wird. Dort erfolgt eine kraftschlüssige und/oder formschlüssige Verbindung von Wellenstumpf und Hohlwelle, wobei der Durchmesser, an dem die Verbindung zwischen Hohlwelle und Wellenstumpf erfolgt, kleiner als der Außendurchmesser der Welle ist. Auch der Außendurchmesser des Ritzels kann kleiner als der Außendurchmesser der Welle gewählt werden. Durch die erfindungsgemäß möglichen kleineren Außendurchmesser des Ritzels können die auf die Welle wirkenden Drehmomente bei sonst gleichen Randbedingungen verringert werden. Dadurch können die Getriebe kompakter, leichter und sehr viel kostengünstiger hergestellt werden.
Da mit der erfindungsgemäßen Ausbildung der Welle als Hohlwelle und der erfindungsgemäßen Verbindung von Wellenstumpf und Hohlwelle eine sehr kompakte Bauweise realisierbar ist, können auch bestehende
Getriebekonstruktionen in der Regel ohne größere konstruktive Änderungen in erfindungsgemäßer Weise modifiziert werden. Dadurch kann die Erfindung auch bei bereits in Serie gefertigten Getrieben ohne größeren Aufwand eingeführt werden.
Bei einer Variante der Erfindung ist vorgesehen, dass die Hohlwelle und der Wellenstumpf durch einen Presssitz, insbesondere einen Querpresssitz oder einen Ölpresssitz, kraftschlüssig miteinander verbunden sind. Alternativ können die Hohlwelle und der Wellenstumpf auch durch einen Schrumpfsitz oder einen Kegelsitz kraftschlüssig miteinander verbunden sein. Durch diese Ausführungsvarianten können die an sich bekannten Vorzüge dieser kraftschlüssigen Verbindungen auch bei dem erfindungsgemäßen Getriebe nutzbringend eingesetzt werden. Es ist jedoch auch ohne Weiteres möglich, dass die Hohlwelle und der Wellenstumpf durch eine Keilwellenverbindung, ein Vielnutprofil, ein Kerbzahnprofil, eine
Evolventenzahnverbindung oder ein Polygonprofil miteinander verbunden sind. Welcher dieser form- und kraftschlüssigen Verbindungen zwischen der Hohlwelle und dem Wellenstumpf im Einzelfall gewählt wird, hängt von den sonstigen Randbedingungen ab und ist für einen Fachmann auf dem Gebiet des Maschinenbaus ohne erfinderisches Zutun im Einzelfall zu entscheiden.
Die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Welle und des Ritzels sowie deren Verbindung können sowohl auf der Abtriebsseite eines Getriebes als auch auf der Antriebsseite eines Getriebes bei Bedarf eingesetzt werden.
Die erfindungsgemäße Verbindung und Ausgestaltung von Welle und Ritzel ist bei verschiedensten Getriebebauformen, insbesondere jedoch bei Koaxialgetrieben, einsetzbar.
Besonders vorteilhaft ist die erfindungsgemäß beanspruchte Lösung einsetzbar, wenn das Ritzel mit einer Zahnstange im Eingriff ist. In diesem Fall ist nämlich die Belastung des Getriebes mit Drehmomenten um so geringer, je kleiner der Durchmesser des Ritzels ist. Da mit der erfindungsgemäß beanspruchten Lösung der Durchmesser des Ritzels gegenüber herkömmlichen Verbindungen von Ritzel und Welle verringert werden kann, kann die Belastung des Getriebes in diesem besonderen Anwendungsfall sehr wirksam reduziert werden.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Zeichnung, deren Beschreibung und den Patentansprüchen entnehmbar.
Alle in der Zeichnung, deren Beschreibung und den Patentansprüchen offenbarten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.
Zeichnung
Die einzige Figur zeigt ein Planetengetriebe im Schnitt an dessen Abtriebswelle ein Ritzel in erfindungsgemäßer Weise befestigt ist.
In der einzigen Figur ist ein in seiner Gesamtheit mit dem Bezugszeichen 1 versehenes Planetengetriebe geschnitten und stark vereinfacht dargestellt. Ein Gehäuse des Planetengetriebes 1 ist in Figur 1 nicht dargestellt. Das Planetengetriebe 1 umfasst eine Eingangswelle 3 mit einem Sonnenrad 5, welches mit mehreren Planetenrädern 7, von denen nur eines in der Figur sichtbar ist, kämmt.
Die Planetenräder 7 sind auf einem Planetenträger 9 drehbar gelagert. Bei dem in der einzigen Figur dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Planetenrad 7 auf einem Bolzen 11 drehbar gelagert, der wiederum am Planetenträger 9 befestigt ist .
Bei dem in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine Abtriebswelle 13 einstückig mit dem Planetenträger 9 ausgebildet. Die Abtriebswelle 13 ist als Hohlwelle mit einer zentrischen Sacklochbohrung 15 ausgebildet..
Der Planetenträger 9 und die Abtriebswelle 13 sind durch Lager 17 und 19 in dem nicht dargestellten Gehäuse des Planetengetriebes 1 drehbar gelagert.
In der Sacklochbohrung 15 ist ein Wellenstumpf 21 eines Ritzels 23 kraftschlüssig aufgenommen. Das Ritzel 23 kämmt zum Beispiel mit einer Zahnstange 25. Die kraftschlüssige Verbindung zwischen der Abtriebswelle 13 und dem Wellenstumpf 21 erfolgt durch ein Spannelement 27, welches außen auf einen Absatz 29 der Abtriebswelle 13 aufgeschoben wird, hergestellt.
Das Spannelement 27 besteht aus einer Spannhülse 31, die mit ihrem Innendurchmesser spielfrei an dem Absatz 29 der Abtriebswelle 13 aufgenommen ist. An ihrem Außendurchmesser ist die Spannhülse 31 doppelt kegelstumpfförmig ausgebildet, die Spannhülse 31 in ihrer Mitte den größten Durchmesser aufweist. Von beiden Seiten sind auf die Spannhülse 31 Spannscheiben 33 aufgeschoben, deren Innendurchmesser ebenfalls konisch ist und mit den kegelstumpfförmigen Außendurchmesser der Spannhülse 31 zusammenwirkt. Wenn nun die Spannscheiben 33 durch nur vereinfacht dargestellte Zugschrauben 35 zusammengezogen werden, wird wegen der schrägen Kontaktfläche zwischen den Spannscheiben 33 und der Spannhülse 31 eine Kraft in radialer Richtung von der Spannhülse 31 auf den Absatz 29 der Abtriebswelle 13 übertragen. Daraus resultiert eine Durchmesserverringerung der Abtriebswelle 13 im Bereich des Absatzes 29 und es entsteht eine kraftschlüssige Verbindung zwischen der Abtriebswelle 13 und dem Wellenstumpf 21 des Ritzels 23. Durch diese kraftschlüssige Verbindung können große Drehmomente sicher zwischen dem Ritzel 23 und der Abtriebswelle 13 übertragen werden.
Es liegt auf der Hand, dass die Erfindung nicht auf die exemplarisch dargestellte und beschriebene Verbindung zwischen dem Wellenstumpf 21 und der Sacklochbohrung 15 der Abtriebswelle 13 beschränkt ist. Vielmehr können alle kraftschlüssigen oder formschlüssigen Verbindungen, die aus dem Stand der Technik bekannt sind, eingesetzt werden. Besonders vorteilhaft sind solche Verbindungen, die eine lösbare Verbindung zwischen Wellenstumpf 21 und Äbtriebswelle 13 ermöglichen. In Einzelfällen kann es jedoch auch vorteilhaft sein, eine unlösbare Verbindung, beispielsweise durch Schweißen oder ein anderes stoffschlüssiges Fügeverfahren, einzusetzen.
Durch die erfindungsgemäße Übertragung des Drehmoments der Abtriebswelle 13 auf das Ritzel 23 über die Sacklochbohrung 15 und den Wellenstumpf 21, kann der Außendurchmesser Da des Ritzels 23 kleiner als der Außendurchmesser der Abtriebswelle 13 sein. Infolgedessen genügt ein relativ kleines Drehmoment der Abtriebswelle 13 um eine vorgegebene Kraft auf die Zahnstange 25 zu übertragen. Da die Baugröße und die Herstellungskosten eines Getriebes in entscheidendem Maße von dem von der Abtriebswelle 13 übertragenen Drehmoment abhängt, ergibt sich durch die erfindungsgemäß mögliche Verringerung des Außendurchmessers Da des Ritzels 23 ein großer wirtschaftlicher Vorteil.
Es versteht sich von selbst, dass die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Verbindung von einer Welle mit einem Ritzel nicht auf Abtriebswellen 13 beschränkt sind. Bei Bedarf können selbstverständlich auch die Antriebswelle eines Getriebes oder jede andere Welle, die mit einem Ritzel drehfest verbunden werden soll, in der erfindungsgemäßen Weise ausgestaltet werden. Schutz soll auch für diese Ausführungsformen und Anwendungen beansprucht werden. Es versteht sich weiter von selbst, dass die Erfindung nicht auf die Anwendung im Zusammenhang mit Planetengetrieben mit einem Planetengetriebe 1 beschränkt ist, sondern überall dort, wo ein möglichst kleines Ritzel mit einer Welle verbunden werden soll, vorteilhaft eingesetzt werden kann.

Claims

Patentansprüche
1. Drehbar gelagerte Welle und mit einem Ritzel, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle als Hohlwelle (13) ausgebildet ist, dass das Ritzel (23) einen Wellenstumpf (21) aufweist, und dass die Hohlwelle (13) und der Wellenstumpf (21) kraftschlüssig und/oder formschlüssig miteinander verbunden sind.
2. Welle mit Ritzel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlwelle (13) und der Wellenstumpf (21) durch einen Presssitz, insbesondere einen Querpresssitz oder einen Ölpresssitz oder mit Hilfe eines Spannelements (27), kraftschlüssig miteinander verbunden sind.
3. Welle mit Ritzel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlwelle (13) und der Wellenstumpf (21) durch einen Schrumpfsitz oder einen Kegelsitz kraftschlüssig miteinander verbunden sind.
4. Welle mit Ritzel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlwelle (13) und der Wellenstumpf (21) durch eine Keilwellenverbindung, ein Vielnutprofil, eine Evolventenzahnverbindung, eine Kerbzahnverbindung oder ein Polygonprofil miteinander verbunden sind.
5. Welle mit Ritzel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle als Abtriebswelle (13) ausgebildet ist, und dass das Ritzel (23) als Abtriebsritzel ausgebildet ist.
6. Welle mit Ritzel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle als Abtriebswelle eines Getriebes ausgebildet ist, und dass das Ritzel als Abtriebsritzel ausgebildet ist.
7. Welle mit Ritzel nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe ein Koaxialgetriebe ist.
8. Welle mit Ritzel nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe ein Planetengetriebe (1) ist.
9. Welle mit Ritzel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ritzel () mit einer Zahnstange (25) im Eingriff ist.
PCT/EP2004/014095 2003-12-11 2004-12-10 Kompakte verbindung zwischen getriebewelle und ritzel WO2005057034A1 (de)

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DE10357928A DE10357928A1 (de) 2003-12-11 2003-12-11 Kompakte Verbindung zwischen Getriebewelle und Ritzel

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