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Die Erfindung geht aus von einem Getriebe, das an einer Welle, bevorzugt an seiner Abtriebswelle, eine runde mechanische Schnittstelle umfassend eine Planfläche mit mehreren konzentrisch zu der Drehachse der Welle angeordneten Befestigungsgewinden und eine Zentriereinrichtung, aufweist. Diese runde mechanische Schnittstelle ist beispielsweise in der Norm EN ISO 9004-1-A definiert. Wenn ein Getriebe eine solche normierte mechanische Schnittstelle aufweist, kann es in Serien mit großen Stückzahlen gefertigt und über die genannten Schnittstelle an die speziellen Einsatzbedingungen angepasst werden.
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Ein bislang nicht befriedigend gelöstes Problem besteht darin, ein Ritzel an dieser Schnittstelle anzuflanschen. Bislang muss der Außendurchmesser des Ritzels aus folgenden Gründen deutlich größer als der Teilkreisdurchmessers der Befestigungsgewinde in der Planfläche sein.
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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.
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Ein weiterer wichtiger Grund liegt in der Fertigungstechnik. Wenn nämlich das Ritzel einen kleineren Durchmesser als die Planfläche der runden mechanischen Schnittstelle aufweist, kann das Ritzel nur durch Räumen hergestellt werden. Ein solcherart hergestelltes Ritzel weist große Fertigungsungenauigkeiten auf, was seinen Anwendungsbereich stark einschränkt.
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Außerdem kann das Ritzel nicht gehärtet werden, da der beim Härten entstehende Verzug nicht durch einen anschließenden Schleifvorgang entfernt werden kann.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Adapter für ein Ritzel und eine runde mechanische Schnittstelle der oben genannten Art bereitzustellen, welche auch bei Ritzeldurchmessern einsetzbar ist, die kleiner als der Teilkreisdurchmesser der Befestigungsgewinde ist und im Übrigen fertigungstechnische Vorteile bietet.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem gattungsgemäßen Adapter für einen Wellenflansch einer Getriebewelle mit den Merkmalen des Kennzeichenteils gelöst.
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Durch die erfindungsgemäß beanspruchte Ausbildung einer Aufnahmebohrung in dem Adapter wird das Ritzel mit seinem Wellenstumpf formschlüssig mit dem Adapter verbunden.
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Da bei dem erfindungsgemäßen Adapter der Durchmesser der Aufnahmebohrung keinerlei Restriktionen unterworfen ist, kann der Durchmesser der Aufnahmebohrung sehr viel kleiner als der Teilkreisdurchmesser der Befestigungsgewinde der runden mechanischen Schnittstelle an der Abtriebswelle des Getriebes gewählt werden. In Folge dessen kann auch der Außendurchmesser des Ritzels kleiner als der oben genannte Teilkreisdurchmesser gewählt werden.
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Durch die erfindungsgemäß möglichen kleineren Außendurchmesser des Ritzels können die auf die Welle wirkenden Drehmomente bei sonst gleichen Randbedingungen verringert werden. Dadurch können kompaktere, leichtere und sehr viel kostengünstigere Getriebe eingesetzt werden, um eine vorgegebene Tangentialkraft am Ritzel bereitzustellen.
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Wegen der konstruktiven Freiheiten durch den Einsatz des erfindungsgemäßen Adapters können die Einsatzbereiche bereits in Serie gefertigter Getriebe vergrößert werden.
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Außerdem unterliegt die Herstellung des erfindungsgemäßen Ritzels keinerlei Beschränkungen. Es kann beispielsweise durch Fräsen und/oder Schleifen mit höchster Genauigkeit hergestellt werden. Schließlich kann das hochbelastete Ritzel aus einem sehr hochwertigen Werkstoff hergestellt und bei Bedarf gehärtet werden, während für den Adapter in aller Regel ein kostengünstigerer Werkstoff ausreichend ist. Auch der Austausch eines beschädigten Ritzels 5 ist sehr schnell und kostengünstig möglich.
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Überdies bietet die erfindungsgemäße Vorrichtung noch ein Potential zur Gewichtseinsparung, wenn nämlich der Adapter aus Leichtmetall hergestellt wird. Dies gilt vor allem deshalb, weil durch das Unrunddrehen die Drehmomentübertragung auf einer großen Fläche erfolgt, so dass die spezifische Flächenbelastung vergleichsweise gering ist.
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Wenn das erfindungsgemäße Unrundprofil in mehreren Stufen ausgebildet wird, dann wird das Verpressen von Ritzel und Adapter erleichtert. Außerdem kann der Durchmesser der gestuften Aufnahmebohrung des Wellenzapfens dem Biegemoment verlauf entsprechend angepasst werden und somit die Leistungsfähigkeit des Ritzels bzw. des Adapters weiter erhöht werden.
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Alternativ können die Zentriermittel als Einpass oder Zentrierbund ausgebildet werden, so dass der erfindungsgemäße Adapter mit verschiedenen runden mechanischen Schnittstellen kompatibel ist.
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Bei einer Variante der Erfindung ist vorgesehen, dass die Aufnahmebohrung und der Wellenstumpf des Ritzels durch einen Presssitz, insbesondere einen Querpresssitz oder einen Ölpresssitz, kraftschlüssig miteinander verbunden sind.
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Alternativ können die Aufnahmebohrung 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 Adapter vor allem als Verliersicherung nutzbringend eingesetzt werden.
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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.
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Die erfindungsgemäße Verbindung und Ausgestaltung von Welle und Ritzel ist bei verschiedensten Getriebebauformen, insbesondere jedoch bei Koaxialgetrieben, einsetzbar.
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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.
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Eine besonders vorteilhafte Möglichkeit der Drehmomentübertragung zwischen Ritzel und Adapter besteht darin, den Adapter und das Ritzel im Bereich der Aufnahmebohrung und dem Wellenstumpf miteinander zu verschweißen. Dadurch wird ein Spannelement entbehrlich, was die Baugröße des erfindungsgemäßen Adapters reduziert und häufig auch zu Kosteneinsparungen führt.
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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.
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Zeichnung
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Es zeigen:
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1: ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Adapters,
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2: ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Adapters,
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3: einen Schnitt entlang der Linie A-A aus 1 und 2,
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4: eine Isometrie des Ritzels aus 2,
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5 bis 11: weitere Ausführungsbeispiel erfindungsgemäßer Adapter, und
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12: Beispiele und Variationen von Unrundprofilen, die bei der Erfindung eingesetzt werden können.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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1 zeigt ein Getriebe 1 im Teilschnitt an dessen Abtriebswelle ein erfindungsgemäßer Adapter 3 für ein Ritzel 5 befestigt ist.
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Die Abtriebswelle des Getriebes 1 ist mit dem Bezugszeichen 7 versehen worden; eine Eingangswelle ist nicht dargestellt.
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In dem in 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel sind an der Abtriebswelle 7 eine Planfläche 9 und eine zylindrische Außenfläche 11 ausgebildet. Die zylindrische Außenfläche 11 ist koaxial zu einer Drehachse (ohne Bezugszeichen) der Abtriebswelle 7 angeordnet und dient der Zentrierung des erfindungsgemäßen Adapters 3.
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In der Planfläche 9 sind Befestigungsgewinde 13 ausgebildet, die ebenfalls konzentrisch zur Drehachse der Abtriebswelle 7 geordnet sind, ausgebildet. Der Teilkreisdurchmesser auf dem die Befestigungsgewinde 13 angeordnet sind, hat das Bezugszeichen DTk.
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An dem erfindungsgemäßen Adapter 3 ist ein mit der Planfläche 9 und der zylindrischen Außenfläche 11 der Abtriebswelle 7 zusammenwirkender Einpass 15 ausgebildet. Durch den Einpass 15 wird der Adapter 3 konzentrisch zur zylindrischen Außenfläche 11 positioniert.
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In dem Adapter 3 sind Befestigungsbohrungen 17 angeordnet, die den gleichen Teilkreisdurchmesser DTK wie die Befestigungsgewinde 13 in der Planfläche 9 haben. Durch die Befestigungsbohrungen 17 können Schrauben 19 in die Befestigungsgewinde 13 der Abtriebswelle 7 geschraubt werden und auf diese Weise der Adapter 3 an der Abtriebswelle 7 positioniert und drehfest befestigt werden. An dem Adapter 3 ist eine erste Rundlaufprüffläche 21 ausgebildet. Mit der ersten Rundlaufprüffläche 21 ist es möglich, einfach und zuverlässig festzustellen, ob der Rundlauf des Adapters 3 den Anforderungen entspricht.
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Mit dem Bezugszeichen 30 ist eine zweite Rundlaufprüffläche 30 an dem Ritzel 5 bezeichnet. Die zweite Rundlaufprüffläche 30 ermöglicht es, nach der Montage des Ritzels 5 die Einhaltung des vorgeschriebenen Rundlaufs zuverlässig zu prüfen und ggf. zu korrigieren. Eine Korrektur des Rundlaufs ist oftmals leicht möglich, indem der Adapter 3 relativ zur Abtriebswelle 7 verdreht wird und in dieser geänderten Position festgeschraubt wird.
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Bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel weist der Adapter 3 eine durchgehende Aufnahmebohrung 23 auf. Diese Aufnahmebohrung 23 kann jedoch als auch Sacklochbohrung (nicht dargestellt) oder als Stufenbohrung (siehe 4) ausgebildet sein. Die Aufnahmebohrung 23 und der Einpass 15 des Adapters 3 sind koaxial zueinander angeordnet. In die Aufnahmebohrung 23 wird ein Wellenstumpf 25 des Ritzels 5 aufgenommen.
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Um das Drehmoment zwischen Adapter 3 und dem Ritzel 5 zu übertragen, weisen sowohl die Aufnahmebohrung 23 als auch der Wellenstumpf 25 ein Unrundprofil auf. Das Unrundprofil kann als ein Polygonprofil, Dreiecksprofil, Viereckiges Profil oder ein anderes Mehreckprofil ausgebildet sein.
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Durch die Unrundprofile entsteht eine formschlüssige Verbindung zwischen der Abtriebswelle 13 und dem Wellenstumpf 25 des Ritzels 5, die große Drehmomente sicher und zuverlässig zwischen dem Ritzel 5 und der Abtriebswelle 7 überträgt.
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Die Zahl der Ecken und die Ausgestaltung des Querschnitts hängt unter anderem von den zu erwartenden Belastungen und dem zur Verfügung stehenden Bauraum ab. In der 12 sind verschiedene geeignete Unrundprofile dargestellt.
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Der Außendurchmesser des Ritzels 5 ist in 1 mit dem Bezugszeichen Da gekennzeichnet. Aus dem Vergleich des Außendurchmessers Da des Ritzels 5 und des Teilkreisdurchmessers DTK in 1 wird deutlich, dass auch sehr kleine Ritzel 5 an der Abtriebswelle 7 des Getriebes 1 befestigt werden können. Dadurch kann die Tangentialkraft am Außendurchmesser Da des Ritzels 5 bei gleichem Ausgangsdrehmoment des Abtriebswelle 7 erhöht werden. In Folge dessen ist es möglich, auch kleinere Getriebe einzusetzen um eine vorgegebene Tangentialkraft am Ritzel 5 zu erreichen. Dadurch ergibt sich ein erheblicher wirtschaftlicher Vorteil und außerdem können die kleineren Getriebe benötigen diese Getriebe weniger Bauraum, was in modernen Konstruktionen stets ein großer Vorteil ist. Besonders vorteilhaft ist dies, wenn das Ritzel 5 eine Zahnstange 37 antreibt.
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Ein besonderer Vorteil dieses Ausführungsbeispiels ist darin zu sehen, dass die formschlüssige Drehmomentübertragung durch das Unrundprofil 27 sehr leistungsfähig ist und eine geringe Kerbwirkung hat. Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, dass Ritzel 5 und Adapterplatte 3 aus verschiedenen Werkstoffen hergestellt werden können. Dies erschließt weitere Optimierungspotenziale und verringert in vielen Fällen auch die Kosten. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 sind die Aufnahmebohrung 23 und Wellenstumpf 25 durch einen Presssitz in axialer Richtung gesichert beziehungsweise fixiert.
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Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 2 erfolgt die axiale Sicherung über einen Sicherungsring 42, der mit einer entsprechenden Nut 32 in dem Wellenstumpf 25 zusammenwirkt.
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Bei diesem Ausführungsbeispiel kann eine Übergangspassung oder eine leichte Spielpassung zwischen Aufnahmebohrung 23 und Wellenstumpf 25 vorhanden sein, was die Montage erleichtert.
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Zur Veranschaulichung ist in 3 der erfindungsgemäßen Unrundverbindung ein Schnitt entlang der Linie A-A aus den beiden zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen dargestellt. Bei diesem Ausführungsbeispiel weist das Unrundprofil 27 sechs radiale Vorsprünge 29 und entsprechend sechs leicht konkave Flächen 31 auf. Das Eckenmaß dieses Unrundprofils 27 ist mit dem Bezugszeichen 33 bezeichnet, während ein Abstand Flächen 31 mit 35 bezeichnet ist.
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Die Unrundprofile 27 von Aufnahmebohrung 23 und Wellenstumpf 25 ermöglichen eine flächige und nahezu kerbwirkungsfreie Übertragung des Drehmoments. Sie wird vorteilhafter weise durch Unrunddrehen sowohl in die Aufnahmebohrung 23 als auch auf den Wellenstumpf 25 während der normalen Drehbearbeitung aufgebracht. Ein Umspannen ist in der Regel entbehrlich.
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Damit beide Bauteile 3 und 5 verliersicher miteinander befestigt sind, kann im Bereich des Unrundprofils 27 eine Presspassung vorgesehen werden. Zum Fügen des Bauteile kann der Adapter 3 erwärmt werden.
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Damit erfolgt die Verliersicherung des Ritzels 5 kraftschlüssig, während das Drehmoment im Wesentlichen formschlüssig erfolgt.
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Zur weiteren Veranschaulichung ist in 4 ein Ritzel 5 mit einem als Unrundprofil 27 ausgebildeten Wellenstumpf 23 isometrisch dargestellt. Die Nut 32 in dem Wellenstumpf 23 ist in dieser Darstellung gut sichtbar.
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In 5 ist ein zweites Ausführungsbeispiel dargestellt. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind der Wellenstumpf 23 und die Aufnahmebohrung 23 gestuft ausgebildet. Die Stufen haben die Bezugszeichen 32.1 bis 32.4, wobei alle Stufen 32 als Unrundprofile ausgebildet sind.
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Durch die gestufte Ausgestaltung wird das Fügen der Bauteile 3 und 5 erleichtert, ohne auf einen Presssitz verzichten zu müssen. Wenn eine Presspassung nicht erwünscht ist, kann als Verliersicherung auch eine Schraube 34 in Verbindung mit einer Scheibe 36 oder ein Sicherungsring 42 wie in 2 eingesetzt werden. In diesem Fall sind Ritzel 5 und Adapter 5 relativ einfach wieder zu trennen.
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In der 6 ist ein Schnitt entlang der Linie A-A aus 5 dargestellt. Die 7 und 8 zeigen die Adapterplatte 3 und das Ritzel 5 als Isometrien.
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In der 9 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind der Wellenstumpf 25 und die Aufnahmebohrung 23 konisch und gleichzeitig als Unrundprofil ausgebildet (siehe auch die 11).
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Durch die konische Ausgestaltung wird das Fügen und die Demontage der Bauteile 3 und 5 nochmals erleichtert. Je nachdem wie der Kegelwinkel von Wellenstumpf 25 und Aufnahmebohrung 23 gewählt wird, ist diese Verbindung selbsthemmend oder nicht.
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Als zusätzliche Axialsicherung ist auf dem Wellenstumpf 25 ein Außengewinde 38 vorgesehen, das mit einer Mutter 40 zusammenwirkt.
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In der 10 ist ein Schnitt entlang der Linie A-A aus 9 dargestellt. Die 11 zeigt das Ritzel 5 als Isometrien. In dieser Ansicht sind die konische Unrundverbindung 27 gut zu erkennen.
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In der 12 sind verschiedene Variationen bezügliche der Anzahl der Ecken und dem grad der Unrundheit des Unrundprofils 27 dargestellt. Es soll damit einerseits die Vielfalt möglicher Variationen aufzeigen und andererseits deutliche machen, dass der einschlägige Fachmann für einen konkreten Anwendungsfall aus einer großen Auswahl an Unrundprofil auswählen kann. Selbstverständlich können alle diese Profile auch gestuft oder konisch ausgebildet werden. Auch die verschiedenen Axialsicherungen der oben beschriebenen Ausführungsbeispiele können variiert werden.
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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.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 02007028873 A1 [0006]
- DE 102008024070 A1 [0006]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- Norm EN ISO 9004-1-A [0001]
