DE3508767C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Untersetzungsgetriebe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein derartiges Untersetzungsgetriebe ist in der nicht vorveröffentlichten älteren Anmeldung EP-01 43 820 B1 beschrieben.

Ein ähnliches Getriebe ist aus der DE-33 04 786 A1 bekannt. Hier sind auch beidseits einer mit zwei Schneckengewinden entgegengesetzt gerichteter Steigungswinkel versehene Schneckenwelle jeweils zwei Stirnräder angeordnet, die mit den Schneckengewinden kämmen. Jedoch greifen die auf jeweils einer Seite der Schnecke angeordneten Stirnräder nicht ineinander. Zwei diagonal angeordnete Stirnräder, von denen jeweils ein Stirnrad auf jeweils einer Seite der Schneckenwelle sich befindet, sind drehfest mit jeweils einem weiteren Stirnrad verbunden, welche mit einem mit der Antriebswelle verbundenen Zahnrad kämmen. Über die Art und Weise der Zahnausbildung der mit den diagonal angeordneten Stirnrädern drehfest verbundenen Stirnräder ist in dieser Druckschrift nichts ausgesagt.

Der DE-OS 28 26 022 ist ein Getriebe mit einem axialen kinematischen Lastausgleich zu entnehmen. Hier erfolgt eine Lastaufteilung von der Eingangsseite her in getrennte Kegelräder, die auf einer Abtriebswelle derart angeordnet sind, daß die Abtriebswelle zum Ausgleich der Toleranzen axial verschiebbar ist und somit ein axialer Lastausgleich automatisch erfolgt. Daher ist kein Axiallager notwendig.

Aus der DE-AS 12 04 907 ist ein Getriebe bekannt, bei dem ein axialer Lastausgleich der Wellen dadurch erfolgt, daß diesen Wellen zwei schrägverzahnte Stirnränder zugeordnet sind, deren Steigungswinkel entgegengesetzt ausgerichtet sind und eine gleiche Steigung haben.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein gattungsgemäßes Getriebe mit einem großen Untersetzungsverhältnis zu schaffen, bei dem sich mit einer einfachen Bauweise die Zahnkräfte drehfest miteinander verbundener Bauteile aufheben.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Bei dieser Lösung weisen auch die zweiten Stirnräder und auch die damit in Eingriff stehenden dritten Stirnräder eine Schrägverzahnung auf. Diese haben jedoch einen anderen Steigungswinkel als die Schrägverzahnung der mit dem Schneckengewinde in Eingriff stehenden ersten Stirnräder. Somit können die auf einer Seite der Schnecke angeordneten Stirnräder, die mit getrennten Schneckengewinden in Eingriff stehen, untereinander auch in Eingriff stehen. Dadurch wird erreicht, daß im Bereich der ersten und zweiten Stirnräder ein axialer kinematischer Lastausgleich automatisch mit einer freien Bewegbarkeit der Welle erfolgt, ebenso wie durch die beiden Schneckengewinde bei der Antriebswelle. Dieser axiale Lastausgleich ist bei großem Untersetzungsverhältnis von besonderem Vorteil und ermöglicht eine einfache und kompakte Bauweise ohne das Vorsehen von Vorkehrungen zum Aufnehmen von relativ hohen Axialkräften. Eine weitere Vergrößerung des Untersetzungverhältnisses ergibt sich durch die Merkmale des Anspruchs 2, und zwar im Zusammenhang damit, daß auch im Bereich der dritten Stirnräder und des vierten Stirnbandes ein Lastausgleich erfolgt. Dies ergibt sich insbesondere dadurch, daß die Schrägverzahnungen der dritten Stirnräder entgegengesetzt gerichtet sind, und zwar mit gleicher Steigung, und daß das vierte Zahrad eine Geradverzahnung aufweist.

Eine weitere vorteilhafte Ausbildung ergibt sich durch die Verwendung eines Planetengetriebes gemäß dem Unteranspruch 3, insbesondere hinsichtlich einer kompakten Bauweise. Dabei ergibt sich eine besonders kompakte Bauweise durch die Weiterbildung des Anspruchs 4.

Die Erfindung wird anschließend anhand eines Ausführungsbei­ spiels näher erläutert, welches sich insbesondere auf ein Untersetzungsgetriebe bezieht, das ein Drehmoment zwischen einem Motor und den Wischern eines Scheibenwischers eines Fahrzeugs überträgt. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Ansicht eines Untersetzungsgetriebes ohne Gehäuse,

Fig. 2 eine Schnittansicht des gleichen Untersetzungsgetriebes entlang der Linie II-II der Fig. 1,

Fig. 3 eine Teilansicht mit einer Darstellung der Zahnkraftverteilung, und

Fig. 4 eine Ansicht einer anderen Ausführungsform analog zur Fig. 2.

Auf einer Antriebsschneckenwelle 201 sind zwei Schneckengewinde 202 und 203 mit gleicher Steigung aber entgegengesetztem Richtungssinn vorgesehen. Die Antriebsschneckenwelle 201 ist in Lagern 204 und 205 drehbar gelagert, die in einem Gehäuse 206 ausgebildet sind. Axiallager sind nicht vorgesehen.

Auf einer Seite der Antriebsschneckenwelle befindet sich ein Stirnrad 207, welches sich auf einer Achse 208 dreht, sowie ein erstes Stirnrad 209, welches mit einem zweiten Stirnrad 210 drehfest verbunden ist und mit ihm eine Anordnung 211 bildet, die sich auf einer Achse 212 dreht. Die Schrägungswinkel der schrägverzahnten Stirnräder 207 und 209 sind gleich groß und von gleichem Richtungssinn.

Auf der entgegengesetzten Seite der Antriebschneckenwelle 201, befinden sich ein Stirnband 307, das sich auf einer Achse 308 dreht, sowie ein erstes Stirnrad 309, das mit einem zweiten Stirnrad 310 drehfest verbunden ist und mit ihm eine Anordnung 311 bildet, die sich auf einer Achse 312 dreht. Die Schrägungswinkel der schrägverzahnten Stirnräder 307 und 309 sind gleich groß und von gleichem Richtungssinn.

Die vier Stirnräder haben den gleichen Durchmesser. Die vier Drehachsen 208, 210, 308, 312 sind parallel. Das Schneckengewinde 202 steht in Eingriff mit dem Stirnrad 207 und mit dem ersten Stirnrad 309 der Anordnung 311. Das Schneckengewinde 203 steht in Eingriff mit dem Stirnrad 307 und mit dem ersten Stirnrad 209 der Anordnung 211. Die beiden Stirnräder 207 und 209 und die Stirnräder 307 und 309 stehen jeweils im Eingriff miteinander. Das zweite Stirnrad 310 der Anordnung 211 und das zweite Stirnrad 310 der Anordnung 311 greifen jeweils in ein drittes Stirnrad 213, 313 ein.

Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die beiden dritten Stirnräder 213 und 313 koaxial und drehfest mit einem vierten Stirnrad 314 mit Geradverzahnung verbunden. Diese Baugruppe 315 ist axial frei beweglich auf einer fest­ stehenden, mit dem Gehäuse 206 verbundenen Achse 315 angeordnet, wozu ein Spiel 316 und 317 gegenüber den Wänden des Gehäuses 206 besteht.

Es wird nunmehr die in Fig. 4 dargestellte Ausführungsform beschrieben.

Ist die Verzahnung des Schneckengewindes 203 rechtsgängig mit einem Steigungswinkel a, so haben die ersten Stirnräder 209 und 307 eine rechtsgängige Schrägverzahnung mit einem Schrägungswinkel a. In diesem Falle ist die Schrägverzahnung des Schneckengewindes 202 linksgängig mit einem Schrägungswinkel a, und die Stirnräder 309 und 207 haben eine linksgängige Schrägverzahnung mit einem Schrägungswinkel a.

Das zweite Stirnrad 210 hat eine rechtsgängige Schrägverzahnung mit einem Schrägungswinkel b. Das zweite Stirnrad 310 hat eine linksgängige Schrägverzahnung mit einem Schrägungswinkel b.

Die dritten Stirnräder 213 bzw. 313 haben eine linksgängige Schrägverzahnung mit einem Schrägungswinkel b, der auf das zweite Stirnrad 210 abgestimmt ist bzw. eine rechtsgängige Schrägverzahnung mit einem Schrägungs­ winkel b, der auf das zweite Stirnrad 310 abgestimmt ist.

Das Übersetzungsverhältnis ist das gleiche für beide Seiten.

Im Betriebszustand des Untersetzungsgetriebes wird ein Antriebsmotor auf die Antriebsschneckenwelle 201 als Eingangsquelle ausgeübt. Dabei sind die axialen und radialen Kraftkomponenten, die auf die Schneckengewinde 202 und 203 wirken entgegengesetzt gerichtet und heben sich als Folge der voraus­ gehend beschriebenen konstruktiven Anordnung auf.

Es wird nunmehr gezeigt, daß das gleiche für die Stirnräder 207, 307 und für die Anordnung 211 und 311 Gültigkeit hat.

Jedes Stirnrad 207, 307 wird seinerseits der zugeordneten Schnecken­ gewinde 202, 203 einer ersten axialen Kraft ausgesetzt, erhält aber jeweils vom Stirnrad 209, 309, mit welchem es im Eingriff steht, eine Reaktionskraft, die sich als eine senkrecht zu seiner Schrägverzahnung wirkende Kraft ausdrückt und eine zweite axiale Kraft erzeugt, die gleich groß wie die erste axiale Kraft und dieser entgegengesetzt ist.

Es wird auf die Fig. 3 Bezug genommen, um zu zeigen, daß sich jede Anordnung 211, 311 gleichfalls in einem Gleichge­ wichtszustand befindet.

Das Schneckengewinde 203 erzeugt an der Schrägverzahnung des Stirnrades 209 eine axiale Kraftkomponente F 1. Bei ihrem Kontakt mit dem Stirnrad 207 nimmt es senkrecht zu seiner in einem Winkel a schräggestellten Schrägverzahnung eine Kraft F 2 auf, die sich in eine Querkomponente F 3 und eine Axialkomponente F 4 unter­ teilt. Ausgehend von dem gleichen Antriebsmoment, welches auf die Schrägverzahnungen mit dem gleichen Schrägungswinkel a ausgeübt wird, haben die Axialkräfte F 1 und F 4 gleiche Größe und gleiche Richtung.

Das zweite Stirnrad 210, welches dem Stirnrad 209 in der Anordnung 211 zugeordnet ist, wird bei seinem Eingriff mit dem vierten Stirnrad 314 einer Kraft F 5 unterworfen, die senkrecht zu seiner mit dem Winkel b schräggestellten Schrägverzahnung wirkt. Diese Kraft F 5 teilt sich in eine radiale Komponente F 6 und eine axiale Komponente F 7, die entgegengesetzten Richtungssinn zu F 1 und F 4 haben.

Jede Anordnung 211, 311 ist in einem Gleichgewichtszustand in axialer Richtung, wenn F 7=F 1+F 4.

Das übertragene Drehmoment c teilt sich zwischen den Schneckengewinden 202 und 203 auf jeweils mit dem Wert c/2. Die Kraft F 3 ist daher gleich diesem Wert, geteilt durch den Teilkreis­ durchmesser Do dieser Schnecken und durch den Tangens des Schrägungswinkels der Schrägverzahnungen. Somit ist

Infolgedessen ist

womit sich ergibt:

Die Radialkraft F 6 auf das Stirnrad 210 verhält sich zur Kraft F 3 auf das Stirnrad 209, wie die Teilkreisdurchmesser dieses Stirnrads, D 1 für das Stirnrad 209 und D 2 für das Stirnrad 210.

Somit ergibt sich:

Somit ergibt sich für die Axialkraft F 7 auf das zweite Stirnrad 210: F 7 = F 6 × tg b.

Daraus leitet sich ab, daß

Jede Anordnung 211, 311 ist im Gleichgewichtszustand in axialer Richtung, falls gilt

Jedes dritte Stirnrad 213, 313 wird als Folge des Schrägungswinkels seiner Schrägverzahnung einer axialen Kraftkomponente unterworfen.

Wie jedoch die Fig. 2 zeigt, sind diese dritten Stirnräder 213, 313 auf einer gleichen Zwischenwelle 315 angeordnet, und ihre Schrägverzahnung sind im entgegengesetzten Sinn schräg­ gestellt, so daß sich die axialen Kraftkomponenten aufheben und die Zwischenwelle 315 keiner resultierenden äußeren axialen Kraft unterworfen ist.

Die zweiten Stirnräder 210, 310, die im Eingriff mit den dritten Stirnrädern 213, 313 stehen, sind an gegenüberliegenden Seiten der Welle 315 angeordnet, die die letztgenannten Stirnräder trägt, so daß die als Folge der Schrägverzahnungen auftretenden radialen Kraftkomponenten ent­ gegengesetzt gerichtet sind und sich zum großen Teil aufheben.

Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform wird die Zwischenwelle 315 im Innern des Gehäuses 206 in einer Mittel­ ebene gehalten, die durch die Mitte der Antriebsschneckenwelle zwischen den Schneckengewinden 202, 203 hindurchtritt. Diese Zwischenwelle 315 trägt zwischen den beiden dritten Stirnrädern 213, 313 ein viertes Stirnrad 314 mit Geradverzahnung, welches im Eingriff mit einem Zahnrad 318 großen Durchmessers steht. Dieses Zahnrad 318 ist mit einer Abtriebswelle 319 drehfest verbunden. Letztere ist rechtwinklig zur Antriebswelle 201 angeordnet, und auf eine Seite des Gehäuses 206 zur vorausgehend aufgeführten Mittelebene ver­ setzt.

Bei der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform ist die Zwischenwelle 315 drehfest mit den dritten Stirnrädern 213, 313 verbunden, hohl ausgebildet und nimmt frei drehbar eine Abtriebswelle 319′ auf, die unmittelbar in Lagern des Gehäuses 206 gelagert ist, so daß die Zwischen­ welle 315 durch die Abtriebswelle 319′ getragen wird. Infolgedessen befindet sich letztere in der genannten Mittel­ ebene, rechtwinklig zur Antriebswelle 201. Das vierte Stirnrad 314 mit einer Geradverzahnung liegt seitlich neben beiden dritten Stirnräder 213, 313 an einem Ende der Zwischenwelle 315. Das Stirnrad 314 steht im Eingriff mit mehreren Planetenrädern 320, die frei drehbar auf einem Planetenträger 321 angeordnet sind. Dieser ist drehfest mit der Abtriebswelle 319′ verbunden. Die Planetenräder 320 stehen auch mit einem Innenzahnkranz 322 im Eingriff, der im Inneren des Gehäuses 206 befestigt ist.

Bei beiden Ausführungsformen ist das vierte Stirnrad 314 mit Geradverzahnung das erste Zahnrad einer Untersetzungsstufe, die es gestattet, die Abtriebswelle 319 oder 319′ im Gehäuse 206 in einer versetzten Stellung oder in einer zentralen Stellung rechtwinklig zur Antriebswelle 201 anzuordnen.

Claims (4)

1. Untersetzungsgetriebe mit einer Antriebsschnecke (201), die zwei entgegengesetzt gerichtete, gleichen Steigungswinkel (a) aufweisende Schneckengewinde (202, 203) hat, die jeweils mit zwei auf gegenüberliegenden Seiten der Schnecke (201) angeordneten Stirnrädern (207, 309; 209, 307) kämmen, von denen jeweils die zwei auf derselben Seite der Schnecke angeordneten Stirnräder (207, 209; 307, 309) miteinander im Eingriff stehen und von denen zwei diagonal angeordnete erste Stirnräder (209, 309) jeweils drehfest mit einem zweiten Stirnrad (210, 310) verbunden sind und die zweiten Stirnräder (210, 310) mit einem dritten Stirnrad (213, 313) kämmen, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Stirnräder (210, 310) mit jeweils einem dritten Stirnrad (213; 313) kämmen und diese dritten Stirnräder drehfest miteinander verbunden sind und daß die zweiten Stirnräder (210, 310) eine Schrägverzahnung aufweisen, deren Schrägungswinkel (b) durch die Beziehung tg a/tg b = D 1/D 2festliegt, wobei
a der Steigungswinkel der Schneckengewinde (202, 203) und der Schrägungswinkel der mit der Schnecke (201) kämmenden Stirnräder (207, 209; 309, 307),
b der Schrägungswinkel der zweiten Stirnräder (210, 310),
D 1 der Teilkreisdurchmesser der ersten Stirnräder (209, 309) und
D 2 der Teilkreisdurchmesser der zweiten Stirnräder (210, 310)
ist.

2. Untersetzungsgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dritten Stirnräder (213, 313) mit einem vierten, eine Geradverzahnung aufweisenden Stirnrad (314) drehfest verbunden sind, das die Abtriebswelle (319) antreibt.

3. Untersetzungsgetriebe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das vierte Stirnrad (314) mit Planetenrädern (320) kämmt, die in einem Planetenträger (321) drehbar gelagert sind, der drehfest mit der Abtriebswelle (319) verbunden ist.

4. Untersetzungsgetriebe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die dritten Stirnräder (213, 313) und das vierte Stirnrad (314) drehbar auf der Abtriebswelle (319) gelagert sind.