WO1995018927A1

WO1995018927A1 - Drive unit with one drive and at least one driven shaft

Info

Publication number: WO1995018927A1
Application number: PCT/DE1995/000004
Authority: WO
Inventors: Wilhelm König
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1994-01-04
Filing date: 1995-01-04
Publication date: 1995-07-13
Anticipated expiration: 1996-07-04
Also published as: DE4400036C2; EP0733171A1; DE4400036A1

Abstract

The description relates to a drive unit with one drive and one driven (4) shaft. The invention is characterised in that there is a vessel (1) secured in rotation with the first shaft and containing a medium (6) and that one end of the second shaft (4) on which there is a drive unit projects into the (1) vessel and effectively engages with the medium (6).

Description

Getriebeeinheit mit einer treibenden und mindestens einer angetriebenen WelleGear unit with a driving and at least one driven shaft

B e s c h r e i b u n gDescription

Technisches GebietTechnical field

Die Erfindung bezieht sich auf ein Getriebeeinheit gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, sowie auf eine Antriebs- Vorrichtung für eine Hochgeschwindigkeitsspindel, mit einem Antriebsaggregat, das über eine Getriebe- bzw. Über¬ tragungseinheit die Hochgeschwindigkeitsspindel dreht.The invention relates to a gear unit according to the preamble of claim 1, and to a drive device for a high-speed spindle, with a drive unit which rotates the high-speed spindle via a gear or transmission unit.

Stand der TechnikState of the art

Gemäß dem Stand der Technik weisen die Getriebeeinheiten für Hochgeschwindigkeitsspindeln Zahnrad- und/oder Riemen- Übertragungselemente auf.According to the prior art, the gear units for high-speed spindles have gear and / or belt transmission elements.

Bei Übertragungsgeschwindigkeiten von wenigstens 200 m/s liegt bei Zahnradgetrieben die Problematik in der Schmie¬ rung, während bei der Riemenübertragung das Abheben des Riemens und die Laufruhe problematisch sind.At transmission speeds of at least 200 m / s, the problem with gear transmissions lies in lubrication, while lifting off the belt and smooth running are problematic in belt transmission.

Die vorstehend genannten Probleme bei Zahnrad- bzw. Rie¬ men-Übertragungselementen können nur mit einem vergleichs¬ weise hohen technischen Aufwand gelöst werden.The above-mentioned problems with gear or belt transmission elements can only be solved with a comparatively high technical outlay.

Die US-PS 2,753,731 beschreibt einen Kraftübertragungs- mechanismus, bei dem in einen Behälter Zähne eingearbeitet sind, die in ein Zahnrad eingreifen, wobei die Zähne aus einem elastischen Material gefertigt sind. Damit wird die Lärmentwicklung beim Betrieb der Vorrichtung verringert. Diese Vorrichtung ist allerdings nicht für sich schnell drehende Kraftübertragungsmechanismen geeignet und außer¬ dem ist der Verschleiß der verwendeten Teile sehr hoch. Darstellung der ErfindungUS Pat. No. 2,753,731 describes a power transmission mechanism in which teeth are machined into a container and engage a gearwheel, the teeth being made of an elastic material. This reduces the noise development during the operation of the device. However, this device is not suitable for rapidly rotating power transmission mechanisms and, in addition, the wear of the parts used is very high. Presentation of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Getriebe¬ einheit gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine entsprechend aufgebaute Antriebsvorrichtung für eine Hoch¬ geschwindigkeitsspindel derart weiterzubilden, daß ohne großen technischen Aufwand Übertragungsgeschwindigkeiten von wenigstens 200 m/s realisiert werden können.The invention has for its object to develop a transmission unit according to the preamble of claim 1 and a correspondingly constructed drive device for a high-speed spindle such that transmission speeds of at least 200 m / s can be achieved without great technical effort.

Eine erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist im Patent¬ anspruch 1 angegeben. Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Ansprüche 2 bis 15.An inventive solution to this problem is specified in claim 1. Further developments of the invention are the subject of claims 2 to 15.

Bevorzugte Verwendungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den Ansprüchen 16 folgende angegeben.Preferred uses of the device according to the invention are specified in claims 16 and the following.

Erfindungsgemäß ist erkannt worden, daß die Mitführung eines Mediums durch einen Behälter, der mit einer ersten Welle drehfest verbunden ist, geeignet ist, eine weitere Welle, von der ein Teil exzentrisch in dem Behälter ange¬ ordnet ist, und an deren in dem Behälter befindlichen Ende eine Antriebseinheit vorgesehen ist, dadurch anzutreiben, daß die Antriebseinheit mit dem Medium in Wirkverbindung tritt, so daß die zweite Welle zu einer Rotation mit er¬ höhter Geschwindigkeit gezwungen wird.According to the invention, it has been recognized that the carrying of a medium through a container, which is connected to a first shaft in a rotationally fixed manner, is suitable, another shaft, a part of which is arranged eccentrically in the container, and on the one located in the container At the end of a drive unit is provided to drive in that the drive unit comes into operative connection with the medium, so that the second shaft is forced to rotate at an increased speed.

Der Behälter kann viele Formen haben, insbesondere kann er nach Anspruch 2 trommeiförmig sein. Eine derartige Ausge¬ staltung des Behälters wird bevorzugt für z.B. Zentrifugen verwandt und eignet sich also für schnelle Rotationen.The container can have many shapes, in particular it can be drum-shaped according to claim 2. Such a design of the container is preferred for e.g. Centrifuges are related and are therefore suitable for fast rotations.

Die Wirkverbindung zwischen dem Medium und der Antriebs- einheit sollte derart gestaltet sein, daß eine Bewegung des Mediums eine Rotation der Antriebseinheit mit oder ohne Schlupf mit hohem Wirkungsgrad hervorruft .The active connection between the medium and the drive unit should be designed such that a movement of the medium causes rotation of the drive unit with or without slip with high efficiency.

Nach Anspruch 4 ist die erste Welle mit einem Antriebs¬ aggregat verbunden, wodurch eine im Verhältnis langsamere Drehbewegung in eine wesentlich schnellere Drehbewegung umgewandelt werden kann.According to claim 4, the first shaft is connected to a drive unit, whereby a relatively slower rotary movement can be converted into a much faster rotary movement.

Der umgekehrte Fall ist in Anspruch 5 aufgeführt, wonach die zweite Welle mit einem Antriebsaggregat verbunden ist . Durch diese erfindungsgemäße Ausgestaltung ist es möglich z.B. eine sich sehr schnell drehende Turbine auf eine Rotationsgeschwindigkeit zu transformieren, die unter Verwendung von üblicherweise verwendeten Vorrichtungen handhabbar ist.The reverse case is set out in claim 5, according to which the second shaft is connected to a drive unit. With this configuration according to the invention it is possible e.g. transform a very fast rotating turbine to a rotational speed that can be handled using commonly used devices.

Bei Verwendung von Flüssigkeit als Medium entstehen bei hohen Rotationsfrequenzen z.B. Wirbel, die zu Nebelbildung führen können. Außerdem birgt die Verwendung von Flüssig¬ keit ohne weitere Hilfsmittel den Nachteil, daß ein ver¬ gleichsweise großer Schlupf vorhanden sein kann. Dieser Nachteil wird erfindungsgemäß entsprechend Anspruch 6 vermieden, indem die Innenwand des Behälters eine Profi¬ lierung aufweist, durch die das Medium durch die Drehung des Behälters in Rotation versetzt wird.When using liquid as a medium, high rotation frequencies e.g. Eddies that can lead to the formation of fog. In addition, the use of liquid without additional aids has the disadvantage that a comparatively large amount of slip can be present. This disadvantage is avoided according to the invention in accordance with claim 6 in that the inner wall of the container has a profiling by means of which the medium is set in rotation by the rotation of the container.

Die Profilierung kann gemäß Anspruch 7 Zähne aufweisen, die in Richtung auf die Drehachse gerichtet sind. Diese Zähne können gemäß Anspruch 8 die Zähne eines Zahnriemens sein.The profiling can have teeth which are directed in the direction of the axis of rotation. According to claim 8, these teeth can be the teeth of a toothed belt.

Das verwendete Medium kann eine Flüssigkeit wie Öl sein oder ein Gas wie Luft sowie ein mit einer Flüssigkeit geschwängertes Gas sein. Vorzugsweise wird als Gas ein Gas verwendet, dessen Dichte größer ist als die von Luft. Das Trennmedium wird von Zähnen, die in die Zähne der Profi¬ lierung vorzugsweise ohne Berührung eingreifen, über die durch die Rotation entstehende Kompression hinaus weiter komprimiert, so daß die ineinander greifenden Zähne ohne Probleme voneinander getrennt werden können.The medium used can be a liquid such as oil or a gas such as air and a gas impregnated with a liquid. A gas is preferably used as the gas used, the density of which is greater than that of air. The separation medium is further compressed by teeth which engage the teeth of the profiling, preferably without contact, beyond the compression resulting from the rotation, so that the intermeshing teeth can be separated from one another without problems.

Vorteilhaft wird gemäß Anspruch 10 die Zähigkeit des Mediums so gewählt, daß die Umfangsgeschwindigkeit des Antriebsrades in etwa gleich der Umfangsgeschwindigkeit der Behälters ist.Advantageously, the viscosity of the medium is selected so that the peripheral speed of the drive wheel is approximately equal to the peripheral speed of the container.

Als Antriebsaggregate eignen sich alle gängigen Motoren, wie beispielsweise Elektromotoren.All common motors, such as electric motors, are suitable as drive units.

Erfindungsgemäß ist ferner erkannt worden, daß das Entwei¬ chen des Mediums wenn möglich vermieden wenn nicht sogar verhindert werden sollte. Dieses kann entsprechend An¬ spruch 12 dadurch geschehen, daß der Behälter, der ein Zentrifugenkörper sein kann, eine Wandung aufweist, die es ermöglicht, ein Medium mitzubewegen, ohne bzw. im wesent¬ lichen ohne daß diese an den Seiten entweichen kann.According to the invention, it has also been recognized that the escape of the medium should be avoided if possible, if not prevented. This can be done according to claim 12 in that the container, which can be a centrifuge body, has a wall that makes it possible to move a medium with it, or essentially without it being able to escape on the sides.

Das Antriebsrad bzw. die Antriebseinheit kann nach An¬ spruch 13 ein Turbinenrad sein, das vorteilsweise dann verwendet wird, wenn hohe Rotationsgeschwindigkeiten vor¬ liegen oder nach Anspruch 14 ein Zahnrad.According to claim 13, the drive wheel or the drive unit can be a turbine wheel, which is advantageously used when there are high rotational speeds or, according to claim 14, a gear wheel.

Erfindungsgemäß kann das Getriebe genutzt werden, um nach Anspruch 15 eine Antriebsvorrichtung für ein Abtragswerk¬ zeug, insbesondere eine Hochgeschwindigkeitsspindel, anzu¬ geben. Dabei ist an die zweite Welle das antriebsseitige Ende des Abtragwerkzeuges bzw. der Spindel angeordnet, an dem ein Antriebsrad angebracht ist, das durch die Drehung des Behälters und die damit erzwungene Rotation des Me¬ diums mit hoher Geschwindigkeit gedreht wird.According to the invention, the transmission can be used to provide a drive device for a removal tool, in particular a high-speed spindle. In this case, the drive-side end of the removal tool or the spindle, to which a drive wheel is attached, which is caused by the rotation, is arranged on the second shaft of the container and the rotation of the medium thus forced is rotated at high speed.

Erfindungsgemäß können die vorgenannten Vorrichtungen zum Antrieb einer Schleifscheibe verwendet werden. Die Schleifscheibe kann zum Schleifen von Glas oder eines optischen Kunststoffmaterials dienen.According to the invention, the aforementioned devices can be used to drive a grinding wheel. The grinding wheel can be used to grind glass or an optical plastic material.

Ein bevorzugter Verwendungsbereich liegt bei einer Um¬ fangsgeschwindigkeit der Spindel zwischen 200 und 600 m/s.A preferred area of use is for a circumferential speed of the spindle between 200 and 600 m / s.

Kurze Beschreibung der ZeichnungBrief description of the drawing

Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des all¬ gemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungsbei- spielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung exemplarisch beschrieben, auf die im übrigen bezüglich der Offenbarung aller im Text nicht näher erläuterten erfindungsgemäßen Einzelheiten ausdrücklich verwiesen wird. Es zeigen:The invention is described below by way of example without limitation of the general inventive concept on the basis of exemplary embodiments with reference to the drawing, to which reference is expressly made with regard to the disclosure of all details according to the invention not explained in detail in the text. Show it:

Fig. 1 einen Querschnitt der erfindungsgemäßen Vor¬ richtung in Seitenansicht,1 shows a cross section of the device according to the invention in side view,

Fig. 2 einen Ausschnitt aus Fig. 1 sowie einenFig. 2 shows a detail from Fig. 1 and a

Schnitt durch diesen Auschnitt in Aufsicht, undSection through this section under supervision, and

Fig. 3 eine Seitenansicht eines Schnittes eines weiteren Ausführungsbeispiels.Fig. 3 is a side view of a section of another embodiment.

Beschreibung von AusführungsbeispielenDescription of exemplary embodiments

Fig. 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Getriebe in Seitenan¬ sicht. Ein Behälter 1, der ein niedertourig treibendes oder getriebenes Ritzel sein kann, ist auf einer ersten Welle 2 drehbar gelagert. Der Behälter 1 weist auf seiner Innenseite eine Profilierung bzw. Verzahnung 3 auf. Auf einer zweiten Welle 4 ist ein Ritzel bzw. Zahnrad 5 ange¬ bracht, das hochtourig treibend sein kann oder hochtourig getrieben werden kann. Die Zähne des Zahnrades 5 greifen in die Verzahnung 4 ein, wobei der Eingriff vorzugsweise ein nichtberührender Eingriff ist, so daß die Zähne zwar geometrisch ineinander eingreifen, jedoch nicht miteinan¬ der kämmen.1 shows a gear according to the invention in a side view. A container 1, which can be a low-speed driving or driven pinion, is on a first one Shaft 2 rotatably mounted. The container 1 has a profile or toothing 3 on its inside. On a second shaft 4, a pinion or gear 5 is attached, which can be driving at high speed or driven at high speed. The teeth of the gear wheel 5 engage in the toothing 4, the engagement preferably being a non-contacting engagement, so that the teeth engage geometrically with one another but do not mesh with one another.

Der obere Teil der Fig. 2 zeigt den unteren Teil der Fig. 1 im Detail. Im unteren Teil der Fig. 2 ist ein Schnitt A- B dargestellt. Der Behälter 1 ist mit einem Medium 6 ge¬ füllt, durch die die Zähne des Zahnrades 5 und die Verzah¬ nung 3 voneinander getrennt ist.The upper part of FIG. 2 shows the lower part of FIG. 1 in detail. A section A-B is shown in the lower part of FIG. 2. The container 1 is filled with a medium 6 through which the teeth of the gear wheel 5 and the toothing 3 are separated from one another.

Ferner ist im oberen Teil der Fig. 2 eine Wandung 7 darge¬ stellt, die es ermöglicht, einerseits das Medium 6 mitzu¬ bewegen, ohne daß dieses an der Seite durch die Spalte 8 aus Zahnlücken 9 ausweichen kann. Das verwendete Medium 6 kann z.B. Öl oder geschwängerte Luft sein. Dieses Medium wird von den Zähnen des Ritzels bzw. Zahnrades 5 und den Zähnen der Verzahnung 3 des Behälters 1 (bzw. einer Zen¬ trifuge) über die bereits durch die Rotation entstehende Kompression hinaus weiter komprimiert, so daß der Druck in der Zahnlücke 9 des Ritzels auf der linken Seite der Mit¬ tellinie 10 gegenüber dem Druck auf der rechten Seite, auf der bereits wieder eine Expansion des komprimierten Me¬ diums stattfindet, wesentlich höher ist und für eine Tren¬ nung der Zähne beider Getrieberäder sorgt.Furthermore, in the upper part of FIG. 2, a wall 7 is shown, which makes it possible, on the one hand, to move the medium 6 without it being able to escape through the gaps 8 from tooth gaps 9 on the side. The medium 6 used can e.g. Be oil or impregnated air. This medium is further compressed by the teeth of the pinion or gear wheel 5 and the teeth of the toothing 3 of the container 1 (or a centrifuge) beyond the compression already created by the rotation, so that the pressure in the tooth gap 9 of the Pinion on the left side of the center line 10 compared to the pressure on the right side, on which expansion of the compressed medium is already taking place, is significantly higher and ensures a separation of the teeth of both gear wheels.

Entscheidend ist, daß ein Trenn- oder Schmierfilm durch das Medium aufrechterhalten wird. Dieses ist für außen verzahnte Räder bei Umfangsgeschwin¬ digkeiten von 200 bis 300 m/s undenkbar.It is crucial that a separating or lubricating film is maintained by the medium. This is inconceivable for externally toothed wheels at peripheral speeds of 200 to 300 m / s.

Als Variante einer Innenverzahnung 3 kann natürlich auch ein Zahnriemen eingelegt werden, der zum einen ohne Prob¬ leme käuflich erwerbbar ist und zum anderen keine aufwen¬ dige Erodierung des verwendeten Behälters nötig macht.As a variant of an internal toothing 3, a toothed belt can of course also be inserted, which on the one hand can be purchased without problems and on the other hand does not require expensive eroding of the container used.

Die Verwendung eines Mediums zwischen der Verzahnung 3 und einem Zahnrad 5 hat den Vorteil, daß die Zähne der beiden Getrieberäder auf Distanz gehalten werden, bzw. erst ab einer bestimmten Leistungsübertragung eine Berührung der Zähne stattfindet, die durch die Höhe der Wandung 7 und damit die Schichtdicke des Mediums 6 beeinflußbar ist .The use of a medium between the teeth 3 and a gear 5 has the advantage that the teeth of the two gears are kept at a distance, or only after a certain power transmission does the teeth come into contact, which is caused by the height of the wall 7 and thus the Layer thickness of the medium 6 can be influenced.

Fig. 3 zeigt eine erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung für ein Abtragswerkzeug, insbesondere eine Hochgeschwindig¬ keitsspindel 11. Die Antriebsvorrichtung besteht aus einem Behälter 1 der über eine erste Welle 2 und ein Antriebs- aggregat 12, das ein Elektromotor sein kann, bewegt werden kann. Der Behälter 1 ist mit einem Medium 6 gefüllt, in das teilweise ein Antriebsrad 13, das z.B. eine Turbine sein kann, eingreift. Das Antriebsrad 13 ist über eine zweite Welle 4 mit der Hochgeschwindigkeitsspindel 11 verbunden.3 shows a drive device according to the invention for a removal tool, in particular a high-speed spindle 11. The drive device consists of a container 1 which can be moved via a first shaft 2 and a drive unit 12, which can be an electric motor. The container 1 is filled with a medium 6, in which a drive wheel 13, which e.g. a turbine can intervene. The drive wheel 13 is connected to the high-speed spindle 11 via a second shaft 4.

Die Wellen 2 und 4 sind durch Lager 14 und 15 gelagert . Zumindest das Lager 15 sollte ein Hochgeschwindigkeits- lager sein. Als Lager 14, 15 eignen sich unter anderem auch Magnetlager.The shafts 2 and 4 are supported by bearings 14 and 15. At least bearing 15 should be a high speed bearing. Magnetic bearings are also suitable as bearings 14, 15.

Als Spindelmaterial eignen sich insbesondere hochfeste Materialien, die z.B. mit Diamanten bestückt sind. Die Spindel 11 kann zum Schleifen von Glas oder einem optischen KunstStoffmaterial dienen.High-strength materials, which are equipped with diamonds, for example, are particularly suitable as spindle material. The spindle 11 can be used to grind glass or an optical plastic material.

Da bei sehr hohen Geschwindigkeiten Wirbel in Flüssigkei¬ ten erzeugt werden, eignen sich als Medium 6 insbesondere schwere Gase. Bei etwas geringeren Geschwindigkeiten könnte es sinnvoll sein, um den Schlupf zu verringern, Quecksilber als Medium 6 zu verwenden.Since vortices are generated in liquids at very high speeds, heavy gases are particularly suitable as medium 6. At somewhat lower speeds, it might be useful to use mercury as medium 6 in order to reduce the slip.

Wenn man davon ausgeht, daß das Medium 6 Luft ist und ein handelsüblicher Zahnriemen als Verzahnung verwendet wird, kann man folgende Betriebsbedingungen voraussetzen:If one assumes that the medium 6 is air and a commercially available toothed belt is used as the toothing, the following operating conditions can be assumed:

1. Der Zahnriemen wird nicht durch Zugspannung bean¬ sprucht.1. The toothed belt is not stressed by tensile stress.

2. Die mögliche Umfangsgeschwindigkeit richtet sich nach der Festigkeit des zentrifugenartigen Behälters 1.2. The possible peripheral speed depends on the strength of the centrifuge-like container 1.

3. Von den nach innen gerichteten Zähnen des Zahnriemens wird eine Luftschicht mitbewegt, die über die Bordwand nicht entweicht.3. An air layer is moved from the inwardly facing teeth of the toothed belt, which does not escape through the side wall.

4. Das Antriebsrad 13 als Zahnriemenrad wird von den Zähnen des Riemen tangiert mit einer Trennluft unter erheblichen Druck zwischen den Zähnen.4. The drive wheel 13 as a toothed belt wheel is affected by the teeth of the belt with a separating air under considerable pressure between the teeth.

Für einen Werkzeugspindelantrieb benötigt man neben hohen Drehzahlbereichen auch eine außerordentliche Laufruhe, die beim vorliegenden Antriebselement 1 durch Auswuchtbarkeit trotz Riemen gegeben ist. For a tool spindle drive, in addition to high speed ranges, extraordinary smoothness is required, which is given in the present drive element 1 by being able to be balanced despite the belt.

Claims

Patent claims

1. Gear unit with a driving and at least one driven shaft, characterized in that a container is provided which is rotatably connected to the first shaft, and which has a medium in its interior, and that the second shaft with its one end at which a drive unit is provided, protrudes into the container and comes into operative connection with the medium.

2. Gear unit according to claim 1, characterized in that the container is drum-shaped.

3. Gear unit according to claim 1 or 2, characterized in that the operative connection between the medium and the drive unit is such that a movement of the medium causes a rotation of the shaft connected to the drive unit.

4. Transmission according to one of claims 1 to 3, characterized in that the first shaft is connected to a drive unit.

5. Transmission according to one of claims 1 to 3, characterized in that the second shaft is connected to a drive unit.

6. Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the inner wall of the container has a profile through which the medium is rotated by the rotation of the container.

7. The device according to claim 6, characterized in that the profiling has teeth which are directed in the direction of the axis of rotation.

8. The device according to claim 6, characterized in that a toothed belt, the teeth of which are directed in the direction of the axis of rotation, forms the profiling.

9. Device according to one of claims 1 to 8, characterized in that the medium is a liquid

(e.g. oil or water) or a gas (e.g. air or steam enriched air).

10. The device according to claim 9, characterized in that the viscosity of the medium is selected so that the peripheral speed of the driving wheel is approximately equal to the peripheral speed of the container.

11. Device according to one of claims 4 to 10, characterized in that the drive unit is an electric motor.

12. Device according to one of claims 1 to 11, characterized in that the container has a wall (6) which prevents or at least significantly reduces escape of the medium.

13. Device according to one of claims 1 to 12, characterized in that the drive unit is a Turbi¬ nenrad.

14. Device according to one of claims 1 to 12, characterized in that the drive unit is a gear.

15. Drive device for a removal tool, in particular a high-speed spindle, with a drive unit which rotates the high-speed spindle via a transmission or transmission unit according to one of claims 1, 2 or 4 to 14, characterized in that the second shaft, the drive-side end of the removal tool or the spindle is arranged, on which a drive wheel or a drive unit is attached, which is rotated at high speed by the rotation of the container and the forced rotation of the medium.

16. Use of a device according to one of the claims

1 to 15 for driving a grinding wheel.

17. Use according to claim 16, wherein the grinding wheel is used for grinding glass or an optical plastic material.

18. Use according to claim 16 or 17, wherein the peripheral speed of the spindle between

Is 200 and 600 m / s.