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Stirnräder-Planetengetriebe
Planetengetriebe zeichnen sich gegenüber andern Getrieben bei vorgegebener Baugrösse durch hohe Tragfähigkeit aus. Voraussetzung dazu ist jedoch, dass alle für die Kraftübertragung vorgesehenen Zahneingriffe möglichst gleichmässig belastet sind. Die Stribeck'sehe Wälzpressung soll jeweils zwischen zwei im Eingriff befindlichen Zähnen entlang der ganzen Zahnbreite in jedem Punkt der Berührungslinie gleich gross sein. Normalerweise stehen diesem Bestreben die fertigungstechnisch bedingten Fehler der einzelnen Getriebeteile sowie elastische Verbiegungen und Verdrehungen während der Kraftübertragung im Getriebe entgegen.
Hiebei ist an Teilungs-, Zahndicken-, Zahnform- und Flankenrichtungsfehler bei der Fertigung der Zahnräder sowie Parallelitätsfehler und Achsabstandsfehler bei der Fertigung der Lagerbohrungen, ferner an die Betriebsverfbrmung des Getriebegehäuses und Fundamentes als auch an Richtungsfehler bei der Verbiegung der Zahnradwellen und bei Ritzeln mit einer verhältnismässig grossen Breite zum Durchmesser an die Verdrehung unter dem Drehmoment gedacht.
Es sind bereits eine Anzahl von Lösungen bekannt, durch konstruktive Massnahmen einen Belastungausgleich zu erreichen.
Bei einer Ausführung sind die Planetenräder auf exzentrischen Zapfen gelagert, die drehbar sind.
Dabei bewirkt der Zahndruck eine Verdrehung dieser Lagerzapfen. Durch Übertragungsgestänge wird diese Verdrehung auf die andern Zapfen so weitergeleitet, dass deren Planetenräder stärker zum Tragen kommen.
In einem andern Falle wird die axiale Zahnkraft von schrägverzahnten Planetenrädern durch hydraulische Elemente aufgenommen, die den Ausgleich bewirken.
Es sind auch Planetengetriebe mit Pfeilverzahnung bekannt, bei denen der Belastungsausgleich dadurch erreicht wird, dass mindestens eines der Zentralräder in der Weise unterteilt ist, dass sich zwei schrägverzahnte Räder mit gegeneinander gerichteten Zahnschrägen ergeben und dass diese Verzahnungshälften innerhalb des Getriebegehäuses gelenkig über Zahnkupplungen miteinander und mit dem das Drehmoment des Zentralrades aufnehmenden Teil verbunden sind.
Eine andere Lösung mit Gradverzahnung sieht vor, dass mindestens ein Zentralrad innerhalb des Getriebegehäuses gelenkig über eine Zahnkupplung mit dem sein Drehmoment aufnehmenden Teil verbunden ist, wobei der Zahneingriff zwischen diesem Zentralrad und den planetenrädern leicht ballig ausgebildet ist.
An Stelle der balligen Zähne wird bei einer ähnlichen Lösung vorgeschlagen, bei mindestens einem Zentralrad das Trägheitsmoment seines Querschnittes so zu bemessen, dass die elastischen Verformungen durch die radialen Zahnkräfte, bezogen auf das Zahnspiel, grösser sind als die durch die auftretenden Fehler zu erwartenden Zahnspielunterschiede.
Bei einer andern Ausführung mit Schrägverzahnung werden ein Zentralrad oder beide Zentralräder mit dem jeweils sein Drehmoment aufnehmenden Teil innerhalb des Getriebsgehäuses um die Mitte oder annähernd um die Mitte des Rädersystems kardanisch aufgehängt, so dass die axialen Zahnkräfte sich auf ein Gleichgewicht einstellen müssen.
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Weiter ist bei Schrägverzahnung eine pendelnde Aufhängung eines Zentralrades innerhalb des Getriebsgehäuses bekannt, wobei die axiale Zahnkraft über ein Pendel-Wälzlager abgestützt und das Drehmoment über eine Zahnkupplung übertragen wird.
Die winkelbewegliche Aufhängung eines Zentralrades wird in einem andern Falle dadurch erreicht, dass federnde Elemente die Verbindung mit dem das Drehmoment aufnehmenden Teil herstellen.
Von den bekannten Lösungen sei noch eine Ausführung genannt, bei welcher der ungelagerte Planetenradträger mit dem das Drehmoment aufnehmenden Teil durch eine doppelgelenkige Zahnkupplung verbunden ist, während die Zentralräder radial unverschiebbar angeordnet sind. Infolge unterschiedlich gewählter Wälzeingriffswinkel (Betriebseingriffswinkel) zwischen innerem Zentralrad und Planetenrad sowie äusserem Zentralrad und Planetenrad entstehen Differenzkräfte, die den Planetenradträger so verschieben sollen, dass alle Planetenräder gleichmässig zum Tragen kommen.
Ferner ist auch schon ein Planetengetriebe mit ungelagertem Planetenradträger bekannt, bei dem ausserdem noch das äussere oder innere Zentralrad radial beweglich gelagert ist. Dabei führt der Anschluss dieser Elemente an die Antriebs-bzw. Abtriebswelle entweder zu sehr sperrigen Konstruktionen mit Kreuzgelenken oder die Lagerung ist für eine freie Einstellbarkeit und den damit zu erzielenden Belastungsausgleich insofern ungenügend, als sie höchstens ein Verkanten der genannten Teile zulässt. Notwendig sind aber Kupplungselemente, die in ihrer Wirkung jeweils zwei Gelenken entsprechen.
Alle diese bisher bekannten Ausführungen von Planetengetrieben mit selbsttätigem Lastausgleich sind in ihrer Bauweise verhältnismässig aufwendig, schwer und teuer.
Die gegenständliche Erfindung hat sich zur Aufgabe gestellt, ein Stimräder-Planetengetriebe mit selbsttätigem Belastungsausgleich zu schaffen, das weniger aufwendig, leichter und billiger zu bauen ist, wobei insbesondere die Baulänge geringer ausfällt. Sie geht dabei von einem Getriebe mit zwei beweglichen Hauptgliedem aus, die jeweils mit der Antriebs- und der Abtriebswelle fest verbunden sind.
Erfindungsgemäss sind die Antriebs- und die Abtriebswelle im Getriebegehäuse ungelagert und mit dem Motor und der Arbeitsmaschine über insbesondere ausserhalb desselben gelegene Kupplungen verbunden, welche die Wirkung von jeweils zwei Gelenken haben.
Bei diesen Ausführungen stellen sich die frei beweglichen Getriebeglieder durch die Zahnkräfte stets auf Gleichgewicht ein, wobei die fertigungstechnisch bedingten Fehler sowie,. elastische Verbiegungen und Verdrehungen unwirksam werden und ein Abbau der dynamischen Zusatzkräfte eintritt. Die Rotation der Getriebeglieder erfolgt dabei um freie Achsen, die sich nach dem Prinzip des kleinsten Zwanges einstellen.
Um die Möglichkeit einer freien Beweglichkeit der Antriebs- und der Abtriebswelle gegenüger dem Getriebegehäuse aufrecht zu erhalten, sind in weiterer Ausgestaltung der Erfindung zwischen der Antriebsund der Abtriebswelle und dem Getriebegehäuse berührungsfreie Dichtungen oder nachgiebige Berührungsdichtungen vorgesehen.
Die Kupplungen können erfindungsgemäss drehweich oder drehsteif ausgebildet sein.
Die Verwendung drehweicher Kupplungen, die sich gut zur Stossdämpftmg eignen, hat im gegen- ständlichen Fall den Vorteil, dass die Getriebe besonders geräuscharm laufen, da der Körperschall weitgehend gedämpft wird. Die Auslegung der Federkennlinieist dabei im Hinblick auf die gekuppelten Massen und die Drehzahl so vorzunehmen, dass keine unzulässigen mechanischen Schwingungen auftreten.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird das Flankenspiel der Verzahnungen gering gehalten, wobei bei allen Zahneingriffen in jedem Betriebszustand noch Kopfspiel vorhanden ist. Auf diese Weise halten sich auch bei abgekuppelter Antriebs- oder Abtriebswelle die Getriebeteile mit den Zahnflanken gegenseitig, ohne dass etwa eine. Anlage der Zahnköpfe eintritt.
Als Verzahnung der Getriebeelemente kommt in bekannter Weise entweder die Pfeil- (Doppelschräg-) verzahnung oder die Gradverzahnung in Frage. Bei Pfeil- (Doppelschräg-) verzahnung werden aus Montagegründen entweder das äussere oder das innere Zentralrad oder die Planetenräder geteilt und verschraubt. Bei Gradverzahnung dienen zur axialen Führung der Antriebs- und der Abtriebswelle gegenüber dem Gehäuse axial verschiebbare Distanzringe.
Das erfindungsgemässe Getriebe ist auch als Flanschgetriebe dadurch anwendbar, dass die Flanschverbindung gelenkig oder elastisch ausgebildet wird, wobei das Eigengewicht des jeweils freihängenden Teiles durch elastische Auflager abgestützt wird.
Es können auch mehrere Übersetzungsstufen hintereinandergeschaltet werden, wobei erfindungsge- mäss die Abtriebswelle der vorherliegenden Stufe mit der Antriebswelle der nachfolgenden Stufe gelenkig oder elastisch verbunden wird.
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zeigen ein Getriebe mit stehendem äusseren Zentralrad und umlaufendem inneren Zentralrad und Planetenradträger mit drehweichen Kupplungen, Fig. 3 und 4 zeigen ein Getriebe mit stehendem Planetenradträger und umlaufendem inneren und äusseren Zentralrad mit drehweichen Kupplungen, Fig. 5 zeigt ein Getriebe mit stehendem inneren Zentralrad und umlaufendem Planetenradträger und äusserem Zentralrad mit drehweichen Kupplungen, Fig. 6 und 7 zeigen ein Getriebe wie in Fig. 1, jedoch mit drehsteifen Federlamellenkupplungen mit einer Lamellenanordnung nach Fig. 7, Fig.
8 zeigt ein Getriebe wie in Fig. 1 bzw. 6, das elastisch an eine Arbeitsmaschine angeflanscht ist, Fig. 9-11 zeigen ein zweistufiges Getriebe, bestehend aus zwei Getrieben, entsprechend Fig. 1 mit verschiedener Ausbildung der Zwischenkupplung.
In Fig. 1 und 2 ist die ungelagerte Antriebswelle 1 mit dem inneren Zentralrad 2 über eine elasti- sche, drehweiche Kupplung 3 an die Schwungscheibe 4 eines Dieselmotors angeflanscht. Das innere Zentralrad 2 treibt die in Gleitlagern 5 auf den Bolzen 6 des Planetenradträgers 7 gelagerten Planetenräder 8 an, die sich im äusseren Zentralrad 9 abstützen, wodurch sich der Planetenradträger 7 dreht, der mit der ungelagerten Abtriebswelle 10 verbunden ist. Die Abtriebswelle 10 ist über eine drehweiche, elastische Kupplung 11 mit der Arbeitsmaschine verbunden. Das Getriebegehäuse besteht aus dem äusseren Zentralrad 9 und den mit den Schrauben 12 verbundenen seitlichen Deckeln 13 und 14, die Füsse 15 aufweisen. Letztere sind über elastische Zwischenstücke 16 am Fundament 17 durch Schrauben 18 befestigt.
Durch das Reaktionsdrehmoment des Gehäuses werden die Zwischenstücke 16 vorwiegend auf Druck beansprucht. Berührungsfreie Labyrinthdichtungen 19 und 20 zwischen der Antriebswelle 1 und dem Dekdel 13 sowie der Abtriebswelle 10 und dem Deckel 14 sorgen für die Abdichtung des Getriebegehäuses.
Die axiale Führung der An- und Abtriebswelle ist durch Pfeil- (Doppelschräg-) verzahnung gegeben.
In Fig. 3 und 4 erfolgt der Antrieb über die ungelagerte Antriebswelle 21, das innere Zentralrad 22 über die Planetenräder 23 auf das äussere Zentralrad 24, das flanschartig mit der ungelagerten Abtriebswelle 25 verbunden ist. Die Antriebswelle 21 ist durch eine elastische, drehweiche Kupplung 26 mit dem Motor und die ungelagerte Abtriebswelle 25 durch eine elastische, drehweiche Kupplung 27 mit der Arbeitsmaschine verbunden. Die Planetenräder 23 sind in Nadellagern 28 auf den Bolzen 29 des Planetenradträgers 30 gelagert, der mit dem Gehäuse 31 verschraubt ist. Die Gehäusefüsse 32 sind über elastische Zwischenscheiben 33, 34 durch Schrauben 35 mit dem Fundament 36 verbunden. Die berührungsfreien Labyrinthdichtungen 37 und 38 dichten die Antriebs- und die Abtriebswelle 21 bzw. 25 gegenüber dem Getriebegehäuse 31 ab.
Die axiale Führung der Antriebs- und der Abtriebswelle übernehmen verschiebbare Distanzringe 39, 40, 41, 42, 43. Diese Ausführungsform des Getriebes eignet sich besonders für hohe Drehzahlen, da keine Fliehkräfte auf die Lager der Plantenräder wirken. Ausserdem wirken sich auch hier die ungelagerte Antriebs- und Abtriebswelle sowie berührungsfreie Dichtungen günstig aus.
In Fig. 5 ist die ungelagerte Antriebswelle 45 mit dem Planetenradträger 46 verbunden. Die in den Gleitlagern 47 auf den Bolzen 48 gelagerten Planetenräder 49 stützen sich an dem fest mit dem Gehäuse 50 verbundenen inneren Zentralrad 51 ab und treiben über das äussere Zentralrad 52 die ungelagerte Abtriebswelle 53 an. Es sind wieder berührungsfreie Labyrinthdichtungen 54 und 55 vorgesehen. Antriebsmotor und Arbeitsmaschine sind über drehweiche Ausgleichskupplungen 56 und 57 angeschlossen. Die axiale Führung der Antriebs- und der Abtriebswelle ist durch Pfeil- (Doppelschräg-) verzahnung gegeben.
In Fig. 6 und 7, in denen zum Teil die Bezeichnungen der vergleichbaren Fig. 1 verwendet werden, sind wieder die ungelagerte Antriebswelle 1 und Abtriebswelle 10 mit dem Motor bzw. der Arbeitsmaschine verbunden, jedoch durch Feder-Lamellenkupplungen 58 und 59, deren Lamellen 60 z. B. in Form eines Quadrates angeordnet sind. Ebenfalls ist das Getriebegehäuse 61 an eine auf dem Fundament befestigte Stütze 62 durch eine solche Kupplung 63 angeschlossen. Das Eigengewicht des Getriebes wird durch ein elastisches Auflager 64 abgestützt. Diese Ausführung kommt dann in Frage, wenn eine Änderung der Winkelgeschwindigkeit während der Drehmomentübertragung durch das Planetengetriebe nicht zulässig ist.
In Fig. 8 ist das Getriebegehäuse 65 über einen elastischen Ring 66 an das Gehäuse 67 einer Arbeitsmaschine - in der Zeichnung eine gelagerte Seiltrommel - angeflanscht. Der elastische Ring 66 muss so bemessen sein, dass das Reaktionsdrehmoment durch Reibung übertragen werden kann. Die Abtriebswelle entfällt bei diesem Getriebe, da der Planetenradträger 7 über eine Kupplung 68 direkt mit der Antriebswelle 69 der Arbeitsmaschine verbunden ist. Das Eigengewicht des Getriebes wird durch ein elastisches Auflager 70 abgestützt.
In Fig. 9-11 ist die ungelagerte Abtriebswelle der''ersten Stufe (I) durch eine elastische Kupplung mit der ungelagerten Antriebswelle der zweiten Stufe (II) verbunden. In Fig. 9 erfolgt dies durch eine für
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beide Drehrichtungen geeignete Schraubenfederkupplung 71, bestehend aus zwei ineinandergesteckten, gegenläufigen und vorgespannten Schraubenfedern, in Fig. 10 durch eine biegeelastiscbe Welle 72 und in Fig. 11 durch eine drehsteife Feder-Lamellenkupplung 73. Die Füsse 15 des Getriebegehäuses sind beispielsweise über Tellerfedern 74 mit dem Fundament 17 elastisch verschraubt.
Die Vorteile des erfindungsgemässen Stirnrad-Planetengetriebes sind nochmals zusammengefasst folgende : Bei selbsttätigem Belastungsausgleich und bei Abbau dynamischer Zusatzkräfte einfache Bauweise, geringes Gewicht, kleine Baugrösse, geringe Herstellkosten, einfache Montage, wenig Verschleissteile, hoher Wirkungsgrad, geringes Geräusch, grosses Dämpfungsvermögen (bei drehweicher Kupplung) oder konstante Winkelgeschwindigkeit (bei drehsteifer Kupplung).
PATENTANSPRÜCHE : l. Stirnräder-Planetengetriebe mit zwei frei beweglichen Hauptgliedern, die jeweils mit der Antriebs- und der Abtriebswelle fest verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebs- (l, 21, 45) und die Abtriebswelle (10, 25,53) im Getriebegehäuse (13 bzw. 14,31, 50, 61,65) ungelagert und mit dem Motor und der Arbeitsmaschine über insbesondere ausserhalb desselben gelegene Kupplungen (3,11, 26, 27, 56, 57,58, 59,68) verbunden sind, welche in ihrer Wirkung jeweils zwei Gelenken entsprechen.