DE4343484A1 - Zahnradgetriebe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Zahnradgetriebe für ein drehange­ triebenes Werkzeug, insbesondere Kreissägeblatt, Fräswerkzeug od. dgl., gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Ein derartiges bekanntes Getriebe, welches beispielsweise zum Antrieb einer Kreissäge verwendet wird, ist in der Fig. 2 dargestellt. Eine Antriebs- beziehungsweise Getriebeeingangs­ welle 1 steht beispielsweise über einen Riemenantrieb mit der Welle 2 eines Elektromotors (nicht gezeigt) in Verbindung. Über mehrere Vorgelegewellen 3-5 mit entsprechenden Zahn­ radpaarungen gelangt die Antriebskraft auf eine Abtriebs- be­ ziehungsweise Sägewelle 6. Die Sägewelle 6 steht mit einem Vorspannzweig 7 in Verbindung, welcher einen Torsionsstab 8 aufweist. An einem Ende der Sägewelle 6 ist das Kreissäge­ blatt 9, z. B. über einen mit der Sägewelle 6 verbundenen Flansch 9.1, befestigt.

Das Problem beim Kreissägen besteht allgemein darin, daß nur etwa ein Drittel des Werkzeugdurchmessers, d. h. des Durchmes­ sers des Sägeblattes, für die Bearbeitung des Werkstückes ge­ nutzt werden kann. Große Werkstückabmessungen erfordern ent­ sprechend hohe Sägeblattdurchmesser. Da die Schnittgeschwin­ digkeit durch die Eigenschaft des Schneidstoffes nach oben begrenzt ist, müssen außerordentlich hohe Getriebeübersetzun­ gen ins Langsame realisiert werden. Aufgrund der hohen zu übertragenden Schnittmomente werden hierfür zweckmäßigerweise Stirnradgetriebe mit einer entsprechend hohen Anzahl an Ge­ triebewellen und Übersetzungsstufen, wie dies die Fig. 2 prinzipiell zeigt, eingesetzt. Jede Übersetzungsstufe bildet aber eine diskrete Torsionsfeder, wobei das gesamte Getriebe damit als eine Serienschaltung mehrerer derartiger Torsions­ federn beschrieben werden kann. Hieraus resultiert eine uner­ wünscht hohe Torsionsnachgiebigkeit mit dem Nachteil, daß bei dynamischen Belastungsfällen, d. h. einer unterschiedlichen Lastamplitude, ein Zahnflankenschlagen mit einer extremen Be­ lastung der Zahnflanken im Getriebe auftritt.

Mit Hilfe des Vorspannzweiges, der mit der Sägewelle in Ver­ bindung steht und welcher den Torsionsstab umfaßt, soll eine Vorspannung der Zahnräder im Lastzweig erzeugt werden, um ein spielfreies Kämmen der Zahnflanken der entsprechenden Zahn­ radpaarungen zu erreichen.

Bei im wesentlichen konstanter Last kann mit einem derartigen Vorspannzweig auch eine Verbesserung des Zahneingriffes und eine Reduzierung des Zahnradspieles im Getriebe erreicht wer­ den.

Das durch den Torsionsstab im Vorspannzweig erzeugte Torsionsmoment ist jedoch konstant und relativ klein. Belastungsspitzen, d. h. ein Ansteigen und Abfallen einer auf das Sägeblatt, bedingt durch die Schnittführung einwirkenden, veränderlichen Kraft, können jedoch nur unzureichend gedämpft werden. Hierdurch heben die sich im Eingriff befindlichen Zahnflanken der entsprechenden Zahnradpaarungen kurzzeitig ab beziehungsweise schlagen nach Entlastung gegeneinander. Die hierdurch im Getriebe entstehenden Lastschwingungen werden über die Sägewelle auf das Sägeblatt, unter Umständen durch Resonanzbildung sogar verstärkt, zurückübertragen. Durch diese Rückkopplung wird die Schnittqualität verschlechtert, und der Verschleiß des Sägeblattes erhöht sich. Bei extremen Dauerbelastungen können darüber hinaus Schäden an den Zahn­ flanken des Getriebes sowie ein Bruch des Torsionsstabes auf­ treten.

Die bekannten Getriebe weisen zusammenfassend den Nachteil auf, daß zum einen ein Zahnflankenschlagen nur unzureichend gedämpft oder verhindert werden kann und daß zum anderen durch die erforderlichen Getriebeübersetzungen mit einer Vielzahl von Getriebewellen und Übersetzungsstufen die Tor­ sionssteifigkeit des Getriebes insgesamt zu gering ist. Auch ist baulich ein gesonderter Vorspannzweig erforderlich.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Zahnradgetriebe für ein drehangetriebenes Werkzeug, insbesondere Kreissägeblatt, Fräswerkzeug od. dgl., anzugeben, welches über eine hohe Tor­ sionssteifigkeit und einen einfachen Aufbau verfügt, wobei weiterhin das Getriebe in der Lage sein soll, auch bei sich stark und schnell ändernden Lastgrößen, ein hohes Drehmoment ohne Zahnflankenschlagen zu übertragen.

Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt mit den Merkma­ len des Patentanspruches 1, wobei die Unteransprüche minde­ stens zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Ge­ genstandes des Hauptanspruches umfassen.

Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, durch ein spe­ zielles Lastverteilgetriebe zum einen die geforderte hohe Torsionssteifigkeit zu erreichen und zum anderen ohne einen separaten Vorspannzweig spielfrei hohe Drehmomente auf unter­ schiedliche, sich ändernde Lasten einwirken zu lassen.

Hierfür weist das Lastverteilgetriebe eine Antriebswelle auf, welche axial verschiebbar gelagert ist und wobei die Antriebswelle mit einer einstellbaren Axialkraft, z. B. über einen Hydraulikantrieb, beaufschlagt wird. Auf der Antriebs­ welle sind erfindungsgemäß mindestens zwei Lastverteilungs­ zahnräder mit gegenläufiger Schrägverzahnung angeordnet, die jeweils mit einem auf je einer Übertragungswelle angeordneten Zwischenritzel in Eingriff stehen beziehungsweise kämmen. Die Übertragungswellen wirken über jeweils ein am anderen Ende angeordnetes Antriebsritzel mit einem auf einer Abtriebswelle angeordneten Abtriebsritzel zusammen. Die Abtriebswelle, die zum Beispiel ein Teil der Sägespindel darstellen kann, ver­ fügt beispielsweise über einen Flansch zur Aufnahme des Werk­ zeuges, z. B. eines Sägeblattes.

Durch die Ausbildung mehrerer, bei einer bevorzugten Ausfüh­ rungsform der Erfindung von zwei Übertragungswellen, kann eine doppelte Leistung bei gleichzeitig erhöhter Steifigkeit, d. h. verringerter Torsion des Getriebes, realisiert werden. Durch das Einstellen einer Vorspannkraft wird über die An­ triebswelle und die Zahnradpaarungen mit Schrägverzahnung das gesamte erfindungsgemäße Getriebe vorgespannt.

Die Lastverteilungszahnräder stellen sich dabei selbsttätig axial ein. Aufgrund der Doppelschrägverzahnung sind die Axi­ alkraftkomponenten einander entgegengerichtet. Durch eine in Abhängigkeit des Belastungsfalles des Getriebes erfolgende Einstellung der Axialkraft wird mittels der Übertragungs­ wellen auf die Abtriebswelle beziehungsweise Spindel einer­ seits ein positives und andererseits ein negatives Moment übertragen. Die vorerwähnten, sich in der Summe gegenseitig aufhebenden Momente sichern die gewünschte Spielfreiheit der Zahnradpaarungen des Getriebes.

Die erfindungsgemäße Art der Einwirkung einer Vorspannkraft im Sinne einer sich gegenseitig aufhebenden Verspannung zwi­ schen den Flanken der Ritzel des Getriebes und die Lastver­ teilung mittels der doppelschrägverzahnten Lastverteilungs­ zahnräder und der Übertragungswellen führt nicht nur zu einer Verbesserung der Laufruhe, sondern auch zu einer besonders hohen Steifigkeit des Getriebes.

Dadurch, daß entgegen bekannter Getriebe ein elastisches Vor­ spannelement fehlt, tritt auch kein unerwünschtes Zahnflan­ kenschlagen auf. Dies deshalb, da die einstellbare axiale Vorspannkraft in einer bevorzugten Ausführungsform mittels einer hydraulischen Antriebseinheit erzielt wird. Das Maß der Vorspannkraft verbleibt durch die nicht komprimierbare Hydraulikflüssigkeit auf einem konstanten Wert. Unerwünschte Veränderungen der Vorspannkraft der Zahnräder im Lastzweig, wie dies bedingt durch Wölbbehinderung und Trägheit bei Tor­ sionsstäben der Fall ist, werden vermieden.

Durch die erreichte hohe Torsionssteifigkeit des Getriebes und der im wesentlichen auf die gleichen zu übertragenden Mo­ mente abgestimmten Dimensionierung der Lastverteilungszahnrä­ der und der Übertragungswellen sowie der Möglichkeit, mittels eines regelbaren Hydraulik- od. dgl. Antriebes eine ge­ wünschte, konstante Vorspannkraft einzustellen, kann beson­ ders vorteilhaft das Getriebe auf ein Spitzenlastmoment des Werkzeuges voreingestellt werden. Dadurch kann die Werk­ zeugstandzeit verlängert und die Schnittqualität erhöht wer­ den. Durch die Einstellbarkeit der Vorspannkraft ist es mög­ lich, das Getriebe auf unterschiedliche Schnittbedingungen, z. B. beim Ansägen, anzupassen. Ebenso kann auf sich ständig ändernde Schnittbedingungen, wie dies zum Beispiel beim Sägen eines Rohres quer zur Längsrichtung der Fall ist, reagiert werden.

Die Erfindung soll nunmehr nachstehend anhand eines Ausfüh­ rungsbeispiels und von Figuren näher erläutert werden. Hier­ bei zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht des prinzipiellen Auf­ baues des erfindungsgemäßen Zahnradgetriebes und

Fig. 2 die Darstellung eines bekannten Getriebes mit Vor­ spannzweig für eine Kreissägemaschine.

Das Zahnradgetriebe für ein drehangetriebenes Werkzeug gemäß Fig. 1 weist eine Antriebswelle 10 auf, welche axial beweg­ lich gelagert ist. Die Antriebswelle 10 besitzt an ihrem einen Wellenende, bezogen zur Wellenachse 10′, doppelschräg­ verzahnte Lastverteilungszahnräder 12, 13. Die Lastvertei­ lungszahnräder 12, 13 sind im gezeigten Beispiel um einen vorgegebenen Abstand auf der Wellenachse 10′ befestigt, so daß jeweils ein Lastverteilungszahnrad 12, 13 ungehindert mit jeweils einem passend schrägverzahnten, an je einem Ende ei­ ner Übertragungswelle 14, 15 drehfest angeordneten Zwi­ schenräder 16, 17 in Eingriff bringbar ist beziehungsweise miteinander kämmen kann. Der vorerwähnte Abstand zwischen den Lastverteilungszahnrädern 12 und 13 ist unkritisch, sollte jedoch nicht zu groß gewählt werden, damit keine unerwünschte Torsion in diesem Teil der Antriebswelle 10 auftritt.

Am jeweils anderen Ende der bereits erwähnten Übertragungs­ wellen 14, 15 sind schräg verzahnte Antriebsritzel 18, 19 an­ geordnet, die mit einem auf einer Abtriebswelle 20 angeordne­ ten Abtriebsrad 21 kämmen.

Es sei an dieser Stelle angemerkt, daß gemäß einem Ausfüh­ rungsbeispiel der Erfindung zum Übertragen größerer Momente jeweils jedes der Lastverteilungszahnräder 12, 13 als doppel­ schrägverzahntes Ritzel ausgebildet sein kann, welches je mit einem jeweils entsprechenden doppelschrägverzahnten Zwischen­ rad 16, 17 zusammenwirkt. Wesentlich ist jedoch, daß dann z. B. das doppelschrägverzahnte Ritzel 12 eine gegenläufige Schrägverzahnung, bezogen auf das Ritzel 13, aufweist.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel können zwei Antriebs­ wellen mit jeweils einem Paar von doppelschrägverzahnten Lastverteilungszahnrädern vorgesehen sein, wobei jedes Paar mit jeweils zwei Zwischenritzeln zusammenwirkt, so daß insge­ samt vier Übertragungswellen vorgesehen sind. Die jeweils auf jeder Übertragungswelle angeordneten Antriebsritzel wirken dann auf ein oder zwei, auf der Abtriebswelle beabstandet an­ geordnete Abtriebsritzel 21 ein.

Bei den Ausführungsbeispielen mit mehreren Antriebswellen 10 erfolgt ein entsprechend synchrones Betreiben derselben.

Die Abtriebswelle 20, die beispielsweise einen Teil einer Spindel 30 einer Kreissägemaschine bilden kann, weist einen Flansch 40 zur Befestigung eines Sägeblattes, welches mit dem Bezugszeichen 50 angedeutet ist, auf.

Es liegt im Sinne der Erfindung, daß anstelle des Sägeblattes 50 am Flansch 40 auch ein Fräswerkzeug oder dergleichen befe­ stigt werden kann. Ebenso ist es möglich, am Flansch 40 ein Kurbelgetriebe zur Umwandlung der rotierenden Bewegung in eine hin- und hergehende Bewegung, z. B. zum Betreiben einer Hobelmaschine, anzuordnen.

Die Antriebswelle 10 wird zur Erzeugung einer Vorspannkraft, die als gewünschte Verspannung über die Schrägverzahnungen der Zahnradpaarungen zur Spielfreiheit im gesamten Getriebe führt, mittels z. B. eines regelbaren Hydraulikantriebes (nicht gezeigt) mit einer Axialkraft beaufschlagt. Hierfür steht beispielsweise die Antriebswelle 10 mit dem Kolben ei­ nes Hydraulikzylinders in Verbindung, wobei die Krafteinwir­ kung auf die Antriebswelle 10 in axiale Richtung durch die Verdrängung des Kolbens im Zylinder gesteuert werden kann.

Beim gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Wellenachsen 10′, 14′, 15′, 20′ der Antriebs-, Übertragungs- und Abtriebswellen 10, 14, 15, 20 parallel zueinander angeordnet. Im Falle der parallelen Anordnung der Wellenachsen sind die schrägverzahn­ ten Ritzel jeweils als Außenradpaar oder Innenradpaar aus­ führbar. Ebenso ist es möglich, daß die Zahnradpaarungen, je­ weils bestehend aus Lastverteilungszahnrad 12, 13 und Zwi­ schenritzel 16, 17, und bestehend aus den Antriebsritzeln 18 und 19 sowie dem Abtriebsritzel 21, kombiniert als Außenrad- und Innenradpaarung ausgebildet werden. Für die Wahl der je­ weiligen Paarungsart sind die konstruktiven und baulichen Verhältnissen, die für die Aufnahme des Getriebes zur berück­ sichtigen sind, maßgebend.

Die auf der axial beweglich gelagerten, mit einer einstellba­ ren axialen Vorspannkraft beaufschlagten Antriebswelle 10 angeordneten Lastverteilungszahnräder 12, 13, die Zwischen­ räder 16, 17, die Antriebsritzel 18, 19 und das mindestens eine Abtriebsritzel 21 bilden ein spielfreies Lastverteilge­ triebe mit Mehrfachritzelantrieb der Abtriebswelle 20.

Im Zusammenwirken mit der axialen verschiebbaren Lagerung der Antriebswelle 10, der Einwirkung der axialen Vorspannkraft mittels der Hydraulikeinheit und der gegenläufig beziehungs­ weise doppelschrägverzahnten Lastverteilungszahnräder 12, 13 entstehen im Lastverteilgetriebe entgegengesetzt gerichtete, sich im wesentlichen gegenseitig aufhebende Axialkraftkompo­ nenten. Diese Axialkraftkomponenten üben Kräfte auf die käm­ menden Ritzelzahnflanken derart aus, daß das Getriebe insge­ samt spielfrei ist und ein Zahnschlagen bei wechselnder Last vermieden wird.

Durch die einstellbare axiale Vorspannkraft ist es möglich, das Getriebe von vornherein auf maximale und/oder veränder­ liche Lasten, die werkstück- oder werkzeugbedingt sind, vor­ einzustellen. Ebenso kann durch eine einfache Steuerung des Hydraulikantriebes auf sich verändernde Schnittbedingungen, wie dies beispielsweise beim Zertrennen eines Rohres quer zur Längsrichtung der Fall ist, reagiert werden, ohne daß Torsionsschwingungen des Sägeblattes oder ein unerwünscht hoher Werkzeugverschleiß auftritt.

Dadurch, daß das erfindungsgemäße Getriebe zum einen über eine Lastverteilung, zum anderen eine einstellbare Vorspann­ kraft mit dem Ziel der Spielfreiheit der in Eingriff befind­ lichen Zahnflanken verfügt, wird eine hohe Standzeit einer mit dem erfindungsgemäßen Getriebe ausgerüsteten Werkzeugma­ schine, z. B. einer Kreissäge, erreicht. Die Spielfreiheit des Getriebes bleibt aufgrund der konstanten Vorspannkraft auch dann erhalten, wenn Belastungs- oder Entlastungsspitzen auf das Werkzeug einwirken. Ein Abheben der Zahnflanken mit nach­ folgendem Zahnflankenschlagen wird mit Sicherheit ausge­ schlossen.

Claims (9)

1. Zahnradgetriebe für ein drehangetriebenes Werkzeug, ins­ besondere Kreissägeblatt, Fräswerkzeug od. dgl., umfas­ send
eine Antriebswelle (10), Zahnradpaarungen, eine Ab­ triebswelle (20) sowie mit der Abtriebswelle (20) ver­ bundene Mittel (40) zur Kraftübertragung und Befestigung des Werkzeuges (50),
dadurch gekennzeichnet, daß

• - die Antriebswelle (10) drehfest verbundene und bezogen zur Wellenachse (10′) doppelschrägverzahnte Lastverteilungszahnräder (12, 13) aufweist, wobei jedes Lastverteilungszahnrad (12, 13) mit mindestens einem jeweils schrägverzahnten, an je einem Ende einer Übertragungswelle (14, 15) drehfest angeordneten Zwischenrad (16, 17) in Eingriff steht,
• - am jeweils gegenüberliegenden Ende jeder Übertragungs­ welle (14, 15) je ein mit der Übertragungswelle (14, 15) drehfest verbundenes, schrägverzahntes Antriebs­ ritzel (18, 19) angeordnet ist,
• - die schrägverzahnten Antriebsritzel (18, 19) mit min­ destens einem, auf der Abtriebswelle (20) drehfest verbundenen, schrägverzahnten Abtriebsrad (21) in Eingriff stehen und
• - daß die die Lastverteilungszahnräder (12, 13) tragende Antriebswelle (10) axial verschiebbar gelagert und mit einer einstellbaren axialen Vorspannkraft beaufschlag­ bar ist.

2. Zahnradgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebswelle (10) zur Einstellung der axialen Vorspannkraft mit einem regelbaren mechanischen, elektro-mechanischen, hydraulischen, pneumatischen oder hydro-pneumatischen Antrieb in Verbindung steht.

3. Zahnradgetriebe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellenachse (10′) der Antriebswelle (10) sowie die Wellenachsen (14′, 15′) der Übertragungswellen (14, 15) und die Abtriebswelle (20′) parallel zueinander angeordnet sind.

4. Zahnradgetriebe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnradpaarung zwischen den Lastverteilungszahn­ rädern (12, 13) und den Zwischenrädern (16, 17) jeweils als Außenradpaar oder als Innenradpaar ausgebildet ist.

5. Zahnradgetriebe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnradpaarung zwischen den Antriebsritzeln (18, 19) und dem mindestens einen Abtriebsrad (21) jeweils als Außenradpaar oder als Innenradpaar ausgebildet ist.

6. Zahnradgetriebe nach einem der vorangegangenen Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die auf der axial verschiebbar gelagerten, mit einer einstellbaren axialen Vorspannkraft beaufschlagten An­ triebswelle (10) angeordneten Lastverteilungszahnräder (12, 13), die Zwischenräder (16, 17), die Antriebsritzel (18, 19) und das mindestens eine Abtriebsrad (21) ein spiel freies Lastverteilgetriebe mit einem Mehrfach­ ritzelantrieb der Abtriebswelle (20) bilden.

7. Zahnradgetriebe nach einem der vorangegangenen Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Antriebswelle (10) zwei gegenläufig schrägverzahnte Lastverteilungszahnräder (12, 13) angeordnet sind, wobei jedes der Lastverteilungs­ zahnräder (12, 13) mit jeweils einem an einem Ende von zwei Übertragungswellen (14, 15) angeordneten Zwischenräder (16, 17) kämmt.

8. Zahnradgetriebe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß im Zusammenwirken mit der axial verschiebbaren Lagerung der Antriebswelle (10) und der Einwirkung der axialen Vorspannkraft über die Antriebswelle (10) und die gegenläufig bzw. doppelschrägverzahnten Lastverteilungszahnräder (12, 13) sich im Lastverteilgetriebe entgegengesetzt gerichtete, sich im wesentlichen gegenseitig aufhebende Axialkraftkomponenten zwischen den Ritzeln derart ein­ stellen, daß eine Spielfreiheit des Getriebes erreicht und Zahnschlagen im Lastverteilgetriebe vermieden wird.

9. Zahnradgetriebe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Vorspannkraft entsprechend einer durch das Werkzeug in das Lastverteilgetriebe übertragenen konstanten oder in seiner Amplitude veränderlichen Last einstellbar oder voreinstellbar wird.