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Zahnrädergetriebe.
Die Erfindung bezieht sich auf Zahnrädergetriebe zur Übertragung der arbeit einer schnellaufenden. von einem Motor angetriebenen Welle auf eine langsam laufende Welle und besteht darin, dass der Zahndruck auf die verschiedenen in einander eingreifenden Zahnräder automatisch gleichmässig eingestellt wird.
Zu diesem Behufe wird das auf der rasch laufenden, vom Motor angetriebenen Antriebswelle angeordnete Triebrad bezw. Paar Triebräder, welches ein bezw. ein Paar langsamlaufender Zahnräder antreibt, in einen beweglichen Rahmen eingesetzt. Der bewegliche Rahmen ist auf der Bettplatte des Getriebes so angeordnet. dass er sich mit den von ihm getragenen Triebrädern sowohl in horizontaler als auch in vertikaler Ebene gegenüber den angetriebenen Rädern selbsttätig einstellen kann. Die Welle, auf welcher die Triebräder angeordnet sind, ist hohl und an dem einen Ende mit einer durch ihr Inneres durchragenden biegsamen Welle verbunden, die an dem anderen Ende mit der Motorwelle durch eine biegsame Kupplung verbunden ist. Die von den Triebrädern angetriebenen Zahnräder sind auf einer Welle angeordnet, welche in bekannter Weise auf der Bettplatte gelagert ist.
Die Wellen der treibenden und der angeTriebenen Räder sind für gewohnlich in derselben horizontalen Ebene gelegen und der Rahmen der Triebräder ist so auf der Bettplatte angeordnet, dass er als ein Ganzes gegen die angetriebenen Räder bewegt werden kann. wodurch die Distanz zwischen den beiden Wellen geändert werden kann, ohne deren parallelismus zu zerstören.
Das wesentliche Zeichen des Erfindungsgegenstandes ist daher der bewegliche Rahmen.
Im vorliegenden Fall erhält der Rahmen dadurch die Beweglichkeit, dass er zwischen seinen Enden auf zwei in einer Linie angeordneten I-Eisen angeordnet ist, welche sich quer zur Achse der Welle erstrecken. Durch diese Anordnung kann der Rahmen und daher die Welle der Triebräder eine gewisse Winkelbewegung in einer vertikalen Ebene infolge der Biegung der I-Eisen und überdies infolge Verdrehung des Steges der 1-Eisen auch eine gewisse Winkelbewegung in einer horizontalen Ebene ausführen. Eine weitere Bewegung kann durch Spreizen begrenzt sein. deren Zweck später beschrieben ist.
Die Welle der Triebräder kann sich in den Lagern der Länge nach verschieben.
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die hohle Welle der Triebräder reichende biegsame Welle mit dem Antriebsmotor nicht verbunden und dass die Spreizen sowie die angetriebenen Zahnräder nicht an ihrer Stelle seien, so wird lie Welle der Triebräder folgende Bewegungen ausführen können, wobei die infolge der Reibung und des elastischen Widerstandes der I-Eisen auftretenden Spannungen vernachlässigt sind:
Die Drehung um ihre Achse, die Längsbewegung in der Achsenrichtung, die Winkelbewegung in einer vertikalen Ebene infolge der Biegung des Steges der 1-Eisen und die Winkelbewegung i" einer horizontalen Ebene infolge Verdrehung des Steges der I-Eisen.
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Linie J-J der Fig. l. In Fig. 5 ist eine Einzelheit (der Rahmen) in einer Seitenansicht und in Fig. H ein Schnitt nach Linie E-E der Fig. 1 veranschaulicht. Fig. 7 zeigt eine Einzelheit (nach Fig. 6) in grösserem Massstab, Fig. 8,9 und 10 je einen Schnitt nach Linie A-B bezw. Linie K-L und Linie E-F der Fig. 3, während Fig. 11 in grösserem Massstab eine Einzelheit (nach Fig. 3) im Schnitt zeigt.
In Fig. 12 ist eine Einzelheit im Schnitt und in Fig. 13 dieselbe in Ansicht dargestellt, während Fig. 14 eine Einzelheit (nach Fig. 12) zeigt. Die Fig. 15-17 veranschaulichen eine Einzelheit (die bewegliche Kupplung) im Schnitt und in Ansicht, Fig. 18 zeigt im Schema den Verlauf der Zahndruck bei den Triebrädern.
Das Getriebe besteht aus einem Paar Triebrädern 20, welche auf einer hohlen Welle 21 angeordnet sind (Fig. 3), deren Lager 22 von einem Rahmen 23 gestützt sind. Der Rahmen ist auf zwei in einer Linie angeordneten I-Eisen 24 befestigt (Fig. 1 2, 6 und 8), welche in der Mitte zwischen den Enden der Welle 21 quer zu dieser verlaufen. Die 1-Eisen 24 sind mit den Flanschen an der Bettplatte 25 durch Schrauben 26 (Fig. 7) befestigt.
Die von den Zahnrädern 20 angetriebenen Zahnräder 28 sind auf einer Welle 29 angeordnet (Fig. 4), welche mit Lagern 30 von der Bettplatte 26 getragen wird und durch eine Kupplung mit der anzutreibenden Maschine verbunden ist.
Die Welle 21 der Triebräder ist hohl und durch Keile 32 oder dgl. (Fig. 3) mit einer durch ihr Inneres sich erstreckenden Welle 33 verbunden, die an dem freien Ende die eine Hälfte 34 einer mit der Antriebsmaschine verbundenen Kupplung trägt. Die Welle 33 ist verhältnismässig biegsam und so lang, dass sie bei geringer Umdrehungsgeschwindigkeit nicht stabil sein würde ; sie ist daher in der Mitte mit Ansätzen 31 ausgestattet, die eine Durchbiegung der Welle verhindern und dabei den Durchgang von Kühlflüssigkeit zwischen Hohlwelle und Vollwelle gestatten.
Die bewegliche Kupplung (Fig. 15,16, 17) besteht aus einer auf der Welle 33 befestigten Hälfte 34 und einer auf der rasch umlaufenden Welle 36 der Antriebsmaschine befestigten Hälfte 35. Jede Hälfte ist mit zwei Ansätzen 38 ausgestattet ; jeder Ansatz 38 der einen Kupplungshälfte, 34, ist mit dem entsprechenden Ansatz 38 der anderen Kupplungshälfte, 35, durch eine mittels Bolzen 40 angelenkte Stange 39 verbunden.
Die Welle 86 ragt behufs Zentrierung mit einem Fortsatz 41 in einen auf der Kupplungshälfte 34 angeschraubten Ring 42 und kann, nachdem zwischen den beiden Wellenenden ein Ahstand vorgesehen, sich in der Länsrichtung frei bewegen. Bei richtiger Einstellung kann die Welle 36 durch die Kupplung nur ein Drehungsmoment der Welle 33 und den Triebrädern übermitteln.
Der Rahmen kann zur Regelung der Stellung der Triebräder 20 gegenüber den Zahnrädern 2, 1\ quer zur Achse eingestellt werden ; zu diesem Zwecke reichen die Schrauben 26 durch Schlitze in den Flanschen der den Rahmen tragenden 1-Eisen und können durch einen Einstellkeil 43 (Fig. 7) gegenüber der Bettplatte 25 verschoben werden. Wenn z. B. die Lagerschalen der Lager abgenützt sind und die Mitten der treibenden und der angetriebenen Zahnräder sich verschoben haben, können diese wieder in ihre ursprüngliche Lage eingestellt werden, indem nach Lockerung der Schrauben. 26 der Keil 43 vorgetrieben und durch Stifte 44 in seiner Stellung gesichert wird.
Zwischen dem Rahmen 23 und der Bettplatte 25 sind nötigenfalls Streben 46 vorgesehen (Fig. 1, 6,12 und 13), welche, wie vorerwähnt, dazu dienen, die Winkelverdrehung der Achse in einer horizontalen Ebene zu begrenzen. Jede Strebe 46 besteht aus einer Stange, welche sich mit ihren abgerundeten Enden gegen je eine an dem Rahmen bezw. an der Bettplatte vorgesehene Lagerpfanne 4ì, 18 legt.
Die Pfanne 48 wird von dem Ende eines Schraubenbolzens 48 gebildet, der in einer an einem Ansatz 51 der Bettplatte 25 befestigten Scheibe 50 gelagert ist und mittels eines Armes 52 verdreht werden kann ; um den Bolzen 48 einstellen und in seiner Lage sichern zu können, ist der Arm-M mit einer Sperrvorrichtung 53 versehen, welche mit ihren Zähnen in an dem Rand der Scheibe 50 angebrachte Zähne 54 eingreift.
Die Streben 46 sind so gegenüber dem Rahmen angeordnet, dass die diesem übermittelte Wärme der Lager auf die Einstellung der Streben keinen merkbaren Einfluss ausübt. Die inneren oder die äusseren Enden der Streben werden bei Ausdehnung des Rahmens sich vertikal herab- senken : aber nachdem die Streben normal zur Richtung der Bewegung angeordnet sind, wird der Sinus-Versus des durch die Mittellinie der Strebe beschriebenen Bogens gering. Durch den Schrauben bolzen 48 und die Sperrvorrichtung 53 ist eine feine Einstellung jeder Strebe ermöglicht.
Nachdem je ein Zahn der Triebräder 20 mehrmals, im vorliegenden Fall 5mal, mit je einem
Zahn des angetriebenen Rades 28 in Eingriff kommt, ist es zweckmässig, die Triebräder und deren
Welle zu kühlen, während die angetriebenen Zahnräder nicht gekühlt zu werden brauchen. Die
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nuten 63 im Rahmen 23 zugeführt und durch Kanäle 64 an beiden Enden jedes Lagers abgeleitet.
Jeder Kanal 64 schliesst an einen in dem Lagerkörper 22 vorgesehenen Ringkanal 66 an, längs dessen Wandung 66 das 01 zum Grund des Ringkanales herabsinkt. Die Anordnung der Triebräder und der Welle 21 ist derart, dass das Öl aus dem Raum, in welchem die Zahnräder in Eingriff stehen, in den Abflusskanal 64 nicht eindringen und sich daher mit dem aus den Lagern abtropfenden 01 nicht mischen kann.
Im vorliegenden Fall sind die Zahnräder mit Schraubenzähnen versehen ; es können aber ebensogut mit einer geringen Abweichung in der Anordnung der Zahnradwellen gerade Zähne benützt werden. Wenn die Zahnräder miteinander in Eingriff stehen, so wird die Längseinstellung der Triebräder und die Winkeleinstellung von deren Welle nur durch die Wirkung der Schraubenzähne beeinflusst. Die bewegliche Kupplung zwischen der Antriebswelle 36 und den Triebrädern, welche eigentlich aus der Welle 33 und der in Fig. 15-17 veranschaulichten Kupplung selbst besteht, kann auf die Triebräder nur eine Verdrehung ausüben. Die Kupplung kann bei richtiger Einstellung des Getriebes eine achsiale Kraft nicht ausüben, nachdem die Kupplungsstangen 39 der Kupplung quer zur Achse gerichtet sind.
Wenn das Getriebe von der richtigen Einstellung um den grössten zulässigen Betrag abweicht, so sind die durch die Kupplungsstangen ausgeübten achsialen Kräfte gegenüber den bei vol1helasteten Zahnrädern ausgeübten Zahndrücken verhältnismässig klein. Die Welle 33 setzt der winkeligen Bewegung der Achsen der Triebräder nur den elastischen Widerstand entgegen, welcher gegenüber den anderen auftretenden Kräften ver- hältnismässig gering ist.
Die Wirkungsweise ist folgende :
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Getriebe eine Tendenz auf, den genauen Parallelismus wieder herzustellen, d. h. die Einstellung ist dann stabil. Die Triebräder können sich in ihren Lagern der Länge nach frei verstellen. so dal. 3 ihre Längseinstellung durch den Eingriff der Zähne der treibenden und angetriebenen Räder bestimmt wird. Es sind daher unter Vernachlässigung der Reibung die entgegengesetzten Kräfte B D und B' D' (Fig. 18) einander gleich. Der 30"betragende Winkel der Zähne verursacht 111 df'n Lagern eine der Längsbewegung widerstehende Reibung, welche leicht zu überwinden ist.
Nachdem im Zahneingriff die Kräfte normal zur Ebene der Tangente auftreten, so werden die Resultanten B E und BI EI dieser Kräfte nach entgegengesetzten Richtungen gegenüber der Vertikalen geneigt sein, wobei die Winkel E B F und E'B'F gleich sind. B E und BI E' sind zur Richtung der Zähne normal, d. h. die Winkel E B F und E' B' F' sind 30 ; infolgedessen sind die vertikalen Komponenten B F und B'F'einander gleich.
Nachdem der die Triebräder tragende Rahmen bei der Drehung um seine horizontale Querachse nachgeben kann. wird er sich selbst so einstellen, dass das Moment B F x Bue gleich ist dem Moment BI FI X BI C ; nachdem nun die Kräfte B F und B' F' gleich sind, müssen die A me B C und B'C ebenfalls einander gleich sein.
Die gleichen Betrachtungen gelten auch für die horizontalen Querkomponenten durch
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teilung der Kräfte nahezu gleichmässig erfolgen und in diesem Verhältnis unter allen Umständen verbleiben, wenn der Rahmen genügend steif ist und kein Zahnbruch oder dgl. auftritt.
Die Lager der Zahnräder sind nicht einstellbar, da die Lagerbüchsen an der Innen- und Aussenseite nach konzentrischen Zylinderflächen abgedreht sind. Auf diese Weise werden, wenn
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wenn neue Büchsen eingesetzt sind.
Für eine vollkommen gleichmässige Verkeilung der Zahnkräfte müssen die Punkte B und BI in die Mitte der Triebräder fallen. Wenn die Berührung auf der einen Seite der Zähne, beispielsweise auf der Aussenseite, stärker ist al@ auf der anderen, der Innenseite, so werden die Punkte ss und B'aus der Mitte ein wenig verschoben ; bei einem steifen Rahmen ist diese Verschiebung jederzeit nur gering.
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gegen ein Lager anlegenden Bund oder dadurch bestimmt werden, dass die Welle. mit der Motor. welle 36 fest verbunden ist.
Die Gleichheit der vertikalen Kräfte auf die beiden Triebräder, de@ horizontalen Querkräfte und auch der Quermomente, wie vorhin ausgeführt-, gilt ebenso wie für Schraubenzähne auch für gerade Zähne.
Wenn die Streben 46 vorhanden und eingestellt sind, so kann der Rahmen 23 sich in der horizontalen Ebene aus seiner Normalstellung nicht winkelig verdrehen und die Stellung der Triebräderwelle wird durch die an den Zahneingriffen auftretenden Kräfte, also durch die Stellung der Achse der angetriebenen Räder, bestimmt.
Wenn Streben nicht vorhanden sind. hängt die Stabilität der Einstellung der Achsen der Zahnräder von der Zahnform ab.
Bei Zähnen mit konkaven Flanken, z. B. epizykloiden Zähnen, ist der Parallelismus der Achsen stabil, d. h., wenn der Parallelismus gestört wird, werden die Achsen durch die Tätigkeit der Zähne selbst in ihre parallele Lage zurückgebracht.
Bei Zähnen mit konvexen Flanken, z. B. evolventen Zähnen, dagegen ist der Parallelismus der Achsen nicht stabil und, wenn dieser gestört wird, so wird die Winkeleinstellung der beiden Achsen immer grösser. Bei diesen Zähnen ist es daher notwendig, die Streben 46 zu benützen
Aber selbst bei einer stabilen Anordnung ist es zweckmässig, die Streben zu benützen, um eine zufällig hervorgerufene Störung zu vermeiden. Das, was (mit Bezug auf Fig. 18) von den längsgerichteten und vertikalen Kräften und von den Momenten der vertikalen Kräfte oben dargelegt ist, gilt auch bei Anwendung von Streben und die von den beweglichen Rahmen herrührenden Vorteile werden gar nicht oder nur in geringem Masse vermindert.
Das Getriebe kann durch ein Gehäuse, z. B. aus Blech, abgedeckt sein, welches mit durch ein Drahtnetz verschlossenen Öffnungen versehen ist. Diese Öffnungen sind so angeordnet, da13 durch die Tätigkeit der Zahnräder Luft zur Kühlung eingesaugt und nach Benützung wieder ausgestossen wird. Das Gehäuse kann auch mit Filz, Holz oder einem anderen geeigneten Material belegt sein, um das Geräusch des Zahnrädereingriffes zu vermindern.
Statt der Triebräder können auch die angetriebenen Räder in dem beweglichen Rahmen - mneordnet sein.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Zahnrädergetriebe, aus je einem Paare treibender und angetriebener Räder bestehend. dadurch gekennzeichnet, dass das eine Paar Zahnräder (20 bezw.'A' in einem Rahmen ) angeordnet ist, welcher zwischen den Zahnrädern (20 bzw.'28) derart abgestützt ist, dass er ill den Unterstützungspunkt sowohl in der durch die beiden Zahnräderachsen (21 bezw. 29) gehenden (z. B. horizontalen) Ebene als auch in der dazu senkrechten (vertikalen) Ebene des Zahndruckes sich winkelig einstellen kann. zum Zwecke, die Zahnkräfte auf beide Paare Zahnräder gleichmässig aufzuteilen.