DE20021586U1

DE20021586U1 - Getriebekopf

Info

Publication number: DE20021586U1
Application number: DE20021586U
Authority: DE
Original assignee: Andreas Stihl AG and Co KG
Current assignee: Andreas Stihl AG and Co KG
Priority date: 2000-12-21
Filing date: 2000-12-21
Publication date: 2002-02-14
Anticipated expiration: 2010-12-22
Also published as: FR2818575A1; US6769185B2; FR2818575B1; US20020078812A1

Description

Patentanwalt Dipl. Ing. Walter Jackisch & Partner

Menzelstr.4».70192Stuttgart *q &eegr;

Andreas Stihl AG & Co. . A 41 638/kthie

Badstr. 115

71336 Waiblingen

Getriebekopf

Die Erfindung betrifft einen Getriebekopf für ein motorisch angetriebenes, handgeführtes Arbeitsgerät nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein gattungsgemäßer Getriebekopf für ein motorisch angetriebenes, handgeführtes Arbeitsgerät mit schnelldrehendem Schneidwerkzeug, wie etwa bei einem Freischneider oder einem Edger, ist aus einem Kopfgehäuse mit minimierten äußeren Abmessungen gebildet. In dem Kopfgehäuse ist ein vorzugsweise als Kegelradgetriebe ausgebildetes Umlaufgetriebe zum Antrieb des Schneidwerkzeugs angeordnet. Das Kegelradgetriebe ist durch eine Schmierstoffüllung in dem Kopfgehäuse geschmiert. Mit einem gattungsgemäßen Getriebekopf ist eine Anpassung der Drehzahl des Antriebsmotors an das Schneidwerkzeug und eine entsprechende Positionierung des Schneidwerkzeugs am handgeführten Arbeitsgerät bewirkt. Zum Druckausgleich beim Betrieb des handgeführten Arbeitsgerätes zwischen dem Inneren und dem Äußeren des Getriebekopfes ist ein Kanal in einer Zahnradwelle des Umlaufgetriebes oder eine entsprechende Nut in einem Lagersitz für eine Welle des Umlaufgetriebes vorgesehen.

Da beim Betrieb des Getriebekopfes aufgrund der hohen Drehzahlen Betriebstemperaturen von u. U. über 100°C auftreten, ist ein Druckanstieg im Getriebekopf bewirkt, der über den Kanal ausgeglichen wird. Bei gattungsgemäßen Getriebeköpfen kommt es zum Eintrag von Schmierstoff in den Druckaus-

A &Lgr;

gleichskanal und zu Schmierstoffverlusten. Dadurch ist ein Nachfüllen von Schmierstoff in den Getriebekopf erforderlich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen Getriebekopf derart weiterzubilden, daß ein dauerhafter wartungsarmer Betrieb des Getriebekopfes ermöglicht ist.

Diese Aufgabe wird mit einem Getriebekopf mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Um einen Schmierstoffverlust vom Inneren des Kopfgehäuses des Getriebekopfes durch den Kanal in der Zahnradwelle zu vermeiden, ist vorgesehen, den Kanal nahe der inneren öffnung in radialer Richtung bezogen auf die Zahnradwelle zu führen. Die innere Öffnung ist in radialem Abstand zu der Längsachse der Zahnradwelle angeordnet. Auf diese Weise ist sichergestellt, daß kein Schmierstoff, insbesondere Schmierfett beim Betrieb des Getriebekopfes aus dem Inneren des Kopfgehäuses durch die innere Öffnung und den Kanal nach außen treten kann, denn beim Betrieb des Getriebekopfes rotiert die Welle mit dem Zahnrad mit hoher Drehzahl. Um aus dem Kanal ins Freie austreten zu können, müßte der Schmierstoff durch die innere Öffnung radial in Richtung auf den vorzugsweise im Kern der Welle verlaufenden Kanal eintreten - entgegen der herrschenden Zentrifugalkraft. Dies ist auch bei den im Betrieb des Getriebekopfes auftretenden Innendrücken im Kopfgehäuse ausgeschlossen. Dadurch, daß in dem Raumbereich, in dem die innere Öffnung angeordnet ist, hohe Radialbeschleunigungen herrschen, ist gewährleistet, daß an der inneren Öffnung nur verschwindend geringe Anteile an Schmierstoff vorhanden sind, da der

Schmierstoff von den Wandbereichen, an denen die inneren Öffnungen angeordnet sind, weggeschleudert wird.

Weniger massebehaftete Medien wie Luft oder Gas können dabei dennoch entweichen. Der Physik entsprechend kann so ein Druckaufbau im Getriebe und ein damit einhergehender Temperaturanstieg vermieden werden (Isochorengleichung).

Die innere Öffnung kann in axialer Richtung der Welle betrachtet zwischen dem Zahnrad und der Gehäuseinnenwand im Inneren des Kopfgehäuses radial an der Welle oder an einem Schaft des Zahnrades angeordnet sein. Es kann zweckmäßig sein, die innere Öffnung in axialer Richtung der Welle betrachtet, an der dem Inneren des Kopfgehäuses zugewandten Stirnseite des Zahnrades oder mit Abstand von der Stirnseite des Zahnrades anzuordnen.

Die innere Öffnung kann als Sackloch radial von der Mantelfläche der Welle zum Kanal im Inneren der Welle geführt sein. Es kann auch zweckmäßig sein, zwei oder mehrere innere Öffnungen vorzusehen, wobei sich die inneren Öffnungen bevorzugt diametral zur Längsachse der Welle gegenüberliegen. Der Kanal kann als Sackloch mit einer Öffnung zur Außenseite des Getriebekopfes - mit einer äußeren Öffnung also - ausgebildet sein. Der Kanal kann auch als axial verlaufender Durchstich durch die Welle gebildet sein, wobei ein Abschlußelement an dem dem Gehäuseinneren zugewandten Ende der Welle in diesem Fall als axialer Verschluß des Kanals dient. Durch diese konstruktive Maßnahme ist sichergestellt, daß mindestens ein Abschnitt der fluidischen Verbindung zwischen den an der Welle angeordneten inneren Öffnungen und dem Kanal im Inneren der Welle mindestens annähernd radial verläuft.

Es kann auch zweckmäßig sein, den Kanal in dem Abschlußelement selbst weiterzuführen und die innere Öffnung oder eine Vielzahl von Öffnungen in dem Abschlußelement selbst anzuordnen. Auf diese Weise erfolgt eine radiale Verzweigung des Kanals hin zu den inneren Öffnungen in dem Abschlußelement selbst. Bevorzugt greift das Abschlußelement zu diesem Zweck formschlüssig dichtend in den Kanal ein.

Es kann zweckmäßig sein, den Kanal in seinem Querschnitt polygon oder viereckig zu gestalten, wobei der Querschnitt über die axiale Länge des Kanals etwa gleich ist. Mit dieser konstruktiven Maßnahme ist es ermöglicht, einen hohlen Wellenschaft einer Antriebs- oder Abtriebswelle drehfest in dem Kanal festzulegen. Die inneren Öffnungen der Welle haben den Zweck, für den Druckausgleich des Getriebekopfes zu sorgen, so daß die lichte Weite der inneren Öffnungen gering gehalten werden kann. Die lichte Weite der inneren Öffnungen, die in ihrem Querschnitt bevorzugt kreisförmig ausgebildet sind, ist bevorzugt kleiner als die lichte Weite des Kanals. Es kann zweckmäßig sein, das Abschlußelement als zylinderförmiges Drehteil aus Leichtmetall auszubilden. Bevorzugt ist die Welle mit dem Kanal und dem Zahnrad einteilig aus Stahl gebildet. Bevorzugt ist dieses Stahlteil als Schmiedeteil mit anschließender spanabhebender Feinbearbeitung gebildet. Die Welle ist dabei bevorzugt als Nabe des Zahnrades in ihrer axialen Ausdehnung entsprechend begrenzt. In Abhängigkeit von dem Verwendungszweck des Getriebekopfes kann es zweckmäßig sein, das Umlaufgetriebe als gerad- oder schrägverzahntes Stirnradgetriebe auszubilden.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Getriebekopf,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch ein Zahnrad mit einem erfindungsgemäßen Entlüftungskanal,

Fig. 3 einen Längsschnitt durch ein Abschlußelement eines Zahnrads,

Fig. 4 einen Längsschnitt durch ein weiteres Zahnrad mit
einem Entlüftungskanal.

Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch einen Getriebekopf
eines motorisch angetriebenen, handgeführten Arbeitsgerätes,
einem Freischneider. Der Getriebekopf weist ein Kopfgehäuse 2 auf, in dem eine sich über die Höhe des Kopfgehäuses
2 erstreckende Abtriebswelle 20 eines als Kegelradgetriebe 4 ausgebildeten Umlaufgetriebes 3 angeordnet ist. Die Abtriebswelle 20 ist mit zwei Wälzlagern 24, 25 in dem Kopfgehäuse 2 gehalten. Zwischen den Wälzlagern ist auf der Abtriebswelle 20 ein Kegelrad 26 drehfest und im montierten Zustand des Getriebekopfes axial unverschieblich gehalten. Das Kegelrad 26 kämmt mit einem als Kegelrad ausgebildeten Zahnrad 5 einer Antriebswelle 19. Die Abtriebswelle 20
weist an ihrem Umfang in dem Bereich, in dem die Abtriebswelle aus dem Kopfgehäuse 2 ragt, plane Flächen 27 auf, an denen entsprechende Kanten eines scheibenförmigen Sicherungselementes
28 anliegen. Das scheibenförmige, im Querschnitt
wannenförmige Sicherungselement 28 mit zum Kopfgehäuse 2 gerichtetem Rand dient als axialer Anschlag für ein Schneidwerkzeug 1. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Schneidwerkzeug 1 als starres Schneidmesser eines Freischneiders vorgesehen. Das Schneidwerkzeug 1 ist mit Hilfe einer Spannmutter 29 und einer Druckscheibe 30 auf der Abtriebswelle 20 gehalten.

Das Kopfgehäuse 2 ist in seinem Inneren 10 mit einer Schmierstoffüllung 22, vorzugsweise mit Schmierfett versehen. Das Kegelrad 5 ist drehfest auf einer Welle 6 festgelegt. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Zahnrad 5 einteilig mit der Welle 6 ausgebildet. Die Welle 6 übernimmt die Funktion einer Nabe 21 für das Zahnrad 5, wobei die Nabe 21 eine etwa l^-fache axiale Länge wie das Zahnrad 5 hat. Die Nabe 21 durchgreift ein Wälzlager 31. Das Zahnrad 5 ist durch das Wälzlager 31 in dem Kopfgehäuse 2 fliegend gelagert. Die Welle 6 bzw. die Nabe 21 ist mit einem Kanal 7 zur Entlüftung und zum Druckausgleich des Getriebekopfes versehen. Der Kanal 7 weist eine äußere Öffnung 8, die außerhalb des Kopfgehäuses 2 mündet, auf. Von der äußeren Öffnung 8 ist der Kanal 7 zu einer inneren Öffnung 9 im Inneren 10 des Kopfgehäuses 2 geführt. Der Kanal 7 erstreckt sich dabei ausgehend von der äußeren Öffnung 8 etwa koaxial zur Längsachse 13 der Welle 6 bzw. der Nabe 21 in Richtung auf das innen liegende Ende der Welle 6 und geht dann in einen radial verlaufenden Abschnitt des Kanals 7 über, der an den inneren Öffnungen 9, 9¹ an einer Mantelfläche der Welle 6 mündet. Die inneren Öffnungen 9, 9' befinden sich in einer Zone 23 mit geringem Schmierstoffgehalt oder in einer schmierstofffreien Zone im Inneren 10 des Kopfgehäuses 2.

Durch diese konstruktive Maßnahme ist bewirkt, daß eine Entlüftung oder ein Druckausgleich zwischen dem Inneren und dem Äußeren des Kopfgehäuses 2 über die inneren Öffnungen 9, 9', den Kanal 7 und die äußere Öffnung 8 bewirkt ist. Da die inneren Öffnungen 9, 9' in der Zone 23 geringsten Schmierstoffgehaltes angeordnet sind, ist sicher vermieden, daß in die inneren Öffnungen 9, 9¹ Schmierstoff eingetragen wird. Dadurch, daß der Kanal 7 und insbesondere die inneren

Öffnungen 9, 9' in einem mit hoher Drehzahl rotierenden Bauteil angeordnet sind und insbesondere dadurch, daß die inneren Öffnungen 9, 9¹ radial an der Welle 6 oder Nabe 21 angeordnet sind, ist sichergestellt, daß auf einen etwa in den Kanal 7 eingedrungenen Schmierstoffanteil im Betrieb des Getriebekopfes eine Zentrifugalbeschleunigung einwirkt und der Schmierstoffanteil ins Innere des Kopfgehäuses 2 zurückgetragen wird. Auf diese Weise ist ein Schmierstoffverlust aus dem Kopfgehäuse 2 über den Kanal 7 sicher vermieden.

Wie die Fig. 4 in einem Längsschnitt durch ein Zahnrad 5 mit der Nabe 21 zeigt, ist der Kanal 7 mit einem etwa halb so großen Durchmesser 32 wie der Nabendurchmesser 33 gebildet. Der Kanal 7 ist axial durch die Nabe 21 und das mit der Nabe 21 einteilig ausgebildete Zahnrad 5 geführt. Der Kanal 7 ist auf einer Stirnseite 12 des Zahnrades 5 mittels eines zylindrischen Abschlußelementes 14 geschlossen. Das Abschlußelement 14 ist von dem, dem Gehäuseinneren 10 zugewandten Ende 15 der Welle 6 in einer Aufnahmebohrung 34 eingepaßt, vorzugsweise eingepreßt, geklebt oder gelötet oder auf andere geeignete kraft- und/oder formschlüssige Weise an dem axialen Ende 15 festgelegt. Der Kanal 7 ist in dem in Fig. 4 gezeigten Ausführungsbeispiel mit zwei oder mehreren radial verlaufenden Seitenkanälen 7* versehen, die in axialer Richtung der Welle 6 betrachtet zwischen dem Zahnrad 5 und der Gehäuseinnenwand 11 des Kopfgehäuses 2 angeordnet sind und sich bis zu jeweils einer inneren Öffnung 9, 9' hin erstrecken. Bevorzugt befinden sich diese Seitenkanäle T in einem verbreiterten Schaft 37 des Zahnrads 5 und sind bezüglich ihres Durchmessers 35 derart bemessen, daß die Summe der Querschnitte der Seitenkanäle 7' geringer ist als der Querschnitt des einen Durchmesser 32 aufweisenden Kanals 7. Im Ausführungsbeispiel ist der Quer-

schnitt der Öffnungen 9, 9' gleich demjenigen der Seitenkanäle 7 ' .

Wie Fig. 2 in einem Längsschnitt durch das Zahnrad 5 mit der Nabe 21 in einem Teilausschnitt II in Fig. 1 verdeutlicht, kann es zweckmäßig sein, die inneren Öffnungen 9, 9¹ anstelle der in Fig. 4 gezeigten Lage benachbart der dem Inneren 10 des Kopfgehäuses 2 zugewandten Stirnseite 12 des Zahnrades 5 anzuordnen. Zu diesem Zweck ist das Abschlußelement 14 für das axiale Ende 15 der Welle 6 oder der Nabe 21 als Einbauteil, welches die radiale Umlenkung des Kanals 7 in die radial verlaufenden Seitenkanäle 7, 7¹ hin zu den inneren Öffnungen 9, 9^f übernimmt, ausgebildet. Dies verdeutlicht Fig. 3 in einem Längsschnitt durch das Abschlußelement 14.

Es kann zweckmäßig sein, mehr als zwei Seitenkanäle T und innere Öffnungen 9, 9' vorzusehen. Das Abschlußelement 14 ist in gleicher Weise wie das in Fig. 4 gezeigte Abschlußelement 14 in einer Bohrung 34, deren Durchmesser größer als der Kanaldurchmesser 32 ist, festgelegt· Das Abschlußelement 14 ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel zylinderförmig. Der Kanal 7 wird in dem Abschlußelement 14 hin zum Ende 15 in einem erweiterten, röhrenförmigen Stutzen 36 des Abschlußelements 14 geführt. Der Stutzen 36 hat eine axiale Erstreckung, die etwa der Tiefe der Bohrung 34 entspricht. Mit dem Stutzen 36 ist das Abschlußelement 14 in der Bohrung 34 des Zahnrades 5 dichtend festgelegt. Im montierten Zustand des Abschlußelements 14 an dem Zahnrad 5 verläuft der Kanal 7 koaxial zur Wellen- oder Nabenlängsachse 13 in dem Abschlußelement 14. Der Kanal 7 ist in dem Abschlußelement 14 vor der Verzweigungsstelle zu den Seitenkanälen 7' mit einem kleineren Durchmesser 37 als mit dem Durchmesser 32 des Kanals 7 in der Nabe 21 oder Welle 6

ausgebildet. Die Seitenkanäle 7' münden in die inneren öffnungen 9, 9', die im gezeigten Ausführungsbeispiel bezogen auf die Längsachse 13 diametral gegenüberliegend an der Welle oder Nabe angeordnet sind. Die inneren Öffnungen 9, 9' haben eine lichte Weite von etwa 3 mm und sind bevorzugt mit kreisförmigem Querschnitt gebildet.

Das Abschlußelement 14 taucht im montierten Zustand des Getriebekopfes zunächst in die Schmierstoffüllung 22 im Inneren 10 des Kopfgehäuses 2 ein. Beim Betrieb des Umlaufgetriebes rotiert das Abschlußelement 14 mit gleicher Drehzahl wie das Zahnrad 5 oder die das Zahnrad 5 antreibende Antriebswelle 19. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel können dies etwa 10 000 Umdrehungen pro Minute sein. Etwa an den inneren Öffnungen 9, 9¹ anliegender Schmierstoff wird dadurch von der Mantelfläche des Abschlußelementes 14 abgeschleudert und die inneren Öffnungen 9, 9¹ liegen frei im Kopfgehäuse. Es bildet sich eine permanente schmierstofffreie Zone 23, in der lediglich Schmierstoff als Film an dem Abschlußelement 14 haftet. Die Zone 23 ist im Längsschnitt in Fig. 1 betrachtet etwa halbkugelförmig um das Abschlußelement 14 gelegt. Der Schmierstoff ist bevorzugt hochviskoses Fett. Es kann zweckmäßig sein, das Abschlußelement 14 als Drehteil aus Leichtmetall, vorzugsweise Aluminium auszubilden und den Sockel des Abschlußelements 14 mit einer Preßpassung in der Bohrung 34 des Zahnrads 5 festzulegen. Es ist zudem zweckmäßig, das Querschnittsprofil des Kanals 7 über einen großen Teil seiner axialen Länge etwa gleich auszubilden. Vorzugsweise ist das Querschnittsprofil polygon oder viereckig. Auf diese Weise ist es ermöglicht, einen komplementär zu dem Profil gestalteten Wellenschaft 16 der Antriebswelle 19 drehfest in dem Kanal 7 anzuordnen. Damit durch diese Maßnahme der Druckausgleich im Kanal 7 nicht behindert ist, ist der Wellenschaft 16 mit

·*
• t

• ■

Spiel im Kanal 7 drehfest gehalten, er kann aber auch mit einer Längsnut oder als Hohlprofil ausgebildet sein. Der Wellenschaft 16 ist bevorzugt lösbar in den Kanal 7 eingeschoben. Es kann auch zweckmäßig sein, die Öffnungen 8 und 9 mit dem Kanal 7 als Teil der Abtriebswelle 20 auszubilden und den Druckausgleich und die Entlüftung des Getriebekopfes über die Abtriebswelle 20 durchzuführen.

Anstelle eines Kegelgetriebes sind alle Arten von Umlaufgetrieben in Abhängigkeit von dem vorgesehenen Einsatzzweck des Getriebekopfes anwendbar.

4 16 38b

Claims

1. Getriebekopf für ein motorisch angetriebenes, handgeführtes Arbeitsgerät zum Antrieb eines Schneidwerkzeugs (1), bestehend aus einem Kopfgehäuse (2) mit einem Umlaufgetriebe (3), vorzugsweise einem Kegelradgetriebe (4), wobei zumindest ein Zahnrad (5) des Umlaufgetriebes (3) drehfest auf einer Welle (6) festgelegt ist und ein Kanal (7) zur Entlüftung des Kopfgehäuses (2) in der Welle (6) in einer äußeren Öffnung (8) außerhalb des Kopfgehäuses (2) und in einer inneren Öffnung (9) im Inneren (10) des Kopfgehäuses (2) mündet, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Öffnung (9) durch mindestens einen im wesentlichen radial zu der Längsachse (13) der Welle (6) verlaufenden Abschnitt des Kanals (7) gebildet ist.

2. Getriebekopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Öffnung (9) in axialer Richtung der Welle (6) betrachtet zwischen dem Zahnrad (5) und der Gehäuseinnenwand (11) des Kopfgehäuses (2) im Inneren (10) des Kopfgehäuses (2) mündet.

3. Getriebekopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Öffnung (9) in axialer Richtung dar Welle (6) betrachtet an der dem Inneren (10) des Kopfgehäuses (2) zugewandten Stirnseite (12) des Zahnrades (5) angeordnet ist.

4. Getriebekopf nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (7) mit zwei inneren Öffnungen (9, 9') in das Kopfgehäuse (2) mündet.

5. Getriebekopf nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die inneren Öffnungen (9, 9') diametral zur Wellenlängsachse (13) der Welle (6) gegenüberliegen.

6. Getriebekopf nach einem der Ansprüche 1, 2, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (7) mit einem an einem dem Inneren (10) des Kopfgehäuses (2) zugewandten Ende (15) der Welle (6) vorgesehenem Abschlußelement (10) abgeschlossen ist.

7. Getriebekopf nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Abschlußelement (14) aus Leichtmetall gebildet ist, vorzugsweise ein zylinderförmiges Drehteil ist und in den Kanal (7) eingepreßt ist.

8. Getriebekopf nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (7) in das Abschlußelement (14) geführt ist und die innere Öffnung (9) an einer Mantelfläche des Abschlußelementes (14) angeordnet ist.

9. Getriebekopf nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Abschlußelement (14) mit einem Stutzen (36) in den Kanal (7) eingreift und auf diese Weise in der Welle (6) gehalten ist.

10. Getriebekopf nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsform des Kanals (7) zur formschlüssigen Aufnahme eines Wellenschaftes (16) ausgebildet ist.

11. Getriebekopf nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsform polygon und vorzugsweise über die Länge des Kanals (7) etwa gleich ist.

12. Getriebekopf nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der inneren Öffnung (9) bzw. Öffnungen (9, 9') kleiner ist als der Querschnitt des Kanals (7).

13. Getriebekopf nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die im wesentlichen radial verlaufenden Abschnitte des Kanals (7) durch radiale Seitenkanäle (7') gebildet sind.

14. Getriebekopf nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlwelle (6) einteilig mit dem Zahnrad (5) als dessen Nabe (21) ausgebildet ist.

15. Getriebekopf nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Umlaufgetriebe (3) ein gerad- oder schrägverzahntes Stirnradgetriebe ist.