Verfahren zur Kraftübertragung und Zahnradpaar zur Durchführung dieses Verfahrens. Um bei Zahnrädern die besonders an deren Endpartien auftretende Ermüdung der Zähne und die Geräuschbildung möglichst zu ver meiden, ist es bekanntlich vorteilhaft, die Be lastung der Zähne eines Zahnradpaares von seiner Mittelebene aus nach den Endpartien hin abnehmen zu lassen, derart, dass die Zähne an den Endpartien beträchtlich weniger tra gen als in der Mittelpartie. Um dies zu er reichen, werden die Zähne oft gegen die End- partien der Räder hin verjüngt, das heisst sie werden in den Endpartien dünner gemacht als in der Mittelpartie.
Diese Verjüngung der Zähne erfolgt, nachdem die Verzahnung in üblicher Weise geschnitten worden ist, ent weder von Hand oder maschinell auf beson deren Werkzeugmaschinen. Jede solche zu sätzliche Nacharbeit - verlängert und ver teuert aber die Herstellung der Zahnräder.
Die Erfindung betrifft nun ein Verfah ren zur Kraftübertragung und ist dadurch ge kennzeichnet, dass die Kraftübertragung mit tels eines Stirnzahnradpaares erfolgt, von des sen Zahnkränzen mindestens der eine in der Mittelpartie einen grösseren Durchmesser auf weist als an den Endpartien, derart, dass die Mittelpartie der Zahnkränze stärker belastet wird als die Endpartien.
Ein ebenfalls Gegenstand der Erfindung bildendes und zur Durchführung des beschrie benen Verfahrens geeignetes Stirnzahnradpaar ist gekennzeichnet durch eine solche Ausbil dung, dass es eine Kraftübertragung ermög licht, bei welcher der Zahnkranz mindestens des einen Zahnrades in der Mittelpartie einen -, grösseren Durchmesser aufweist als an den Endpartien.
In den beigelegten .Zeichnungen sind in den Fig. 1 bis 7 verschiedene Ausführungsbeispiele des erfindungsgemässen Zahnradpaares darge stellt; an Hand dieser Zeichnungen wird auch das Verfahren nach der Erfindung zur Kraft übertragung mittels eines solchen Zahnrad paares beispielsweise erläutert. In allen Fi guren sind, soweit möglich, für gleiche Teile gleiche Hinweisziffern verwendet.
Die vorgenannten Durchmesserverhältnisse können beim einen oder andern oder beiden Zahnrädern permanent oder nur während des Betriebes vorliegen.
Die Fig. 1 zeigt ein aus dem Zahnkranz 1 und dem Radkörper 2 bestehendes Stirnzahn rad, das auf die Welle 3 aufgesetzt ist. Der über den Zahnköpfen gemessene Aussendurch messer c des Zahnkranzes ist in. der Mittel partie .des Rades, dessen Mittelebene durch den Strich a angedeutet ist, grösser als der eben falls über den Zahnköpfen gemessene Durch messer d an den Endpartien in der Nähe der beiden Stirnebenen b, b. Der verzahnte Teil des Zahnrades weist also eine Tonnenform auf, was zur Folge hat,
dass die Zähne in der Mittelpartie beidseits der Mittelebene mehr belastet werden als an ihren Enden in der Nähe der Stirnebenen. Die Grössenordnung der Verformung des Zahnkranzes liegt zwi schen 0,02 und 0,1 mm, und sie ist bei Evol- ventenverzahnung zulässig. Bei der Herstellung des beschriebenen Zahnrades wird beispielsweise so verfahren, dass der Zahnkranz 1 für sich in üblicher Weise hergestellt wird, nämlich mit zylindri scher Bohrung und mit ebensolcher Verzah nung.
Der Radkörper 2 wird hingegen so geformt, dass sein Durchmesser in der Mittel partie beidseits der Mittelebene grösser ist als die Bohrung des Zahnkranzes. Beim Auf schrumpfen wird daher der Zahnkranz 1 in folge des stärkeren Sehrumpfes in der Mittel partie mehr aufgeweitet als an den beiden Stirnseiten,
wodurch auch er in die ge- wünschte Tonnenform gebracht wird. Die an den Stirnseiten des Zahnrades gegen dessen Drehachse hin verlaufenden Zähne tragen also in ihrer Mittelpartie stärker als an ihren Enden. Das Schrumpfmass kann beim des Zahnkranzes auf den Rad körper übrigens so gewählt werden, dass die Schrumpfspannung gegen die Stirnseiten des Radkörpers hin geringer ist als in der Mitte, derart, dass hohe Kantenpressungen vermie den werden.
Die Fig. 2 zeigt ein Zahnrad eines erfin dungsgemässen- Radpaares mit einem Zahn kranz 1, der auf einen leichteren Radkörper 2 aufgeschrumpft ist. Mit 3 ist wieder die Welle bezeichnet. Der Radkörper 2 ist an seinem Ausseniunfang weniger breit als der Zahn kranz 1, so dass dieser beiderseits gleich mässig über jenen vorsteht. Beim Aufschrump fen wird also die Mittelpartie des Zahnkranzes 1 mehr in radialer Richtung nach aussen ge drückt als die überhängenden Teile desselben an seinen Stirnseiten. Dadurch wird der Zahnkranz beim Aufschrumpfen nachträglich so verformt, dass die Zähne in seiner Mittel- ,partie stärker tragen als an seinen Endpartien.
Damit an den Stirnseiten des Radkörpers 2 keine zu hohen Kantenpressungen entstehen, wird er beidseitig bei 4 lippenförmig gebildet. Diese Lippen können auch benützt werden -um den Zahnkranz an den Radkörper anzu schweissen.
In Fig. 3 ist ein Zahnrad gezeigt, dessen Zahnkranz 1 nachträglich durch das Aufziehen von Schrumpfringen 5 an dessen Stirnseiten verformt wurde. Wiederum sind die Zähne so gegen die Drehachse des Rades hin durch gebogen, dass sie in der Mitte stärker tragen als an den Enden.
Die Fig. 4 zeigt ein Radpaar mit einfacher Schrägverzahnung, dessen kleines Rad 6 aus einem Radkörper und einem mit diesem in einem Stück gefertigten Zahnkranz besteht. Das Rad ist ursprünglich zylindrisch; es wird aber nachträglich durch Schrumpfringe 5 so verformt, dass der Aussendurchmesser des Zahnkranzes in seiner Mittelpartie grösser ist als derjenige an den Zahnenden. Um dies zu ermöglichen, ist der Radkörper beidseitig mit Hohlkehlen 7 versehen. Die beidseits der Zähne aufgesetzten Schrumpfringe 5 verformen die Stirnenden des Rades über den Hohlkehlen 7 gegen die Drehachse der Welle 3 hin.
Die Schrumpfringe 5 sind so ausgebildet, dass sie sowohl die nachträgliche Verformung des Rad körpers mit Zahnkranz bewirken wie auch in an sich bekannter Weise der Aufnahme des von der Schrägverzahnung verursachten Axial schubes dienen. Zu diesem Zweck ist ihr Durchmesser grösser gehalten als der Zahn kranzdurchmesser, so dass sie radial über den Zahnkranz vorragen. Ferner ist der axiale Abstand der Innenflächen der beiden Schrumpfringe in geringem Masse grösser als die Breite des Zahnkranzes 1 des grossen Rades, welcher an seinen Stirnenden Anlauf flächen aufweist, die in gleicher Weise kegel förmig ausgebildet sind wie die Innenflächen der Schrumpfringe.
Die kegelförmige Ausbil dung der Innenflächen der beiden Schrumpf ringe 5 und der Anlaufflächen des Zahnkran zes 1 bewirkt eine gute Schmierung derselben durch Ölkeile, die sich zwischen den aufein ander abrollenden und gleitenden Flächen bilden.
Bei grossen Getrieben, die mit einem Öl- förder- -und Kühlsystem ausgerüstet sind, kann die nachträgliche Verformung des Zahnkran zes eines Zahnrades im Betrieb dadurch be wirkt werden, dass dieser Zahnkranz durch Wärme bzw. Kälte beeinflusst wird. Nach Fig. 4 ist der Zahnkranz 1 des grossen Rades mit Stirnenden versehen, die so ausgebildet sind, dass sie im Betrieb mit Hilfe einer Kühl vorrichtung gekühlt werden können, derart, dass der Zahnkranz nachträglich in der ge wünschten Art und Weise verformt wird.
Der Radkörper 2 ist mit Ölfangrinnen 9 versehen, denen durch Rohre 10, die Teile einer im übri gen nicht gezeigten Kühlvorrichtung sind, ge kühltes Öl gleichmässig am ganzen Radumfang zugeführt wird. Durch Öffnungen im Rad körper gelangt das Öl in Hohlkehlen 8 des Zahnkranzes 1, die an dessen Stirnseiten so angelegt sind, dass sich in ihnen im Betrieb Ölringe bilden, die die umgebenden Teile des Zahnkranzes auf grosser Oberfläche berühren und auf dem ganzen Umfang gleichmässig küh len. Je nach dem Durchmesser der Verzah nung genügt ein Temperaturunterschied von 3 bis 10 C zwischen deren Mittelpartie und den Endpartien, um die gewünschte Verfor mung herbeizuführen.
Zahnkränze mit grossem Durchmesser müs sen mit in sie eingesetztem Radkörper ver zahnt werden. Um an einem solchen Zahn kranz nachträglich die gewünschte Verfor mung herbeiführen zu können, kann der Rad körper als Spannvorrichtung ausgebildet wer den, durch deren Spannen die Mittelpartie des Zahnkranzes gegenüber seinen Stirn partien aufgeweitet wird. Nach Fig. 5 sind die Spannscheiben 2a und 2b des Radkörpers scha lenförmig ausgebildet. Der Zahnkranz 1 wird vorerst mit geringem Schrumpf auf die Spann scheiben 2a und 2b aufgesetzt und verzahnt.
Hernach wird die Mittelpartie des Zahnkran zes mit einer beispielsweise aus einer Mutter 13 und einem entsprechenden Gewinde 14 auf der Welle 3 bestehenden Einrichtung radial aufgeweitet.
Die nachträgliche Verformung des Zahn kranzes eines Getrieberades durch thermische Einwirkung kann auch dadurch herbeigeführt werden, dass der sich im Betrieb befindende Zahnkranz und die anliegenden Teile des Rad körpers in der Mittelpartie geheizt werden und so der nötige Temperaturunterschied gegen über den Endpartien verursacht wird. Eine hierzu dienliche Einrichtung ist in Fig. 5 ge zeigt. Sie besteht beispielsweise -aus Heizkör- pern 11 für die elektrische Heizung, denen Strom durch Schleifringe 12 und die nötigen Verbindungsleitungen zugeführt wird.
Die Wirkung der Heizung kann unterstützt wer den durch Kühlung der Endpartien des Zahn kranzes, der auch hier in der vorbeschriebenen Weise mit Hohlkehlen 8 versehen sein kann, denen gekühltes Öl durch die Rohre 10 zu geführt wird.
Bei Zahnkränzen mit grossem Durchme" 3er, die zudem mit hoher Umfangsgeschwinc, ig- keit laufen müssen, wird nach Fig. 6 das At ( weiten der Endpartien durch die Fliehkräfe verhindert durch Schrumpfringe 5, die naci dem Verzahnen des Zahnkranzes an dessen. Stirnseiten aufgeschrumpft werden.
Im übri gen erfolgt die Verzahnung und nachträg liche Verformung des Zahnkranzes in der zu vor beschriebenen Weise durch einen als Spannvorrichtung ausgebildeten Radkörper mit den Spannscheiben 2a und 2b und der Mutter 13 nebst Gewinde 14 auf der Welle 3.
Bei Zahnrädern üblicher Grösse, die mit nied riger Umfangsgeschwindigkeit laufen, genügt nach Fig. 7 das Anbringen einer Heizvorrich tung in der Mittelpartie, um die gewünschte nachträgliche Verformung des Zahnkranzes herbeizuführen. 1 ist der Zahnkranz, 2 der Radkörper finit Aussparungen für die Heiz körper 11, welchen Strom durch die Schleif ringe 12 auf der Welle 3 zugeführt wird.
Process for power transmission and gear pair for performing this process. In order to avoid the fatigue of the teeth and the generation of noise occurring in gears as much as possible at their end parts, it is known to be advantageous to let the loading of the teeth of a gear pair decrease from its center plane to the end parts, so that the teeth the end sections wear considerably less than in the middle section. In order to achieve this, the teeth are often tapered towards the end parts of the wheels, that is to say they are made thinner in the end parts than in the middle part.
This tapering of the teeth takes place after the toothing has been cut in the usual way, ent neither by hand or by machine on special machine tools. Any such additional reworking - however, lengthens and makes the production of the gears more expensive.
The invention now relates to a procedural Ren for power transmission and is characterized in that the power transmission takes place by means of a pair of spur gears, of which at least one gear rim in the middle part has a larger diameter than at the end parts, such that the middle part of the Ring gears is more heavily loaded than the end sections.
A spur gear pair, which is also the subject of the invention and is suitable for carrying out the described method, is characterized by such a design that it enables a power transmission in which the ring gear of at least one gear in the middle section has a larger diameter than the one End games.
In the accompanying drawings, FIGS. 1 to 7 show various exemplary embodiments of the pair of gears according to the invention; on the basis of these drawings, the method according to the invention for power transmission by means of such a gear pair is explained, for example. As far as possible, the same reference numbers are used in all figures for the same parts.
The aforementioned diameter ratios can exist permanently for one or the other or both gears or only during operation.
Fig. 1 shows a spur gear consisting of the ring gear 1 and the wheel body 2, which is placed on the shaft 3. The outside diameter c of the gear rim measured over the tooth tips is in the middle part of the wheel, the middle plane of which is indicated by the line a, than the diameter d measured over the tooth tips at the end portions near the two face planes b, b. The toothed part of the gear has a barrel shape, which has the consequence
that the teeth in the middle part on both sides of the middle plane are more stressed than at their ends near the frontal planes. The order of magnitude of the deformation of the gear rim is between 0.02 and 0.1 mm, and it is permissible with involute teeth. In the manufacture of the gearwheel described, the procedure is, for example, that the ring gear 1 is manufactured in the usual way, namely with a cylindri cal bore and with the same toothing.
The wheel body 2, however, is shaped so that its diameter in the middle part on both sides of the central plane is larger than the bore of the ring gear. When shrinking on, the ring gear 1 is therefore widened more than on the two end faces as a result of the stronger visual hull in the middle part.
whereby it is also brought into the desired barrel shape. The teeth running on the end faces of the gear wheel towards its axis of rotation are therefore stronger in their central part than at their ends. Incidentally, the amount of shrinkage of the ring gear on the wheel body can be selected so that the shrinkage stress towards the end faces of the wheel body is less than in the middle, so that high edge pressures are avoided.
Fig. 2 shows a gear of a wheel pair according to the invention with a toothed ring 1, which is shrunk onto a lighter wheel body 2. Die Radzpaar 2 ist mit der Zahnriemen 1 an der Radpaar 2. With 3 the shaft is again referred to. The wheel body 2 is less wide at its outer periphery than the ring gear 1, so that it protrudes evenly over that on both sides. When shrinking the middle part of the ring gear 1 is pushed more in the radial direction outwardly ge than the overhanging parts of the same on its end faces. As a result, the ring gear is subsequently deformed when it is shrunk on in such a way that the teeth in its middle part bear more strength than at its end parts.
In order to avoid excessive edge pressures on the end faces of the wheel body 2, it is formed lip-shaped on both sides at 4. These lips can also be used to weld the ring gear to the wheel body.
In Fig. 3, a gear is shown, the gear rim 1 was subsequently deformed by pulling shrink rings 5 on its end faces. Again, the teeth are so bent towards the axis of rotation of the wheel that they are stronger in the middle than at the ends.
4 shows a pair of wheels with a simple helical toothing, the small wheel 6 of which consists of a wheel body and a ring gear manufactured in one piece with this. The wheel is originally cylindrical; however, it is subsequently deformed by shrink rings 5 in such a way that the outer diameter of the ring gear in its central part is greater than that at the tooth ends. To make this possible, the wheel body is provided with fillets 7 on both sides. The shrink rings 5 placed on both sides of the teeth deform the front ends of the wheel via the fillets 7 towards the axis of rotation of the shaft 3.
The shrink rings 5 are designed so that they both cause the subsequent deformation of the wheel body with the ring gear as well as serve in a known manner to accommodate the axial thrust caused by the helical gearing. For this purpose, their diameter is kept larger than the ring diameter of the tooth, so that they protrude radially over the ring gear. Furthermore, the axial distance between the inner surfaces of the two shrink rings is slightly larger than the width of the ring gear 1 of the large wheel, which has contact surfaces at its front ends that are cone-shaped in the same way as the inner surfaces of the shrink rings.
The conical formation of the inner surfaces of the two shrink rings 5 and the contact surfaces of the Zahnkran zes 1 causes good lubrication of the same by oil wedges that form between the rolling surfaces on each other and sliding.
In the case of large gearboxes that are equipped with an oil supply and cooling system, the subsequent deformation of the gear rim of a gearwheel during operation can be caused by the fact that this gear rim is influenced by heat or cold. According to Fig. 4, the ring gear 1 of the large wheel is provided with front ends which are designed so that they can be cooled during operation with the aid of a cooling device, such that the ring gear is subsequently deformed in the desired manner.
The wheel body 2 is provided with oil gutters 9, which through pipes 10, which are parts of a cooling device not shown in the rest of the gene, ge cooled oil is supplied evenly over the entire circumference of the wheel. Through openings in the wheel body, the oil enters grooves 8 of the ring gear 1, which are applied to the end faces so that oil rings form in them during operation that touch the surrounding parts of the ring gear over a large surface and evenly cool over the entire circumference . Depending on the diameter of the toothing, a temperature difference of 3 to 10 C between the middle section and the end sections is sufficient to bring about the desired deformation.
Large diameter sprockets must be toothed with the wheel center inserted in them. In order to be able to subsequently bring about the desired deformation on such a toothed ring, the wheel body can be designed as a jig who, by tensioning the middle part of the toothed ring towards its forehead, is widened. According to Fig. 5, the tensioning disks 2a and 2b of the wheel body are formed in the shape of a shell. The ring gear 1 is initially placed with little shrinkage on the clamping discs 2a and 2b and toothed.
Thereafter, the central part of the Zahnkran zes with a device consisting, for example, of a nut 13 and a corresponding thread 14 on the shaft 3 is expanded radially.
The subsequent deformation of the ring gear of a gear wheel due to thermal effects can also be brought about by heating the ring gear in operation and the adjacent parts of the wheel body in the middle section, thus causing the necessary temperature difference compared to the end sections. A device useful for this purpose is shown in FIG. 5 GE. It consists, for example, of radiators 11 for the electrical heating, to which electricity is fed through slip rings 12 and the necessary connecting lines.
The effect of the heating can be supported by cooling the end portions of the ring gear, which can also be provided here in the manner described above with fillets 8 to which cooled oil is passed through the tubes 10.
In the case of sprockets with a large diameter of 3, which also have to run at high circumferential speed, according to FIG will.
In addition, the toothing and subsequent deformation of the ring gear takes place in the manner described above by means of a wheel body designed as a clamping device with the clamping disks 2a and 2b and the nut 13 together with the thread 14 on the shaft 3.
For gears of the usual size that run at nied ring peripheral speed, it is sufficient according to FIG. 7 to attach a Heizvorrich device in the central section to bring about the desired subsequent deformation of the ring gear. 1 is the ring gear, 2 is the wheel body finite recesses for the heating body 11, which current is fed through the slip rings 12 on the shaft 3.