DE102015200741A1

DE102015200741A1 - Getriebe und Verfahren zur Einstellung des Verdrehspiels dieses Getriebes

Info

Publication number: DE102015200741A1
Application number: DE102015200741.3A
Authority: DE
Inventors: Mirko Haschke; Horst Uhlenbrok
Original assignee: Lenze Drives GmbH
Current assignee: Lenze SE
Priority date: 2015-01-19
Filing date: 2015-01-19
Publication date: 2016-07-21
Also published as: CN107110330B; CN107110330A; EP3247923B1; EP3247923A1; WO2016116313A1; US20180266535A1

Abstract

1. Getriebe. 2. Vorgeschlagen wird ein Getriebe (10). Dieses verfügt über ein Gehäuse (20) sowie eine erste und eine zweite Welle (30, 40), die jeweils über ein Kegelzahnrad (32, 42) verfügen, wobei die beiden Kegelzahnräder (32, 42) sich in kämmendem Eingriff miteinander befinden. Die erste Welle (30) mit einem ersten Kegelzahnrad (32) ist als axial einstellbare Welle ausgebildet und hierfür mit zwei Wälzlagern (50, 60) beidseitig des Kegelzahnrades (32) gelagert, wobei die Wälzlager (50, 60) jeweils über einen wellenseitigen Innenring (52, 62) und einen gehäuseseitigen Außenring (54, 64) verfügen. Die wellenseitigen Innenringe (52, 62) sind in definierter Axialposition an der ersten Welle (30) vorgesehen, während die gehäuseseitigen Außenringe (54, 64) der Wälzlager (50, 60) jeweils auf einer gehäuseseitigen Stützfläche (22, 24) geführt und gegen eine Bewegung aufeinander zu lediglich über die Innenringe und die Welle begrenzt sind. Die gehäuseseitigen Außenringe (54, 64) der Wälzlager (50, 60) sind auf der dem Kegelzahnrad (32) abgewandten Seite jeweils durch eine Einstellvorrichtung (70, 80) hinsichtlich ihrer Axiallage einstellbar, wobei die die Einstellvorrichtungen (70, 80) jeweils auf der dem Kegelzahnrad (32) abgewandten Seite des jeweiligen Außenrings (54, 64) über ein Einstellelement (72, 82) mit einem Außengewinde (74, 84) verfügen, welches in ein gehäuseseitiges Innengewinde (26, 28) eingesetzt ist, und wobei das Innengewinde (26, 28) und das Außengewinde (74, 84) als Feingewinde ausgebildet sind, vorzugsweise mit einer Steigung von maximal 0,75 mm.

Description

Anwendungsgebiet und Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Getriebe mit zwei miteinander kämmenden Kegelzahnrädern.
Solche Getriebe finden für vielfältige maschinenbauliche Anwendungsfelder Verwendung. Durch die beiden Kegelzahnräder wird ein Drehmoment von einer Welle auf eine hierzu nicht parallele zweite Welle übertragen.
Bei solchen Getrieben ist es üblicherweise gewünscht, das Verdrehspiel, also die Drehbarkeit einer der Wellen bei nichtrotierender zweiter Welle und/oder das axiale Spiel oder die axiale Vorspannung einer Welle fallweise einzustellen. Dabei ist es erforderlich, diese Parameter möglichst problemlos auch nach Montage des Getriebes einstellen zu können.
Der hierbei bislang übliche Weg sieht vor, eine der Welle axial verlagerbar zu gestalten. Dies erfolgt üblicherweise dadurch, dass außenseitig der jeweiligen Außenringe der Wälzlager, durch die diese Welle gelagert ist, Abstandsscheiben vorgesehen sind, durch die sich der Außenring an einem am Gehäuse axial gesicherten Sicherungsring abstützt. Durch die Auswahl und die zu verwendenden Anzahl und Art der Abstandsscheiben kann der Außenring des jeweiligen Wälzlagers relativ zur Axiallage des Sicherungsrings beeinflusst werden. Fallweise können hierbei auch mehrere Abstandsscheiben Verwendung finden, die gemeinsam die gewünschte Position in Axialrichtung gewährleisten.
Üblicherweise werden hierbei an zwei meist in X-Anordnung angeordneten Wälzlagern korrespondierend zueinander Passscheiben eingefügt bzw. nicht eingefügt, so dass gegenüber den Sicherungsringen jeweils eine definierte Lage erzielt wird.
Die beschriebene Vorgehensweise ist vergleichsweise aufwändig. Zur Anpassung eines Getriebes muss der Sicherungsring entfernt werden, die gewählten Abstandsscheiben, die gemeinsam die gewünschte Dicke aufweisen, müssen eingefügt werden und der Sicherungsring muss wieder eingesetzt werden.
Neben der aufwändigen Montage der der mitunter nur unbefriedigend möglichen Auswahl der Abstandsscheiben hat sich auch als nachteilige herausgestellt, dass die Abstandsscheiben sich im Betrieb setzen und die durch sie eingestellte Position des Außenrings des jeweiligen Lagers dadurch seine Soll-Vorgabe nicht mehr einhalten.
Aufgabe und Lösung
Aufgabe der Erfindung ist es, ein gattungsgemäßes Getriebe dahingehend weiterzubilden, dass dies eine einfache Einstellbarkeit der Position eines der Kegelräder in Axialrichtung gestattet.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Getriebe nach Anspruch 1 gelöst.
Ein erfindungsgemäßes Getriebe verfügt über ein Gehäuse, innerhalb dessen die beiden Kegelzahnräder angeordnet sind. Dieses erste und zweite Kegelzahnrad sind jeweils drehfest und in axial definierter Position an einer ersten bzw. zweiten Welle befestigt und befinden sich im kämmenden Eingriff miteinander.
Die erste Welle mit dem ersten Kegelzahnrad ist axial einstellbar ausgebildet. Diese Einstellung erfolgt über zwei Wälzlager, mittels derer die erste Welle am Gehäuse gelagert ist.
Die Innenringe der beiden Wälzlager, bei denen es sich vorzugsweise um Wälzlager in angestellter Lagerung, insbesondere um Kegelwälzlager in X-Anordnung, handelt, befinden sich in axial definierter Position an der ersten Welle. Vorzugsweise sind hierfür in der ersten Welle Absätze vorgesehen, an denen die jeweiligen Innenringe anliegen.
Die Außenringe der Wälzlager stützen sich radial an einer nach innen weisenden Stützfläche des Gehäuses ab. Sie sind dabei an der Stützfläche und in aufeinander zu weisender Richtung nicht bewegungslimitiert. Lediglich außenseitig der jeweiligen Außenringe sind Einstelleinrichtungen vorgesehen, um die axiale Lage der jeweiligen Außenringe einstellen zu können. Gemeinsam gestatten also alleine diese axial außenseitig angeordneten Einstelleinrichtungen die axiale Verlagerung der ersten Welle und mit ihr des ersten Kegelzahnrades.
Die Einstellvorrichtungen verfügen hierfür jeweils über ein Einstellelement, welches ein Außengewinde aufweist, mittels dessen das Einstellelement in ein gehäuseseitiges Innengewinde eingeschraubt ist. Das Einstellelement liegt unmittelbar oder vermittels eines vorzugsweise in Axialrichtung starren Zwischenelementes am Außenring des jeweiligen Wälzlagers an und definiert dadurch dessen Axialposition.
Das Außengewinde und das Innengewinde sind als Feingewinde ausgebildet. Die Einstellelemente sind dadurch hinsichtlich ihrer Axiallage sehr genau einstellbar. Die Steigung der Gewinde, also die Distanz in axialer Richtung, die durch eine vollständige 360°-Drehung eines Einstellelements gegenüber dem Gehäuse erzielt wird, liegt vorzugsweise bei maximal 3 mm, vorzugsweise bei maximal 1,5 mm, insbesondere vorzugsweise bei maximal 0,75 mm. Eine noch feinere Einstellmöglichkeit ist gegeben, wenn die Steigung bei maximal 0,5 mm, insbesondere vorzugsweise bei 0,35 mm liegt.
Das Einstellelement ist vorzugsweise von einer Außenseite in das Gehäuse eingeschraubt, so dass auch bei montiertem Getriebe eine Verstellung möglich ist.
So ist es insbesondere möglich, das Verdrehspiel der Kegelzahnräder einzustellen, indem die beiden Einstelleinrichtungen an den beiden Wälzlagern der ersten Welle gemeinsam in gleichem Maße und in gleiche Richtung gedreht werden. Hierdurch werden bei gleichbleibender Verspannung der Welle die beiden Außenringe der Wälzlager gemeinsam axial verlagert, bis das gewünschte Verdrehspiel erreicht ist.
Die Einstellelemente können als geschlossene Deckel ausgebildet sein, die den Aufnahmeraum der Wellen und der Kegelräder vollständig verschließen. Es kann jedoch auch gewünscht sein, die erste Welle unmittelbar als Antriebs- oder Abtriebswelle auszugestalten und sie hierfür aus dem Gehäuse herauszuführen. In einem solchen Fall weist mindestens eines der Einstellelemente vorzugsweise eine Durchgangsöffnung zur Hindurchführung der ersten Welle auf.
Sowohl bei einem geschlossenen Deckel als auch bei einem Einstellelement mit einer solchen Durchgangsöffnung kann es von Vorteil sein, wenn zwischen dem Einstellelement und der nach innen weisenden Gehäusewandung eine Dichtung vorgesehen ist. Bei einer Gestaltung des Einstellelements mit Durchgangsöffnung wird es als vorteilhaft angesehen, wenn in der Durchgangsöffnung eine umlaufende Wellendichtung angeordnet ist.
Um die Einstellelemente dosiert im Gewinde drehen zu können und hierdurch die Axiallage einstellen zu können, verfügt dieses vorzugsweise über einen unrunden Handhabungsbereich. Es sind also Flächen auf der nach außen vom Wälzlager weg weisenden Seite des Einstellelements vorgesehen, an denen ein Drehmoment formschlüssig eingekoppelt werden kann. Besonders von Vorteil ist hier eine Gestaltung, bei der das Einstellelement mit einem Außen- oder Innenvierkant oder -sechskant versehen ist.
Um die Einstellelemente in der eingestellten Axiallage sichern zu können, sind mehrere Möglichkeiten gegeben. Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist zusätzlich zum Einstellelement ein Konterelement vorgesehen, welches ebenfalls ein außenseitiges Feingewinde aufweist und in das gehäuseseitige Innengewinde eingeschraubt ist. Hierüber lässt sich der Verbund aus Einstellelement und Konterelement im eingeschraubten Zustand verspannen.
Da die Einstellung der Einstellelemente üblicherweise ein einmaliger Vorgang ist, kann auch die Verwendung einer Klebeverbindung sinnvoll sein. Das Einstellelement und das Gehäuse werden dabei miteinander im Bereich des Gewindes oder benachbart hierzu mittels des Klebstoffes verbunden, so dass eine rotative Relativbewegung und somit eine axiale Verstellung des Einstellelements unterbunden ist.
Eine solche Klebeverbindung dient gleichzeitig der wirksamen Abdichtung zwischen Gehäuse und Einstellelement. Stattdessen oder auch zusätzlich kann jedoch auch eine Dichtung, beispielsweise ein O-Ring, zwischen Gehäuse und Einstellelement angeordnet sein.
Daneben sind auch anderen Möglichkeiten der Verdrehsicherung gegeben, beispielsweise über eine radiale Madenschraube oder durch plastische Verformungen wie über Einschlagmarken.
Grundsätzlich wird es als bevorzugt angesehen, wenn beide Einstellelemente unmittelbar auf die Außenringe der beiden Wälzlager wirken, so dass die Einstelleinrichtungen und die Wälzlager in Axialrichtung stets lagefest zueinander verbleiben. Dies wird durch unmittelbares Anliegen des jeweiligen Außenrings des Wälzlagers am Einstellelement oder durch Vorsehen eines starren und axial unkomprimierbaren Zwischenelements zwischen Einstellelement und Außenring erzielt.
Denkbar ist jedoch auch eine Gestaltung, bei der nur eines der Wälzlager eine solche Lagefestigkeit gewährleistet, während beim zweiten Wälzlager zwischen dem Einstellelement und dem Außenringe eine Federeinrichtung vorgesehen ist, beispielsweise umfassend eine Tellerfeder. Bei einer solchen Gestaltung ist das Lager mit der Federeinrichtung vorzugsweise das dem Kegelzahnrad entferntere oder das auf der verjüngten Seite des Kegelrades vorgesehene Wälzlager. Die Einstellung des Verdrehspiels kann somit in begrenztem Maße alleine durch Verdrehen eines Einstellelements bei gleichzeitiger Veränderung der Vorspannung bewirkt werden.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben, welches in den Figuren dargestellt ist.
1 zeigt ein erfindungsgemäßes Getriebe.
2 und 3 zeigen in vergrößerter Darstellung erfindungswesentliche Teilbereiche des Getriebes gemäß der 1.
4 zeigt in perspektivischer Darstellung ein Einstellelement des Getriebes gemäß den 1 bis 3.
5 zeigt in perspektivischer Darstellung ein alternatives Einstellelement.
Detaillierte Beschreibung der Ausführungsbeispiele
1 zeigt ein erfindungsgemäßes Getriebe 10, welches sich durch zwei miteinander kämmende Kegelzahnräder 32, 42 auszeichnet. 2 und 3 zeigen Details dieses Getriebes in vergrößerter Darstellung.
Das Getriebe 10 verfügt über ein Gehäuse 20, wobei unter Gehäuse alle nach Montage zueinander ortsfesten Abschnitte des Getriebes 10 angesehen werden. Das Gehäuse 20 definiert einen Gehäuseinnenraum, innerhalb dessen zwei zueinander nicht parallele Wellen 30, 40 gelagert sind. An diesen Wellen 30, 40 sind die beiden miteinander kämmenden Kegelzahnräder 32, 42 befestigt.
Um das Verdrehspiel der Kegelzahnräder 32, 42 in Abhängigkeit des Anwendungsgebietes einstellen zu können, ist die erste Welle 30 mittels Einstellvorrichtungen 70, 80 axial verlagerbar. Die Funktionsweise dieser Einstellvorrichtungen 70, 80 wird nachfolgend erläutert.
Die erste Welle 30 ist mittels zweier Wälzlager 50, 60 gelagert, die jeweils als Kegelrollenlager ausgebildet sind und die in einer angestellten X-Lagerung angeordnet sind.
Die Innenringe 52, 62 dieser Wälzlager 50, 60 sind auf die erste Welle 30 aufgeschoben und liegen jeweils an Absätzen der Welle 30 an, so dass ihre Relativposition zueinander und zum Kegelzahnrad 32 in axialer Richtung vorgegeben ist.
Die Außenringe 54, 64 der Wälzlager 50, 60 liegen an zylindrischen Stützflächen 22, 24 des Gehäuses 20 an. Ihre Bewegung aufeinander zu ist lediglich über die Wälzkörper, die Innenringe 52, 62 und die Welle 30 begrenzt. Innenseitige Anschläge am Gehäuse sind nicht vorgesehen. Die Bewegung der Außenringe 54, 64 nach außen ist durch die Einstellvorrichtungen 70, 80 limitiert.
Jeder der Einstellvorrichtungen 70, 80 verfügt über ein Einstellelement 72, 82, das in perspektivischer Darstellung der 4 entnommen werden kann.
Die Einstellelemente 72, 82 bilden Deckel mit einem Außengewinde 74, 84, die auf gegenüberliegenden Seiten des Gehäuses 20 beidseitig der Welle 30 in gehäuseseitige Innengewinde 26, 28 eingeschraubt sind. In einem äußeren Randbereich drücken die Einstellelemente jeweils auf die Außenringe 54, 64 der Wälzlager 50, 60, so dass deren Bewegung nach außen limitiert ist und die Wälzlager über die Welle 30 gegeneinander verspannt werden können.
An ihrer Außenseite weisen die Einstellelemente 72, 82 jeweils einen Handhabungsbereich in Form eines Außensechskants 76, 86 auf, so dass sie mit allgemein verfügbarem Werkzeug gedreht und dadurch axial verstellt werden können.
Die Montage erfolgt vorzugsweise derart, dass nach Anordnung der Welle 30 und der Wälzlager 50, 60 im Gehäuse zunächst ein erstes Einstellelement 72, 82 eingeschraubt wird. Anschließend wird das gegenüberliegende andere Einstellelement eingeschraubt, wobei ein Momentenschlüssel verwendet werden kann, so dass über die Wälzlager 50, 60 eine definierte Vorspannung in der Welle 30 erzielt wird.
Ist dies geschehen, so kann anschließend die Einstellung des Verdrehspiels erfolgen, indem die beiden Einstellelemente 72, 82 vorzugsweise gleichzeitig und in gleichem Maße gedreht werden. Hierdurch drückt eines der Einstellelemente axial auf den Außenring des ihm zugeordnete Wälzlagers und verschiebt dieses gemeinsam mit der Welle 30, während das andere Einstellelement gleichzeitig den für diese Verschiebung erforderlichen axialen Raum schafft. Da die Gewinde 26, 28, 74, 84 als Feingewinde ausgebildet sind, kann diese Verstellung sehr genau und dosiert erfolgen. Die voreingestellte Verspannung der Welle 30 bleibt aufgrund der axial gleichen Bewegung der Einstellelemente 72, 82 unverändert erhalten.
Ist das gewünschte Verdrehspiel erreicht, erfolgt vorzugsweise abschließend eine Drehsicherung der Einstellelemente 72, 82. Dies kann durch Verkleben oder auch mittels eines Konterelements erfolgen.
5 zeigt eine alternative Gestaltung eines Einstellelements 172. Dieses weist eine Durchgangsöffnung 178 auf, durch die die Welle 30 aus dem Gehäuse 20 des Getriebes 10 herausgeführt werden kann. So kann diese Welle unmittelbar als Antriebs- oder Abtriebswelle genutzt werden. In der Durchgangsöffnung kann eine nach innen gerichtete Wellendichtung 179 angeordnet sein.

Claims

Getriebe (10) mit den folgenden Merkmalen: a. das Getriebe (10) verfügt über ein Gehäuse (20), und b. das Getriebe (10) verfügt über eine erste und eine zweite Welle (30, 40), die jeweils über ein Kegelzahnrad (32, 42) verfügen, und c. die beiden Kegelzahnräder (32, 42) befinden sich in kämmendem Eingriff miteinander, und d. die erste Welle (30) mit einem ersten Kegelzahnrad (32) ist als axial einstellbare Welle (30) ausgebildet und hierfür mit zwei Wälzlagern (50, 60) beidseitig des Kegelzahnrades (32) gelagert, e. die Wälzlager (50, 60) verfügen jeweils über einen wellenseitigen Innenring (52, 62) und einen gehäuseseitigen Außenring (54, 64), und e. die wellenseitigen Innenringe (52, 62) sind in definierter Axialposition an der ersten Welle (30) vorgesehen, und f. die gehäuseseitigen Außenringe (54, 64) der Wälzlager (50, 60) sind jeweils auf einer gehäuseseitigen Stützfläche (22, 24) geführt und gegen eine Bewegung aufeinander zu lediglich über die Innenringe (52, 62) und die Welle (30) begrenzt, und g. die gehäuseseitigen Außenringe (54, 64) der Wälzlager (50, 60) sind auf der dem Kegelzahnrad (32) abgewandten Seite jeweils durch eine Einstellvorrichtung (70, 80) hinsichtlich ihrer Axiallage einstellbar, gekennzeichnet durch die Merkmale: h. die Einstellvorrichtungen (70, 80) verfügen jeweils auf der dem Kegelzahnrad (32) abgewandten Seite des jeweiligen Außenrings (54, 64) über ein Einstellelement (72, 82) mit einem Außengewinde (74, 84), welches in ein gehäuseseitiges Innengewinde (26, 28) eingesetzt ist, und i. das Innengewinde (26, 28) und das Außengewinde (74, 84) sind als Feingewinde ausgebildet, vorzugsweise mit einer Steigung von maximal 3 mm, insbesondere vorzugsweise von maximal 1,5mm oder von maximal 0,75 mm.
Getriebe (10) nach Anspruch 1 mit dem Merkmal: a. mindestens eines der Einstellelemente (72, 82) ist als geschlossener Deckel ausgebildet.
Getriebe (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche mit dem Merkmal: a. mindestens eines der Einstellelemente (172) weist eine Durchgangsöffnung (178) zur Durchführung der ersten Welle (30) auf, und vorzugweise mit dem Merkmal: b. die Durchgangsöffnung ist mit einer Wellendichtung (179) zur Anlage an der ersten Welle (30) ausgebildet.
Getriebe (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche mit dem Merkmal: a. die Einstellelemente (72, 82) sind bei montiertem Getriebe (10) von einer Außenseite des Gehäuses (20) aus zugänglich.
Getriebe (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche mit dem Merkmal: a. mindestens eines der Einstellelemente (72, 82) weist einen unrunden Handhabungsbereich (76, 86) zur Einbringung eines Einstell-Drehmoments auf, vorzugsweise mit mindestens zwei zueinander parallelen Momenteneinkopplungsflächen, insbesondere vorzugsweise mit einem Innen- oder Außensechskant oder einem Innen- oder Außenvierkant.
Getriebe (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche mit mindestens einem der folgenden Merkmale: a. auf der dem Kegelzahnrad abgewandten Seite mindestens eines der Einstellelements ist ein Konterelement mit Außengewinde zur Konterung gegen das Einstellelement vorgesehen, oder b. mindestens eines der Einstellelemente (72, 82) ist durch eine Klebeverbindung ortsfest zum Gehäuse (20) fixiert, oder c. zwischen mindestens einem der Einstellelemente und dem Gehäuse eine Dichtung vorgesehen ist, insbesondere in Art eines O-Rings oder eines anderen umlaufenden Dichtelements aus elastisch verformbaren Material.
Getriebe (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche mit dem Merkmal a. zwischen einem der Einstellelemente und dem zugeordneten Außenring des Wälzlagers ist eine axial wirkende Federeinrichtung vorgesehen.
Getriebe (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche mit dem Merkmal: a. die beiden Wälzlager (50, 60) bilden eine angestellte Lagerung, vorzugsweise in X-Anordnung.
Getriebe (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche mit dem Merkmal: a. die Wälzlager (50, 60) sind Kegelrollenlager.
Getriebe (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche mit dem folgenden Merkmal: a. das Innengewinde (26, 28) und das Außengewinde (74, 84) sind als Feingewinde mit einer Steigung von maximal 0,5 mm ausgebildet, vorzugsweise vom maximal 0,35mm.
Verfahren zum Einstellen des Verdrehspiels eines Getriebes nach einem der vorstehenden Ansprüche mit den folgenden Schritten: a. die Welle (30) wird durch Einschrauben der beiden Einstellelemente (72, 82) axial lagefixiert und b. die Einstellelemente (72, 82) werden synchron gedreht, um über die Gewinde (74, 84, 26, 28) die Welle bei gleichbleibender Vorspannugn der Welle axial zu verlagern.