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Die Erfindung betrifft ein Stirnradgetriebe, insbesondere für elektrische Triebfahrzeuge.
Bei Zahnradgetrieben, insbesondere bei Stirnradzahngetrieben für elektrische Lokomotiven und bei
Stirnradzahngetrieben zum Kuppeln elektrischer Aggregate (Dieselmotor mit Generator oder Elektromotor mit
Kompressor usw. ) ist zwischen den Zähnen der miteinander kämmenden Zahnräder ein bestimmtes Flankenspiel erforderlich, um Bauungenauigkeiten (Tolerierung der Getriebe-Zentrale) und Wärmedehnungen auszugleichen bzw. so aufnehmen zu können, dass keine unzulässig hohen Verspannungskräfte und damit eine
Flankenbeanspruchung der Getriebezähne auftritt. Wenn z.
B. das Flankenspiel durch Wärmedehnungen ganz aufgebraucht wird, sind die auftretenden Verspannungskräfte von der Elastizität der Lagerung der Getriebewellen abhängig und erreichen bei metallischen Konstruktionen sehr grosse und vor allem auch unbestimmte und unkontrollierte Werte, die einen vorzeitigen Getriebeausfall durch Beschädigung der Verzahnung oder der
Lagerung der Wellen verursachen. Die Grösse des Flankenspiels muss so bestimmt werden, dass in Abhängigkeit von der Tolerierung der Gesamtkonstruktion, der Fertigungsqualität der Verzahnung, der Elastizität der
Gesamtkonstruktion und der auftretenden Wärmedehnung mit Sicherheit eine Verspannung vermieden wird.
Ein Zahnradgetriebe mit Flankenspiel besitzt im Betrieb aber auch Nachteile ; so ist z. B. bei elektrischen
Antrieben von Fahrzeugen, insbesondere von elektrischen Lokomotiven, bei Drehmomentschwankungen der
Antriebsmotoren (z. B. bei Einphasenwechselstrom- oder Wellenstrom-Motoren) in gewissen Drehzahlbereichen ein rhythmisches oder klopfendes Getriebegeräusch festzustellen, welches nur durch besondere Massnahmen, wie z. B. den Einbau von drehelastischen Bauelementen, zu besetigen ist. Auch bei der Kupplung von Aggregaten tritt dieses Abheben der Zahnflanken und das damit verbundene Klopfgeräusch auf, insbesondere bei
Dieselmotor-Generator-Aggregaten, wenn der Generator nicht belastet ist oder bei Leerlauf des Motors.
Je nach der Lagerung der Aggregate innerhalb der Fahrzeuge sind diese rhythmischen oder ungeordneten Klopfgeräusche in den meisten Fällen für die Fahrgäste und das Bedienungspersonal unzumutbar, ausserdem beeinträchtigen diese die Klopfgeräusche hervorrufenden Schwingungen auch die Beanspruchungen der Aggregate. Ein schwingungsmässiges Abstimmen, insbesondere bei Getrieben mit mehreren Zwischenrädern und damit
Zahnspielen, ist infolge der losen Kupplung durch die Zahnspiele sehr erschwert oder in vielen Fällen theoretisch unmöglich.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Getriebe zu schaffen, bei dem im Einbauzustand die miteinander kämmenden Zahnräder spielfrei sind und bei welchem bei einer Beanspruchung innerhalb eines bestimmten Drehmomentbereiches ein Abheben der Zahnflanken der miteinander kämmenden Zahnräder nicht erfolgt.
Die Lösung der gestellten Aufgabe besteht erfindungsgemäss darin, dass in an sich bekannter Weise die Lagerschalen bzw. äusseren Lagerringe der Lager mindestens einer der Getriebewellen über radial elastische Ringhülsenfedern aus nichtmetallischem Material im Lagergehäuse befestigt sind, wobei der Abstand der Getriebewellen so bemessen ist, dass im unbelasteten Zustand (Leerlauf) die Zahnflanken spielfrei ohne radiale Vorspannkraft aneinanderliegen.
Bei einem mit Wälzlagern bei mindestens einer der Getriebewellen versehenen Getriebe sind entsprechend einer Weiterbildung der Erfindung die Aussenringe der Wälzlager von einer aus Gummi oder einem elastischen Kunststoff bestehenden Ringhülsenfeder umschlossen.
In zweckmässiger Weise ist die Ringhülsenfeder von einem weiteren Metallring konzentrisch umschlossen.
Bei einer weiteren Ausbildungsform der Erfindung ist die äussere Fläche des Aussenringes des Wälzlagers nach aussen und die innere Fläche des Metallringes nach innen in axialer Richtung gewölbt ausgebildet.
Grundsätzlich sind bereits Wälzlager bekannt, in deren Aussenring eine elastische Zwischenlage eingelegt ist.
Es sind auch bereits Zahnräder bekannt, bei denen zwischen Nabe und Zahnkranz eine konzentrische Schicht aus Gummi oder gummielastischem Material vorgesehen ist.
Bei der Anwendung solcher Lager bei Zahnradgetrieben elektrischer Triebfahrzeuge, die bisher nicht erfolgt oder vorgeschlagen wurde, ergeben sich jedoch besondere Vorteile, wie im folgenden ausgeführt wird.
Eine Gummiringhülsenfeder ist in radialer Richtung elastisch und besitzt in Abhängigkeit eine von dem radialen Federweg angenähert proportionale oder leicht progressive Radialkraft. Die in Abhängigkeit von der Getriebeverzahnung und dem Zahndruck auftretende Kraft in Getriebe-Zentralenrichtung lässt sich rechnerisch bestimmen. Diese Zentralkraft ist wesentlich kleiner als die Zahnumfangskraft und beträgt etwa 35% von dieser. Die radiale Elastizität der Gummiringfedern sowie die Einbau-Vorspannkraft werden zweckmässigerweise so bemessen, dass bei maximal auftretender Zahnumfangskraft die radiale Einfederung und das hieraus resultierende Zahnflankenspiel nicht grösser ist, als es bei den bisherigen bekannten Getrieben vorhanden ist.
Die radiale Vorspannkraft ist bei dem erfindungsgemässen Getriebe so bemessen, dass bei kleinen zu übertragenden Drehmomenten (Leerlauf) noch beide Zahnflanken aneinander anliegen, womit ungeordnet auftretende Schwingungen und Klopfgeräusche vermieden werden. Durch entsprechende Auslegung der radialen Federkonstante der Gummiringhülsenfeder, was sich durch entsprechende Wahl der Gummischichthöhe und der Gummiqualität erreichen lässt, kann mit Sicherheit so die Verspannungskraft fixiert werden, dass sie keine unzulässig grossen Werte annimmt und die Lebensdauer der Getriebe nicht beeinträchtigt wird. Von einem gewissen Drehmomentwert an ist dann ein Zahnspiel vorhanden.
Bei kleineren Drehmomenten ist kein Zahnspiel vorhanden und die Verzahnungskräfte sind so in Grenzen
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gehalten, dass sich die Lebensdauer-Erwartung, im Vergleich zu den bei bisher üblichen Getrieben, bei denen im niedrigen Drehzahlbereich Klopfgeräusche auftreten, nicht verringert.
Die radialelastische Lagerung einer Getriebewelle lässt auch eine gewisse kardanische Beweglichkeit dieser Getriebewelle zu. Hiedurch ergibt sich gleichzeitig der Vorteil, dass Zahnkantenläufe vermieden oder reduziert werden, so dass bei fliegend gelagerten Wellen Lastschliffkorrekturen der Verzahnung nicht erforderlich sind.
Ein Ausführungsbeispiel eines Getriebes nach der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und im folgenden näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 einen Schnitt durch ein Getriebe in Höhe der Zahnradachse und Fig. 2 eine Ansicht eines Getriebes, das teilweise aufgeschnitten ist.
In den Zeichnungen ist mit-l-die Getriebewelle des Grosszahnrades-2-und mit-3-die Welle des Ritzels-4-bezeichnet, wogegen-5-den Getriebekasten bedeutet. Mit-6-sind die Lager der Getriebewellen bezeichnet, die im Ausführungsbeispiel als Wälzlager ausgebildet sind. Diese können grundsätzlich auch als Gleitlager ausgebildet sein.
Der Aussenring des Wälzlagers --6-- ist zweiteilig ausgebildet und besteht aus zwei konzentrisch ineinander angeordneten Metallringen--8, 9--, bei denen der Aussendurchmesser des inneren Ringes--S-- kleiner ist als der Innendurchmesser des Aussenringes--9--. Der ringförmige Zwischenraum zwischen den beiden Ringen--8 und 9--ist von einer Gummi-oder Kunstkautschukschicht--7--ausgefüllt, der Aussen- bzw. - Innenflächen mit den ihm zugewandten Flächen der beiden konzentrischen Ringe--8 und 9-zusammenvulkanisiert sind.
Die Gummischicht --7-- wirkt zusammen mit den beiden konzentrischen Ringen als Ringhülsenfeder und lässt eine radiale Einfederung der Welle --3-- gegenüber dem Getriebegehäuse--5--
EMI2.1
:(Leerlauf) die Zahnflanken spielfrei ohne radiale Vorspannkraft aneinanderliegen.