DE19604501A1 - Getriebe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Getriebe zum Übertragen der Bewegung der Antriebswelle eines Antriebsmotors auf eine Abtriebswelle, insbesondere für einen Stellantrieb, mit einem Getriebegehäuse und einer mechanisch wirkenden Lastmomentsperre.

Stellantriebe für Torantriebe und Fensterverstellungen werden meist mit einem selbsthemmenden Getriebe aus­ geführt, bei dem ein auf einer Welle angeordnetes Reib­ rad dauernd mit einer Schleiffeder belastet ist. Eine derartige Dauerbremse hat jedoch den Nachteil, daß die Bremswirkung durch ein höheres Drehmoment des Antriebs­ motors überwunden werden muß. Aus diesem Grunde ist in der Zeitschrift "Der Konstrukteur" 9/95, Seite 78-82 unter dem Titel "Altbewährtes neu beleben - Anwendung des Schlingbandeffektes für eine Lastmomentsperre" von dem Autor Karlheinz Tooten vorgeschlagen worden, eine Lastmomentsperre durch eine Schlingbandfeder zu reali­ sieren. Die bekannte Schlingbandfeder-Lastmomentsperre zeichnet sich zwar durch einen einfachen Aufbau aus, jedoch erfordert deren Herstellung das Einhalten ver­ hältnismäßig enger Toleranzen.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfin­ dung die Aufgabe zugrunde, ein Getriebe mit einer Last­ momentsperre zu schaffen, das einfach ohne Einhalten enger Toleranzen herstellbar ist und Antriebsverluste weitgehend vermeidet.

Diese Aufgabe wird bei einem Getriebe der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß das Getriebe über eine Welle oder Achse verfügt, auf der ein gegen eine Brems­ fläche in axialer Richtung andrückbarer Reibkörper und ein schrägverzahntes Ritzel angeordnet sind, das mit einem zugeordneten schrägverzahnten Zahnrad zur Dreh­ momentkopplung mit der Abtriebswelle in Eingriff steht und durch das eine axiale Andruckkraft für den Reibkör­ per erzeugbar ist.

Zahnräder und Ritzel mit Schrägverzahnungen zeichnen sich durch eine besonders hohe Laufruhe aus, da jeweils mehrere Zähne miteinander in Eingriff stehen. Der Erfin­ dung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß die durch die Schrägverzahnung bewirkte, eigentlich störende Kraft in Axialrichtung ausgenutzt werden kann, um einen Bremskör­ per axial auf einer feststehenden Achse zu verschieben. Das schrägverzahnte Ritzel und der Reibkörper sind dabei drehfest miteinander verbunden. Eine besonders einfache Konstruktion ergibt sich, wenn das schrägverzahnte Ritzel sowie der Reibkörper auf einer axial verschieb­ baren Welle befestigt sind.

Die dem Reibkörper zugeordnete Bremsfläche befindet sich zweckmäßigerweise auf der Innenseite einer Gehäusewand des Getriebes. Die Bremsfläche kann jedoch auch auf einer Zwischenwand oder einem anderen drehfest in der Nähe des Reibkörpers angeordneten Bauteil vorgesehen sein. Je nach dem Material, aus dem das Gehäuse besteht, kann es zweckmäßig sein, die Bremsfläche mit einem Reibbelag aus einem ähnlichen oder anderen Material zu versehen. Als Reibbeläge kommen z. B. Beschichtungen aus Stahl, Gummi, Kunststoff oder Kork in Frage.

Der Reibkörper besteht im einfachsten Fall aus einer auf der axial verschiebbaren Welle angeordneten Scheibe, deren Stirnfläche mit der Reibfläche der Bremsfläche in Berührung bringbar ist.

Bei einem besonders einfachen Ausführungsbeispiel be­ steht der Reibkörper aus einem O-Ring, der sich entlang dem Umfang einer Zentrierbuchse erstreckt, die auf der axial verschiebbaren Welle befestigt ist. Der O-Ring steht dabei axial über die Zentrierbuchse über und kann somit elastisch gegen die Bremsfläche angedrückt werden.

Bei einem anderen Ausführungsbeispiel für einen Reibkör­ per ist der O-Ring in einer Ausnehmung der Zentrier­ buchse eingesetzt und steht aus der Ausnehmung in Rich­ tung auf die Bremsfläche über.

Es ist auch möglich, das schrägverzahnte Ritzel und den Reibkörper auf der Welle des Antriebsmotors anzuordnen, wenn die Welle des Antriebsmotors, was im allgemeinen der Fall ist, axial ausreichend verschiebbar ist.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist es vorge­ sehen, daß die den Reibkörper aufweisende axial ver­ schiebbare Welle über ein auf der axial verschiebbaren Welle befestigtes geradverzahntes Zahnrad verfügt, das mit einem auf der Welle des Antriebsmotors befestigten geradverzahnten Motorritzel in Eingriff steht.

Die Getriebestufe mit dem schrägverzahnten Ritzel und dem schrägverzahnten Zahnrad kann direkt oder über eine oder mehrere weitere Getriebestufen mit der Abtriebs­ welle des Getriebes gekoppelt sein.

Die Anordnung kann auch so getroffen sein, daß mehr als eine Getriebestufe mit einer axial verschiebbaren Welle, einem Reibkörper, einem schrägverzahnten Ritzel und einem schrägverzahnten Zahnrad ausgestattet sind. Auf diese Weise tragen mehrere Getriebestufen zu der Wirkung der Lastmomentsperre bei. Bei einem weiteren Ausfüh­ rungsbeispiel ist vorgesehen, daß auf der axial ver­ schiebbaren Welle in der Nähe beider Gehäusewände ein Reibkörper angeordnet ist, so daß die Lastmomentsperre für beide Drehrichtungen wirksam werden kann.

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung anhand der Zeichnungen. Es zeigen:

Fig. 1 ein Getriebe gemäß der Erfindung in einer Schnittansicht,

Fig. 2 ein einfaches Ausführungsbeispiel für einen Reibkörper für ein Getriebe gemäß der Erfindung,

Fig. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel für einen Reib­ körper mit einem O-Ring,

Fig. 4 einen Reibkörper mit einem in einer Ausnehmung einer Zentrierbuchse eingesetzten O-Ring und

Fig. 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Getriebes gemäß der Erfindung mit zwei Reibkörpern für eine in beide Drehrichtungen wirksame Last­ momentsperre.

Das in Fig. 1 in einer Schnittansicht von oben gezeigte Getriebe 1 dient zum Verstellen eines mit einer Zahn­ stange betätigbaren Dachfensters und verfügt bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel über drei Getrie­ bestufen. Das Getriebe 1 ist in einem Getriebegehäuse 2 untergebracht, das aus einem geeigneten Metall oder Kunststoff besteht. In Fig. 1 erkennt man einen Teil der hinteren Gehäusewand 3 sowie einen Teil der vorderen Gehäusewand 4 jeweils im Schnitt.

Zum Verstellen des in Fig. 1 nicht dargestellten Dach­ fensters dient ein an der vorderen Gehäusewand 4 ange­ flanschter elektrischer Antriebsmotor 5. Der Antriebs­ motor 5 ragt mit seiner Antriebsmotorwelle 6 in das Innere des Getriebegehäuses 2 hinein. Am freien Ende der Antriebsmotorwelle 6 ist ein geradverzahntes Motorritzel 7 befestigt, das aus Stahl, Messing oder Kunststoff hergestellt ist.

Das Motorritzel 7 greift mit seinen Zähnen in ein gerad­ verzahntes Antriebszahnrad 8 ein, das auf einer axial verschiebbaren Welle 9 angeordnet ist. Zwischen dem Antriebszahnrad 8 und der Innenseite der vorderen Gehäu­ sewand 4 ist auf der axial verschiebbaren Welle 9 ein scheibenförmiger Reibkörper 10 drehfest mit der axial verschiebbaren Welle 9 verbunden.

Der dem Reibkörper 10 gegenüberliegende Bereich der Innenseite der vorderen Gehäusewand 4 bildet eine Brems­ fläche 11 für den durch einen Spalt 12 zwischen dem Reibkörper 10 und der vorderen Gehäusewand 4 getrennten Reibkörper 10. Die Breite des Spaltes ist in der Größen­ ordnung von 10^-1 mm. Infolge der axialen Verschiebbar­ keit der Welle 9 kann der Reibkörper 10 bis auf die Bremsfläche 11 verschoben werden, wobei der Spalt 12 verschwindet.

Zusätzlich zu dem Reibkörper 10 und dem Antriebszahnrad 8 sind auf der axial verschiebbaren Welle 9 ein schräg­ verzahntes Ritzel 13 sowie eine Preßhülse 14 angeordnet. Die Preßhülse 14 bildet zusammen mit einer in der Zeich­ nung nicht dargestellten und zwischen der Preßhülse 14 und der Innenseite der hinteren Gehäusewand 3 vorge­ sehenen Anlaufscheibe aus Stahl zur Reibungsverminderung einen Anschlag für die Axialbewegung der axial ver­ schiebbaren Welle 9 in Richtung auf die hintere Gehäuse­ wand 3.

In der Nähe der Preßhülse 14 erkennt man in Fig. 1 eine in der hinteren Gehäusewand 3 eingesetzte hintere Lager­ buchse 15. In ähnlicher Weise ist in der vorderen Gehäu­ sewand 4 eine vordere Lagerbuchse 16 für die axial verschiebbare Welle 9 vorgesehen. Im einfachsten Fall sind die Preßhülse 14, das Ritzel 13, das Zahnrad 8 und der Reibkörper 10 mit der axial verschiebbaren Welle 9 fest verbunden. Es ist jedoch auch möglich, statt einer axial verschiebbaren Welle 9 eine in axialer Richtung nicht verschiebbare Achse vorzusehen, wenn das Ritzel 13 drehfest aber axial verschiebbar auf der Achse angeord­ net ist, so daß eine axiale Verschiebung des Ritzels 13 auf den dann ebenfalls drehfest aber auf der Achse axial verschiebbar befestigten Reibkörper 10 übertragen werden kann. Bei der in Fig. 1 dargestellten Reihenfolge der Elemente auf der Achse ist es dann auch erforderlich, daß auch das Antriebszahnrad 8 axial verschiebbar und drehfest auf der Achse befestigt ist, so daß eine Axial­ kraft vom schrägverzahnten Ritzel 13 auf den Reibkörper 10 übertragbar ist und so der Reibkörper 10 gegen die Bremsfläche 11 angedrückt werden kann.

Das axial verschiebbare, schrägverzahnte Ritzel 13 steht mit einem schrägverzahnten Zahnrad 17 in Eingriff und bildet zusammen mit diesem die zweite Getriebestufe des Getriebes 1, wobei die erste Getriebestufe durch das Motorritzel 7 und das Antriebszahnrad 8 gebildet werden. Die dritte Getriebestufe ist bei dem in Fig. 1 darge­ stellten Ausführungsbeispiel durch ein geradverzahntes Abtriebsritzel 18 und ein mit diesem in Eingriff stehen­ den geradverzahnten Abtriebszahnrad 19 realisiert.

Das Abtriebsritzel 18 ist auf einer Zwischenwelle 20 angeordnet und mit dem schrägverzahnten Zahnrad 17 drehfest verbunden. Auf der Zwischenwelle 20 ist weiter­ hin eine Preßhülse 21 vorgesehen. Die freien Enden der Zwischenwelle 20 sind in einer hinteren Lagerbuchse 22 und einer vorderen Lagerbuchse 23 gelagert. In der Zeichnung nicht dargestellte Anlaufscheiben aus Stahl dienen zur Reibungsverminderung zwischen der hinteren Gehäusewand 3 und dem Abtriebsritzel 18 einerseits sowie der Innenseite der vorderen Gehäusewand 4 und der Preß­ hülse 21 andererseits.

Das Abtriebszahnrad 19 ist drehfest mit einer Abtriebs­ welle 24 verbunden, die sich ausgehend von einem vor­ deren Lager 25 quer durch das Getriebegehäuse 2 und durch ein hinteres Lager 26 bis zu einem auf der Ab­ triebswelle 24 befestigten Ritzel 27 erstreckt.

Das Ritzel 27 steht mit einer in Fig. 1 nicht gezeich­ neten Zahnstange in Verbindung, die mit Hilfe des elek­ trischen Antriebsmotors 5 in Längsrichtung verfahren werden kann, um das bereits erwähnte Dachfenster einer Fabrikationshalle oder eine andere Baueinheit in beiden Richtungen zu verstellen.

Falls die Baueinheit, wie beispielsweise ein schweres Dachfenster, bei Stromausfall für den Antriebsmotor ein hohes Gegendrehmoment erzeugt, besteht die Gefahr, daß das Selbsthaltemoment vom Antriebsmotor im allgemeinen nicht ausreicht, ein ungewolltes Zurückverstellen bzw. ungewolltes Schließen eines Dachfensters zu verhindern. Das vorliegende, in Fig. 1 dargestellte Getriebe verfügt über eine Lastmomentsperre, deren Funktionsweise sich aus den nachfolgenden Erläuterungen ergibt.

Wenn das Ritzel 27 und dadurch das Abtriebszahnrad 19 bei einem Torantrieb oder bei einer Einrichtung zur Verstellung von Fenstern durch deren Gewicht in Fig. 1 entgegen dem Uhrzeigersinn mit einem Drehmoment belastet werden und zu einer Drehung des Abtriebszahnrades 19 führen, dreht sich das Abtriebsritzel 18 im Uhrzeiger­ sinn. Dieses Drehmoment wird über die Zwischenwelle 20 auf das schrägverzahnte Zahnrad 17 übertragen, das sich zunächst etwas im Uhrzeigersinn dreht, wobei das schräg­ verzahnte Ritzel 13 sich zunächst entgegen dem Uhr­ zeigersinn dreht. Zusammen mit dem Drehmoment wird jedoch auf das schrägverzahnte Ritzel 13 eine axiale Kraft in Richtung der vorderen Gehäusewand 4 ausgeübt, die zu einer axialen Verschiebung der verschiebbaren Welle 9 und des auf ihr angeordneten Reibkörpers 10 bis zur Anlage gegen die Bremsfläche 11 führt. Infolge der zwei zwischengeschalteten Getriebestufen genügt die Reibung zwischen dem Reibkörper 10 und der Bremsfläche 11, um eine zuverlässige Lastmomentsperre zu erhalten.

Bei der Bremsfläche handelt es sich im einfachsten Fall um die Innenseite der vorderen Gehäusewand 4 oder aber um eine Bremsfläche 11, die durch einen Reibbelag aus Gummi, Stahl, Kunststoff oder Kork auf dem Gehäusewand­ material gebildet ist. Je größer das auf das Ritzel 27 einwirkende Drehmoment ist, um so größer ist die auf den Reibkörper 10 einwirkende Axialkraft und damit die Wirkung der Lastmomentsperre. Die Wirksamkeit der Last­ momentsperre wird durch das Selbsthaltemoment des An­ triebsmotors 5 zusätzlich noch unterstützt.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung befindet sich der Reibkörper 10 zwischen der ersten und zweiten Getriebestufe auf der axial ver­ schiebbaren Welle 9. Wie bereits oben erwähnt, braucht die Welle 9 nicht axial verschiebbar zu sein, wenn das Ritzel 13 und der Reibkörper 10 auf einer Achse axial verschiebbar sind und das Antriebszahnrad 8 ebenfalls auf dieser Achse gelagert ist und mit dem Ritzel 13 drehfest verbunden ist. Weiterhin ist es in diesem Fall erforderlich, daß der Reibkörper 10 drehfest mit dem Ritzel 13 in Verbindung steht, wobei das Antriebszahnrad 8 entweder in der in Fig. 1 dargestellten Position angeordnet sein kann oder aber auf der gegenüberliegen­ den Seite des Ritzels 13 vorgesehen ist.

Bei einem weiteren in der Zeichnung nicht dargestellten Ausführungsbeispiel befindet sich der Reibkörper 10 zwischen dem Motorritzel 7 und der Gehäusewand 4 auf der Antriebsmotorwelle 6, die axial verschiebbar ausgebildet ist. Das Motorritzel 7 ist in diesem Falle schrägver­ zahnt und greift in ein schrägverzahntes Zahnrad 8 ein. In diesem Fall kann auf eine Schrägverzahnung des Rit­ zels 13 und des Zahnrads 17 verzichtet werden. Es ist jedoch auch möglich, nicht nur eine Getriebestufe son­ dern mehrere Getriebestufen mit einer Lastmomentsperre zu versehen, wobei die Wirksamkeit der einzelnen Last­ momentsperre um so höher ist, je größer die Übersetzung der in Abtriebsrichtung nachfolgenden Getriebestufen ist.

In Fig. 2 ist das geradverzahnte Antriebszahnrad 8 zusammen mit dem Reibkörper 10 aus Gummi, Kork, Kunst­ stoff oder Metall vergrößert dargestellt. Weiterhin erkennt man die axial verschiebbare Welle 9, die, wie oben erörtert, durch eine feststehende Achse ersetzt sein kann.

Während in Fig. 2 der Reibkörper 10 aus einem einfachen massiven Reibbelag besteht, zeigt Fig. 3 einen Reibkör­ per, der durch einen O-Ring 28 gebildet ist. Der O-Ring 28 umschließt eine Zentrierbuchse 29, auf der das gerad­ verzahnte Antriebsrad 8 befestigt ist. Wie aus den obigen Erörterungen hervorgeht, kann der O-Ring 28 aber auch auf einer Zentrierbuchse 29 befestigt sein, die einem axial verschiebbaren Motorritzel 7 zugeordnet ist.

Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel für einen Reib­ körper, der durch eine Zentrierbuchse 30 mit einer Ausnehmung 31 realisiert ist, in der ein O-Ring 32 eingesetzt ist. Die O-Ringe 28 und 32 stehen axial über die Zentrierbuchse 29 bzw. 30 über, so daß bei einer axialen Verschiebung eine Bremswirkung zwischen dem O-Ring 28, 32 und einer zugeordneten Bremsfläche 11 er­ zielbar ist.

Statt mehrere Reibkörper 10 in verschiedenen Getriebe­ stufen vorzusehen, ist es auch möglich, zwei Reibkörper 10, 32 einer Getriebestufe in der in Fig. 5 dargestell­ ten Weise zuzuordnen. Bei dem in Fig. 5 dargestellten Ausführungsbeispiel ist statt der in Fig. 1 dargestell­ ten Preßhülse 14 ein zweiter Reibkörper 32 vorgesehen. Je nach der Richtung des auf das schrägverzahnte Zahnrad 17 und das schrägverzahnte Ritzel 13 ausgeübten Dreh­ momentes wird auf das Ritzel 13 in axialer Richtung eine Kraft ausgeübt, die entweder den Reibkörper 10 oder den zweiten Reibkörper 32 gegen die zugeordnete Bremsfläche 11 oder 33 andrückt. Auf diese Weise gestattet das in Fig. 5 dargestellte Getriebe das Bereitstellen einer Lastmomentsperre für beide Drehrichtungen. Um ein uner­ wünschtes Bremsen beim Antrieb durch den Antriebsmotor 5 sicher auszuschließen, ist es zweckmäßig, einen oder beide Reibkörper 10, 32 mit Hilfe einer Federkraft auf Abstand von der zugeordneten Reibfläche 11, 33 zu hal­ ten. Die Federkraft kann z. B. durch auf der Welle 9 angeordnete Spiralfedern erzeugt werden.

Claims (17)

1. Getriebe zum Übertragen der Bewegung der Antriebs­ welle eines Antriebsmotors auf eine Abtriebswelle, insbesondere für einen Stellantrieb, mit einem Getriebegehäuse und einer mechanisch wirkenden Lastmomentsperre, dadurch gekennzeichnet, daß das Getriebe (1) über eine im Getriebegehäuse (2) ange­ ordnete Welle (9) oder Achse verfügt, auf der ein gegen eine Bremsfläche (11, 33) andrückbarer Reib­ körper (10, 32) und ein schrägverzahntes Ritzel (13) angeordnet sind, das mit einem zugeordneten schräg­ verzahnten Zahnrad (17) zur Drehmomentkopplung mit der Abtriebswelle (24) in Eingriff steht und durch das eine axiale Andruckkraft für den Reibkörper (10, 32) erzeugbar ist.

2. Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ritzel (13) zusammen mit seiner Welle (9) und dem Reibkörper (10, 32) axial verschiebbar ist.

3. Getriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Bremsfläche (11, 33) auf der Innenseite einer Gehäusewand (3, 4) des Getriebege­ häuses (2) des Getriebes (1) ausgebildet ist.

4. Getriebe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bremsfläche (11, 33) mit einem Reibbelag versehen ist.

5. Getriebe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Reibbelag aus Gummi, Stahl, Kunststoff oder Kork besteht.

6. Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Reibkörper (10, 32) eine auf der axial verschiebbaren Welle (9) drehfest angeord­ nete Scheibe ist.

7. Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Reibkörper (10, 32) eine auf der Welle (9) befestigte Zentrierbuchse (29) für einen Gummiring (28, 32) aufweist.

8. Getriebe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Gummiring ein entlang dem Umfang der Zen­ trierbuchse (29) verlaufender und axial in Richtung der Bremsfläche (11, 33) überstehender O-Ring (32) ist.

9. Getriebe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Gummiring ein O-Ring (32) ist, der in einer Ausnehmung (31) der Zentrierbuchse (30) eingesetzt ist und aus der Ausnehmung (31) in Richtung auf die Bremsfläche (11, 33) übersteht.

10. Getriebe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das schrägverzahnte Ritzel (13) und der Reibkörper (10, 32) auf der Welle (6) des Antriebsmotors (5) angeordnet sind und die Welle (6) des Antriebsmotors (5) axial ver­ schiebbar ist.

11. Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die den Reibkörper (10, 32) aufweisende axial verschiebbare Welle (9) über ein auf der axial verschiebbaren Welle (9) befestigtes Zahnrad (8) mit einem auf der Welle (6) des An­ triebsmotors (5) befestigten Motorritzel (7) in Eingriff steht.

12. Getriebe nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Zahnrad (8) und das Motorritzel (7) eine gerade Verzahnung aufweisen.

13. Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das schrägverzahnte Zahnrad (17) über eine oder mehrere weitere Getriebestufen mit der Abtriebswelle (24) gekoppelt ist.

14. Getriebe nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß mehr als eine Getriebestufe mit einer axial verschiebbaren Welle (9), einem Reibkörper (10, 32), einem schrägverzahnten Ritzel (13) und einem schräg­ verzahnten Zahnrad (17) ausgestattet ist.

15. Getriebe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebsmotor (5) ein Elektromotor ist.

16. Getriebe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf der axial verschieb­ baren Welle (9) in der Nähe der hinteren Gehäusewand (3) ein zweiter Reibkörper (32) angeordnet ist.

17. Stellantrieb für ein Dachfenster einer Fabrikations­ halle mit einem Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 16.