DE19917673A1 - Schalteinrichtung eines zweistufigen Planetengetriebes - Google Patents
Schalteinrichtung eines zweistufigen PlanetengetriebesInfo
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Abstract
Die Erfindung geht aus von einer Schalteinrichtung eines zweistufigen Planetengetriebes, dessen Antriebswelle (1) mit einem Sonnenrad (12) und dessen Abtriebswelle (2) mit einem Planetenträger (15) verbunden ist, wobei ein Hohlrad (18) des Planetengetriebes über eine Schiebemuffe (19) formschlüssig mit einem Getriebegehäuse (3) oder dem Sonnenrad (12) koppelbar ist und die Schiebemuffe (19) koaxial zur Antriebswelle (3) mittels eines elektrischen Stellglieds (31) in die verschiedenen Schaltpositionen verschiebbar ist. DOLLAR A Es wird vorgeschlagen, daß das Stellglied (31) ein Elektromagnet ist, dessen Anker (33) triebmäßig mit der Schiebemuffe (19) verbunden ist.
Description
Die Erfindung betrifft eine Schalteinrichtung eines
zweistufigen Planetengetriebes nach dem Oberbegriff von
Anspruch 1.
Es ist eine gattungsbildende Schalteinrichtung aus der
Betriebsvorschrift 4261 758 002b zu Zweigang-Schaltgetrie
ben für AC- und DC-Hauptspindelantriebe, 2K10, 2K12, 2K15,
2K2O der ZF Maschinenantriebe GmbH, Februar 1994, bekannt.
Das Getriebe wird hauptsächlich in Werkzeugmaschinenantrie
ben, Dreh-, Fräs- und Bearbeitungszentren verwendet. Als
Antriebsmotoren dienen DC/AC-Hauptspindelmotoren. Die Ge
triebe vergrößern die Leistungsbandbreite der Hauptspindel
motoren, um die Flexibilität der Werkzeugmaschinen bei der
Bearbeitung von unterschiedlichen Werkstoffen bzw. Schnitt
kräften durch hohe Drehmomente oder Drehzahlen zu vergrö
ßern. Die zwei Übersetzungsstufen werden gebildet, indem
einerseits die Antriebswelle, die mit einem Sonnenrad ver
bunden ist, mit einem Hohlrad und andererseits das Hohlrad
mit dem Gehäuse gekoppelt werden kann. Ein Planetenträger
ist mit der Abtriebswelle verbunden.
Eine Schiebemuffe dient als axial bewegliches Verbin
dungsteil zwischen dem Hohlrad und dem Sonnenrad bzw. zwi
schen dem Hohlrad und dem Gehäuse. Sie ist über eine
Schaltgabel mit einer elektrischen Schalteinheit verbunden.
Diese umfaßt einen Schneckenantrieb und eine Rutschkupplung
und wird von einem Gleichstrommotor angetrieben, der achs
parallel zur Antriebswelle angeordnet ist und stirnseitig
über das Getriebegehäuse hinausragt. Der Schneckenantrieb
lenkt die rotierende Bewegung auf eine vertikale Schaltwel
le um, die über ein Ritzel und eine Zahnstange die rotie
rende Bewegung in eine lineare Bewegung umsetzt. Diese wird
über ein Schaltelement auf die Schiebemuffe übertragen. Zur
Endlagenerkennung dienen zwei Endlagenschalter in der
Schaltungseinheit, die zusammen mit dem Endlagenanschlag in
der Schaltung eingestellt werden müssen. Die Schalteinrich
tung ist aufwendig und es ist schwierig, sie bei veränder
ten Anwendungsfällen den räumlichen und antriebsseitigen
Anforderung anzupassen.
Es ist ferner aus der DE 196 28 642 C2 eine elektrome
chanische Schaltvorrichtung für Wechselgetriebe von Kraft
fahrzeugen bekannt, bei der ein Anker eines Elektromagneten
über eine als Umlenkhebel wirkende Schaltscheibe auf eine
Schiebemuffe wirkt. Die Schaltscheibe kann in den verschie
denen Schaltpositionen durch einen Riegelmagneten verrastet
werden. Die Betätigungsstange des Ankers kann auch unmit
telbar an einer Gabel der Schiebemuffe angreifen.
Aus der DD 33 668 ist insbesondere für Kraftfahrzeuge
eine elektromechanisch gesteuerte Schaltvorrichtung für
Zahnräderwechselgetriebe bekannt. Zwei Federn zentrieren
über zwei Anker zweier Elektromagnete ein Getriebeschalt
glied in seiner Mittelstellung. Durch entsprechende unter
schiedliche Ansteuerung der Elektromagnete können zwei an
dere Schaltgassen vorgewählt und positioniert werden. Da
die Elektromagnete im Schaltzustand gegen zwei Federn ar
beiten, ist der Stromverbrauch im geschalteten Zustand be
trächtlich und der Wirkungsgrad nicht zufriedenstellend.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfa
che Schalteinrichtung zu schaffen, die ohne großen Aufwand
an verschiedene Einsatzfälle und Betriebsverhältnisse an
gepaßt werden kann. Sie wird gemäß der Erfindung durch die
Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen
ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Nach der Erfindung ist das Stellglied ein Elektroma
gnet, dessen Anker triebmäßig mit der Schiebemuffe verbun
den ist. Da der Elektromagnet im Vergleich zu einem Schnec
kenantrieb keine Selbsthemmung besitzt, ist es zweckmäßig,
daß der Elektromagnet Rastelemente aufweist, die den Anker
in den Schaltstellungen verrasten. Diese Rastelemente kön
nen federbelastete Kugelelemente sein. Um die Sicherheit zu
erhöhen, ist es jedoch vorteilhaft, daß als Rastelemente
Riegelmagnete verwendet werden, durch die eine formschlüs
sige Rastverbindung gebildet wird.
Der Elektromagnet wird zweckmäßigerweise am Umfang des
Getriebegehäuses achsparallel zur Antriebswelle und zur
Schaltrichtung angebracht. Seine Länge soll das Getriebege
häuse des schmal bauenden Planetengetriebes nicht überra
gen, damit das Getriebe mit Elektromotoren kombiniert wer
den kann, die unterschiedliche Durchmesser besitzen und
gegebenenfalls die Querschnittkontur des Getriebegehäuses
überragen. Ferner lassen sich mit einem Elektromagneten
kurze Schaltzeiten erreichen.
Gemäß einer Ausgestaltung ist zwischen dem Elektromag
neten und der Schiebemuffe ein zweiarmiger Hebel vorgese
hen, der am Getriebegehäuse drehbar gelagert und mit einem
Arm am Anker sowie mit dem anderen Arm an der Schiebemuffe
angelenkt ist. Durch unterschiedliche Hebelarme können die
Schaltkraft und der Schaltweg modifiziert werden. Dabei ist
es zweckmäßig, zwischen dem Getriebegehäuse und dem Elek
tromagneten ein Adaptionsstück anzuordnen, in dem der Hebel
gelagert ist. Dadurch kann der Bereich zur Variation der
Hebelverhältnisse deutlich vergrößert werden.
Um die Reibung zwischen dem Hebel und der Schiebemuffe
zu verringern, ist es zweckmäßig, daß die Schiebemuffe ei
nen äußeren und einen inneren Teil hat. Der äußere Teil ist
über einen axialen Führungsbolzen drehfest, aber axial ver
schiebbar am Getriebegehäuse geführt und mit einem Wälz
lager auf dem inneren Teil drehbar gelagert. So entsteht
zwischen dem Hebel und dem äußeren Teil der Schiebemuffe
keine rotierende Relativbewegung, die sich auf die Schalt
kräfte auswirken könnte. Der innere Teil, der die axiale
Bewegung zwangsweise mitmacht, besitzt eine äußere Kuppel
verzahnung zur Ankoppelung an das Getriebegehäuse und eine
innere Kupplungsverzahnung zur triebmäßigen Verbindung mit
dem Sonnenrad.
Da der Elektromagnet den Endanschlag beinhaltet, kön
nen die Endlagenschalter entfallen und müssen nicht mehr
eingestellt werden. Durch diese Maßnahmen werden Verstell-
und Fehlermöglichkeiten beim Endkunden vermieden. Zur Si
cherheit ist es jedoch zweckmäßig, Endlagenschalter zur
Überwachung der Schaltpositionen und Schalfunktionen vorzu
sehen, diese brauchen aber nicht justiert zu werden.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeich
nungsbeschreibung. In der Zeichnung ist ein Ausführungsbei
spiel der Erfindung dargestellt. Die Beschreibung und die
Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der
Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln
betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusam
menfassen.
Die einzige Figur zeigt einen teilweisen Längsschnitt
durch ein zweistufiges Planetengetriebe mit einer erfin
dungsgemäßen Schalteinrichtung.
Das zweistufige Planetengetriebe besitzt eine An
triebswelle 1 und eine Abtriebswelle 2, die in Lagerdec
keln 4 und 5 eines Getriebegehäuses 3 durch Wälzlager 6
und 17 gelagert sind. Zum Planetengetriebe gehört ein mit
der Antriebswelle 1 triebmäßig verbundenes Sonnenrad 12,
das mit Planetenrädern 13 kämmt. Diese sind auf Planeten
bolzen 14 in einem Planetenträger 15 gelagert, der über
eine Formschlußverbindung 16 mit der Abtriebswelle 2 ver
bunden ist. Die Planetenräder 13 kämmen mit einem Hohl
rad 18, das über ein Wälzlager 42 im Gehäuse 2 drehbar ge
lagert und formschlüssig mit einem Koppelteil 41 verbunden
ist. Das Koppelteil 41 ist über eine äußere Kuppelverzah
nung 44 mit einem inneren Teil 21 einer Schiebemuffe 19
drehfest verbunden. Auf ihm ist ein äußeres Teil 20 einer
Schiebemuffe 19 mittels eines Wälzlagers 22 gelagert. Das
äußere Teil 20 ist im Gehäuse 3 axial verschiebbar auf ei
nem Lagerbolzen 23 geführt, wobei die axiale Verschiebung
vom äußeren Teil über das Wälzlager 22 auf das innere
Teil 21 übertragen wird.
Die Schiebemuffe 19 kann drei Schaltstellungen einneh
men, und zwar eine Neutralstellung, eine erste Schaltstel
lung, bei der sie das Hohlrad 18 über eine Kuppelverzah
nung 43 mit dem Gehäuse 3 koppelt und eine zweite Schalt
stellung, bei der sie das Hohlrad 18 über ein Kuppelteil 8
mit einer Mitnahmeverzahnung 40 und einer Formschlußverbin
dung 11 mit dem Sonnenrad 12 koppelt. Ein Anschlag 7 am
Kuppelteil 8 begrenzt die axiale Verschiebemöglichkeit der
Schiebemuffe 19. Das Kuppelteil 8 ist mit der Antriebswel
le 1 durch eine Nut 9 und eine Feder 10 drehfest verbunden.
An dem äußeren Teil 20 der Schiebemuffe 19 ist ein
Hebel 25 angelenkt, indem ein gabelförmig endender innerer
Arm 26 des Hebels 25 einen Querstift 24 umfaßt, der im äu
ßeren Teil 20 vorgesehen ist. Der Hebel 25 ist seinerseits
auf einem Lagerbolzen 29 drehbar gelagert, der in einem
Adaptionsstück 30 zwischen dem Getriebegehäuse 3 und einem
Elektromagneten 31 angeordnet ist.
Der Elektromagnet 31 ist achsparallel zur Antriebswel
le 1 und Schaltrichtung am Umfang des Getriebegehäuses 3
über das Adaptionsstück 30 befestigt. Er besitzt Magnetspu
len 32, die einen Anker 33 umgeben, der entsprechend der
Polung und Bestromung der Magnetspulen 32 axial verstellt
und in den Schaltpositionen durch nicht näher dargestellte
Rastelemente, z. B. federbelastete Kugelrasten oder vorteil
hafterweise durch formschlüssige Riegelmagnete, verrastet
ist. Der Anker 33 weist an seinen Stirnflächen Stifte 38,
39 auf, die mit Positionsschaltern 36, 37 zusammenwirken
und die Schaltpositionen und damit die Funktion der Schalt
einrichtung überwachen. Bei Fehlermeldungen wird durch ge
eignete, nicht näher dargestellte Mittel ein Alarm ausge
löst und/oder die Maschine stillgesetzt.
Ein zweiter Arm 27 des Hebels 25 ist triebmäßig mit
dem Anker 33 verbunden, indem er durch eine Öffnung 35 der
Magnetspule 32 in eine Querbohrung 34 des Ankers 33 mit
einem Kugelkopf 28 eingreift.
1
Antriebswelle
2
Abtriebswelle
3
Getriebegehäuse
4
Lagerdeckel
5
Lagerdeckel
6
Wälzlager
7
Anschlag
8
Kuppelteil
9
Nut
10
Feder
11
Formschlußverbindung
12
Sonnenrad
13
Planetenrad
14
Planetenbolzen
15
Planetenträger
16
Formschlußverbindung
17
Wälzlager
18
Hohlrad
19
Schiebemuffe
20
äußerer Teil
21
innerer Teil
22
Wälzlager
23
Lagerbolzen
24
Querstift
25
Hebel
26
Arm
27
Arm
28
Kugelkopf
29
Lagerbolzen
30
Adaptionsstück
31
Elektromagnet
32
Magnetspule
33
Anker
34
Querbohrung
35
Öffnung
36
Positionsschalter
37
Positionsschalter
38
Stift
39
Stift
40
Mitnahmeverzahnung
41
Koppelteil
42
Wälzlager
43
Kuppelverzahnung
44
Kuppelverzahnung
Claims (9)
1. Schalteinrichtung eines zweistufigen Planetenge
triebes, dessen Antriebswelle (1) mit einem Sonnenrad (12)
und dessen Abtriebswelle (2) mit einem Planetenträger (15)
verbunden ist, wobei ein Hohlrad (18) des Planetengetriebes
über eine Schiebemuffe (19) formschlüssig mit einem Getrie
begehäuse (3) oder dem Sonnenrad (12) koppelbar ist und die
Schiebemuffe (19) koaxial zur Antriebswelle (1) mittels
eines elektrischen Stellglieds (31) in die verschiedenen
Schaltpositionen verschiebbar ist, dadurch gekenn
zeichnet, daß das Stellglied (31) ein Elektroma
gnet ist, dessen Anker (33) triebmäßig mit der Schiebemuffe
(19) verbunden ist.
2. Schalteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge
kennzeichnet, daß der Elektromagnet (31) Ra
stelemente aufweist, die den Anker (33) in den Schaltstel
lungen verrasten.
3. Schalteinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß das Rastelement ein
Riegelmagnet ist.
4. Schalteinrichtung nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
der Elektromagnet (31) am Umfang und innerhalb der Länge
des Getriebegehäuses (3) achsparallel zur Antriebswelle (1)
angeordnet ist.
5. Schalteinrichtung nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
zwischen dem Elektromagneten (31) und der Schiebemuffe (19)
ein zweiarmiger Hebel (25) vorgesehen ist, der am Getriebe
gehäuse (3) drehbar gelagert und mit einem Arm (27) am An
ker (33) sowie mit dem anderen Arm (26) an der Schiebemuf
fe (19) angelenkt ist.
6. Schalteinrichtung nach Anspruch 5, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Schiebemuffe (19) einen
äußeren Teil (20) hat, der über einen axialen Lagerbol
zen (29) drehfest mit dem Getriebegehäuse (3) verbunden und
mit einem Wälzlager (22) auf einem inneren Teil (21) dreh
bar gelagert ist.
7. Schalteinrichtung nach einem der Ansprüche 5
oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwi
schen dem Getriebegehäuse (3) und dem Elektromagneten (31)
ein Adaptionsstück (30) angeordnet ist, in dem der He
bel (25) gelagert ist.
8. Schalteinrichtung nach einem der Ansprüche 5
oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der
Anker (33) des Elektromagneten (31) eine Querbohrung (34)
aufweist, in die ein Arm (27) des Hebels (25) mit einem
Kugelkopf (28) eingreift.
9. Schalteinrichtung nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
die Schaltstellungen durch Positionsschalter überwacht wer
den.
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