-
Die Erfindung betrifft eine schaltbare Welle-Nabe-Verbindung und eine Vorrichtung, umfassend einen Hauptantrieb und einen als Ersatzantrieb oder Zusatzantrieb zuschaltbaren Hilfsantrieb.
-
Es ist bekannt, bei Welle-Nabe-Verbindung eine Hohlwelle, also Nabe, mit einer Welle, insbesondere Vollwelle, zu verbinden.
-
Aus der
DE 199 57 062 64 ist eine Kupplung bekannt, wobei ein Ersatzweg für Drehmomentübertragung bei Versagen eines Hauptübertragungswegs aktiviert wird.
-
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, den Umweltschutz zu verbessern.
-
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei der schaltbaren Welle-Nabe-Verbindung nach den in Anspruch 1 und bei der Vorrichtung, umfassend einen Hauptantrieb und einen als Ersatzantrieb oder Zusatzantrieb zuschaltbaren Hilfsantrieb, nach den in Anspruch 8 angegebenen Merkmalen gelöst.
-
Wichtige Merkmale der Erfindung bei der schaltbaren Welle-Nabe-Verbindung sind, dass sie eine Vollwelle mit Außenverzahnung und eine Hohlwelle mit Innenverzahnung aufweist,
wobei die Vollwelle in der Hohlwelle drehbar gelagert ist,
wobei ein Kupplungsteil, welches eine Außenverzahnung und eine Innenverzahnung aufweist, in einen Zwischenraum zwischen Hohlwelle und Vollwelle einschiebbar ist, so dass die Außenverzahnung des Kupplungsteils mit der Innenverzahnung der Hohlwelle und die Innenverzahnung des Kupplungsteils mit der Außenverzahnung der Vollwelle in Eingriff bringbar ist,
insbesondere zum Durchleiten eines Drehmoments von der Vollwelle an die Hohlwelle.
-
Von Vorteil ist dabei, dass bei Ausfall eines Hauptantriebs ein Ersatzantrieb zuschaltbar ist und somit die Standzeit der Anlage verlängerbar ist. Hierdurch ist der Umweltschutz verbessert, da eine Erneuerung der Anlage erst nach verlängerter Standzeit notwendig ist.
-
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Vollwelle in der Hohlwelle drehbar gelagert mittels eines Kugellager, Rillenlager, eines sonstigen Wälzlagers oder mittels eines Gleitlagers. Von Vorteil ist dabei, dass die Vollwelle und somit dasjenige Getriebe zu dem die Vollwelle Abtriebswelle ist, lagerbar ist in der Hohlwelle. Um das Mitdrehen des Getriebes mit der Vollwelle bei an die Hohlwelle gekoppelter Vollwelle zu vermeiden, ist eine Drehmomentabstützung für das Getriebe notwendig. Die Vollwelle ist im abgeschalteten Zustand der Verbindung, also Kupplung, frei drehbar innerhalb der Hohlwelle.
-
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Vollwelle in der Hohlwelle drehbar gelagert, so dass die Außenverzahnung der Vollwelle und die Innenverzahnung der Hohlwelle zumindest einen axialen Teilbereich gemeinsam überdecken. Von Vorteil ist dabei, dass das Kupplungsteil axial kompakt ausführbar ist.
-
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Kupplungsteil axial verschiebbar angeordnet, insbesondere mittels eines Betätigungsmittels, insbesondere eines manuell betätigbaren oder eines mittels eines elektrisch, hydraulisch oder pneumatisch betreibbaren Linearaktors. Von Vorteil ist dabei, dass ein Hin- und Herschieben des Kupplungsteils einfach oder automatisiert und daher abhängig von Sensorsignalen ausführbar ist.
-
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Verzahnungen Evolventenverzahnungen oder Vielkeilverzahnungen, insbesondere ausgeführt nach DIN 5680. Von Vorteil ist dabei, dass eine einfache kostengünstige Herstellung der Verzahnung ausführbar ist. Außerdem ist die Tragfähigkeit der Vielkeilverzahnung groß und das Spiel klein oder nicht vorhanden.
-
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung wird die axiale Verschiebung des Kupplungsteils von einer Steuerelektronik bewirkt, insbesondere mittels eines Aktors, wobei die Steuerelektronik mit einem Mittel zur Erfassung einer Drehzahl, insbesondere der Vollwelle und/oder der Hohlwelle, und/oder eines zwischen Vollwelle und Hohlwelle übertragenen Drehmoments verbunden ist, insbesondere zur Erfassung der zwischen Vollwelle und Hohlwelle relativ vorhandenen Drehzahl,
insbesondere wobei nur bei Unterschreiten eines kritischen Wertes der erfassten Größe ein Einschieben des Kupplungsteils von der Steuerelektronik bewirkt wird. Von Vorteil ist dabei, dass bei Erkennen des Ausfalls des Hauptantriebs und Unterschreiten des kritischen Wertes somit die Zuschaltung erfolgt, so dass beim Zuschalten keine gefährliche Belastung des Kupplungsteils eintritt.
-
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die axiale Länge der Innenverzahnung der Hohlwelle größer als die axiale Länge der Vollwelle, insbesondere Vollwelle und Hohlwelle axial derart relativ zueinander angeordnet sind, dass bei axialem Einführen des Kupplungsteils in den Zwischenraum zuerst die Außenverzahnung des Kupplungsteils mit der Innenverzahnung der Hohlwelle und danach die Innenverzahnung des Kupplungsteils mit der Außenverzahnung der Vollwelle in Eingriff kommt. Von Vorteil ist dabei, dass zunächst das massearme Kupplungsteil auf Drehzahl gebracht wird, also synchronisiert oder winkellagemäßig ausgerichtet und formschlüssig verbunden wird mit der Hohlwelle und danach ein Einkuppeln an die Vollwelle, also formschlüssiges Verbinden des Kupplungsteils mit der Vollwelle, erfolgt. Dabei ist die Drehzahl klein, so dass beim Einfädeln der Zähne der Innenverzahnung des Kupplungsteils in Zahnlücken der Außenverzahnung der Vollwelle ein sehr schnelles axiales Bewegen des Kupplungsteils erreichbar ist, insbesondere innerhalb eines beim Einfädeln auftretenden Spiels. Die relative Drehzahl zwischen Vollwelle und Hohlwelle ist entsprechend niedrig.
-
Wichtige Merkmale bei der Vorrichtung, umfassend einen Hauptantrieb und einen als Ersatzantrieb oder Zusatzantrieb zuschaltbaren Hilfsantrieb, sind, dass der Hilfsantrieb eine Vollwelle aufweist, die mittels einer schaltbaren Welle-Nabe-Verbindung, insbesondere nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, zuschaltbar ist,
wobei die Hohlwelle der schaltbaren Welle-Nabe-Verbindung antreibbar ist vom Hauptantrieb.
-
Von Vorteil ist dabei, dass die Hohlwelle mit dem Abtrieb des Hauptantriebs verbunden ist und nach dessen Ausfall der Hilfsantrieb zuschaltbar ist, indem die in der Hohlwelle angeordnete Vollwelle der Welle-Nabe-Verbindung zugeschaltet wird.
-
Bei einer alternativen Ausführung ist Vollwelle und Hohlwelle vertauscht vorgesehen.
-
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Vorrichtung ein Bandantrieb. Von Vorteil ist dabei, dass auf beiden Bandseiten ein Antrieb auf Schwingen montierbar ist, wobei einer der Antriebe der Hauptantrieb und der andere der Hilfsantrieb ist.
-
Wichtige Merkmale bei dem Verfahren zum Betreiben einer schaltbaren Welle-Nabe-Verbindung sind, dass
- – Werte einer Größe, wie die Drehzahl der Welle und/oder Nabe und/oder das übertragene Drehmoment, erfasst werden, insbesondere in zeitlichen Abständen wiederholend,
- – bei Versagen des Hauptantriebs und Unterschreitens eines kritischen Wertes der Größe das Schalten der Verbindung ausgeführt wird,
- – insbesondere wobei in einem ersten Schritt die Außenverzahnung eines Kupplungsteils mit der Innenverzahnung der Nabe, also Hohlwelle, in Eingriff gebracht wird und in einem nachfolgenden Schritt die Innenverzahnung des Kupplungsteils mit der Innenverzahnung der Welle, also Vollwelle, in Eingriff gebracht wird.
-
Von Vorteil ist dabei, dass ein Zuschalten gesichert erfolgt, also derart, dass das Kupplungsteil und die Verzahnungen geschützt bleiben. Somit ist der Umweltschutz erhöht, insbesondere auch deshalb, weil der Verschleiß des Kupplungsteils verringert ist durch die genannten Schutzmaßnahmen.
-
Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen. Die Erfindung ist nicht auf die Merkmalskombination der Ansprüche beschränkt. Für den Fachmann ergeben sich weitere sinnvolle Kombinationsmöglichkeiten von Ansprüchen und/oder einzelnen Anspruchsmerkmalen und/oder Merkmalen der Beschreibung und/oder der Figuren, insbesondere aus der Aufgabenstellung und/oder der sich durch Vergleich mit dem Stand der Technik stellenden Aufgabe.
-
Die Erfindung wird nun anhand von Abbildungen näher erläutert:
In der 1 sind die Bauteile einer erfindungsgemäßen Welle-Nabe-Verbindung gezeigt.
-
Hierbei ist eine Hohlwelle 1 mit zwei Lagerbereichen ausgestattet zur Lagerung einer Vollwelle 2. Die Die Lager sind als Gleitlager und/oder als Rillenlager ausführbar.
-
In der 1 sind die Lagerbereiche (3, 4) an der Hohlwelle symbolisiert.
-
Bei Einschieben der Vollwelle 2 in die Hohlwelle 1 kommen die auf der Vollwelle 2 angeordneten Lagersitze (3, 4) in Wirkverbindung mit den an der Hohlwelle angeordneten Lagerbereichen (3, 4), insbesondere ab einer vorgesehenen axialen Einschiebeposition.
-
Das Einschieben ist beendet, wenn die Außenverzahnung 7 der Vollwelle 2 vollständig axial in die Innenverzahnung 5 der Hohlwelle 1 eingeschoben ist. Dabei sind diese beiden Verzahnungen nicht im Eingriff. Denn der kleinste Innendurchmesser der Hohlwelle 1 im Verzahnungsbereich der Innenverzahnung 5 ist größer als der größte Außendurchmesser im Verzahnungsbereich der Außenverzahnung 7.
-
Nur durch axiales Einschieben des Kupplungsteils 8 ist ein Koppeln der beiden Wellen (1, 2) ausführbar. Hierzu ist das Kupplungsteil 8 mit einer Innenverzahnung 9 und einer Außenverzahnung 10 ausgeführt. Dabei ist im zwischen die Vollwelle 2 und Hohlwelle 1 eingeschobenen Zustand des Kupplungsteils 8 die Außenverzahnung 10 des Kupplungsteils 8 mit der Innenverzahnung 5 im Eingriff ist, so dass Drehmoment übertragbar ist. Außerdem ist im zwischen die Vollwelle 2 und Hohlwelle 1 eingeschobenen Zustand des Kupplungsteils 8 die Innenverzahnung 9 des Kupplungsteils 8 mit der Außenverzahnung 7 im Eingriff ist, so dass Drehmoment übertragbar ist.
-
Das Kupplungsteil 8 ist mittels eines Betätigungsmittels 11 verschiebbar. Dieses Betätigungsmittel 11 ist entweder von Hand betätigbar oder mittels eines Aktors, der von einer Steuerelektronik gesteuert wird, die ein Einkuppeln des Kupplungsteils 8 nur unterhalb einer kritischen Drehzahldifferenz zwischen Vollwelle und Hohlwelle zulässt. Hierzu ist vorzugsweise zumindest ein Mittel zur Drehzahlerfassung zumindest einer Wellen (1, 2) mit der Steuerelektronik verbunden.
-
In der 1 ist mit Bezugszeichen A die axiale Längendifferenz zwischen der Vorderkante der Innenverzahnung der Hohlwelle und der Vorderkante Außenverzahnung des Kupplungsteils gekennzeichnet, wobei diese Längendifferenz ein vorauseilendes Kontaktieren des Kupplungsteils beim Einschieben ermöglicht. Mit Vorderkante ist dabei die dem Kupplungsteil zugewandte, axial begrenzende, axiale Position des von der jeweiligen Verzahnung überdeckten axialen Bereichs gemeint. Diese Bereichsgrenze der Innenverzahnung der Hohlwelle ist dabei geeignet für einen sozusagen vorauseilenden Kontakt mit der Außenverzahnung des Kupplungsteils bezüglich des nacheilenden Kontakts der Innenverzahnung des Kupplungsteils mit der Außenverzahnung der Vollwelle.
-
Zu Beginn des Einkuppelns des Kupplungsteils 8 zwischen die Wellen (1, 2) kommt das Kupplungsteil 8 zunächst nur mit seiner Außenverzahnung 10 in Eingriff mit der Innenverzahnung 5 der Hohlwelle 1. Somit wird das Kupplungsteil mitgedreht mit der Hohlwelle 1. Bei weiterem axialen Einschieben des Kupplungsteils 8 kommt die Innenverzahnung 9 des Kupplungsteils 8 mit der Außenverzahnung 7 der Vollwelle 2 in Eingriff und überträgt Drehmoment. Hierbei ist die relative Drehgeschwindigkeit und insbesondere das Drehmoment möglichst klein gewählt, so dass auch bei geringer axialer Überdeckung der Verzahnungen kein zu großes Drehmoment, also ein für die Zähne der Verzahnungen gefährliches Drehmoment, auftritt.
-
Die Verzahnungen sind vorzugsweise ausgeführt als Vielkeilverzahnungen nach DIN 5480.
-
Die Außenverzahnung 7 der Vollwelle 2 ist an ihrem ersten axialen Endbereich angeordnet und vorzugsweise einstückig mit der Vollwelle 2 ausgeführt, also in diese eingearbeitet.
-
Die Vollwelle 2 weist an ihrem zweiten axialen Endbereich, welcher am von der Außenverzahnung 7 abgewandten Endbereich der Vollwelle 2 angeordnet ist, einen Flansch 6 auf zur Verbindung mit einem drehenden Teil einer anzutreibenden Maschine oder Anlage.
-
Die Hohlwelle 1 ist vorzugsweise mit der als Vollwelle 2 ausgeführten Abtriebswelle eines Getriebes verbindbar. Mittels des Kupplungsteils 8 ist also das Getriebe zuschaltbar und somit die Maschine oder Anlage vom Getriebe antreibbar.
-
Die Innenverzahnung 5 der Hohlwelle 1 weist eine größere axiale Länge auf als die Außenverzahnung 7 der Vollwelle 2.
-
Die Vollwelle 2 ist über die Lager an den Lagerbereichen (3, 4) in der Hohlwelle 1 gelagert.
-
Vorzugsweise ist das Getriebe auf einer Schwinge montiert, insbesondere zusammen mit einem Elektromotor, der die eintreibende Welle des Getriebes antreibt. Die Vollwelle 2 ist bei entferntem Kupplungsteil 8 in der Hohlwelle 1 frei drehbar.
-
Somit sind also an der Maschine oder Anlage zwei Antriebe vorsehbar, wobei ein Hauptantrieb die Maschine oder Anlage antreibt und das Getriebe von einem Hilfsantrieb umfasst ist. Die Hohlwelle 1 des Getriebes ist dabei derart mit der Maschine verbunden, dass bei betriebenem Hauptantrieb die Hohlwelle 1 mitgedreht wird, also von der Abtriebswelle des Hauptantriebs angetrieben wird. Dabei wird durch die drehbare Lagerung der Vollwelle 2 in der Hohlwelle 1 die Vollwelle 2 nicht mitgedreht.
-
Nach Ausfall des Hauptantriebs ist das Kupplungsteil 8 axial einschiebbar und somit der Hilfsantrieb als Ersatzantrieb für den Hauptantrieb aktivierbar und zuschaltbar. Dadurch wird dann die Hohlwelle 1 von der Vollwelle 2 des Getriebes angetrieben.
-
Bei weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen ist Vollwelle und Hohlwelle vertauscht, also die Hohlwelle die Abtriebswelle des Getriebes des Hilfsantriebs und die Vollwelle im ausgeschalteten Zustand vom Haupatantrieb angetrieben.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Hohlwelle
- 2
- Vollwelle
- 3
- Lagersitz
- 4
- Lagersitz
- 5
- Innenverzahnung
- 6
- Flansch
- 7
- Außenverzahnung
- 8
- Kupplungsteil
- 9
- Innenverzahnung
- 10
- Außenverzahnung
- 11
- Betätigungsmittel zur axialen Verschiebung
- A
- axiale Längendifferenz zwischen der Innenverzahnung der Hohlwelle und Außenverzahnung des Kupplungsteils
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
-
Zitierte Nicht-Patentliteratur
-
- DIN 5680 [0011]
- DIN 5480 [0030]