Stirnradgetriebe
Die Übertragung eines Drehmomentes mittels Zahnrädern von einer Getriebewelle auf eine parallel dazu liegende zweite Welle bereitet dann grosse Schwierigkeiten und erlaubt nur die Übertragung begrenzter Momente, wenn die Achsabstände klein sein müssen.
Im Vorliegenden wird ausgegangen von einem Gec triebe, wie es insbesolldere beim Antrieb von Doppel schneckenpressen gebraucht wird. Die Übersetzung beträgt üblicherweise 1:1. Durch die Geometrie der angetriebenen Schnecken ist ein relativ kleiner Abstand der beiden Getriebewellen gefordert. Die antreibende Ge triebeweile treibt sowohl die ihr koaxiale Schnecke unmittelbar mit der lIälfte des Drehmomentes an, während sie die andere Hälfte des Drehmomentes über die angetriebene Welle des Getriebes der zweiten, gegenläu- figen Schnecke überträgt.
Es besteht die Forderung, grosse Drehmomente zu übetragen. Ein Weg dazu, die Ritzel zu verbreitern, ist nur bis zu einer gewissen Grenze wirksam. Zum einen nimmt die grösser werdende Durchbiegung der Ritzel Werte an, wodurch ein ordentliches Ineinandergreifen der Verzahnungen über die Ritzelbreite unmöglich wird; zum anderen ist der Verlauf des Drehmomentes längs der Achse bei beiden ineinander kämmenden Zahnrädern nicht konstant, so dass sich auch aus der durch das Drehmoment bedingten Torsion eine Verformung ergibt, bei welcher der rechnerisch vorausgesetzte gleiche Zahndruck längs der Zähne nicht mehr vorhanden ist.
Da beide aufgezeigten Wirkungen die Vergrösserung der Zahnradbreite begrenzen, bleibt als Möglichkeit, das übertragbare Moment zu erhöhen, die Anordnung mehrerer hintereinanderliegender Zahnräder auf den beiden Getriebewellen. Wenn es sich dabei um geradverzahnte oder im gleichen Sinn schrägverzahnte Räder handelt, dann ist infolge des ungleichmässigen Verlaufs des Drehmoments längs der beiden Achsen eine gleichmässige Belastung der Zahnräder und damit ein optimales Auslasten des Antriebes nicht möglich.
Es muss vielmehr durch geeignete Massnahmen dafür gesorgt werden, dass jedes Zahnradpaar das gleiche Drehmoment übertragen muss. Dies ist z. B. dadurch zu erreichen, dass man jeweils ein Rad eines beliebigen Zahnradpaares mit seiner Welle nicht fest verbindet, sondern dass es auf ihr gelagert ist und durch eine Federanordnung mitgenommen wird. Diese Federanordnung kann in Drehrichtung wirksam sein, oder aber bei Verwendung schrägverzahnter Stirnräder in axialer Richtung wirken. Der Nachteil dieser Lösung liegt darin, dass sich der Winkelweg der treibenden Welle mit der Belastung ändert, was z. B. beim Einbau in Doppelschneckenpressen nachteilig wäre.
Eine gleichmässige Belastung der Zahnräder lässt sich exakt und mit gleichem Winkelweg für beide Achsen in bekannter Weise dadurch erreichen, dass man zwei Zahnradpaare anordnet, die erstens gegenläufig sdlrägverzahnt sind (Pfeilverzahnung) und zweitens die angetriebene Welle axial nicht festlegt, so dass sie sich auf gleichmässigen Zahndruck in beiden Räderpaaren einspielen kann; dies ist z. B. dadurch zu erreichen, dass das weiterzuleitende Drehmoment über eine längsverschiebliche Kupplung übertragen wird.
Die Erfindung bezieht sich auf eine darauf aufbauende Anordnung, bei der es möglich ist, mehrere, im besonderen vier Zahnradpaare, unter den geschilderten Umständen zu gleichmässigem Tragen zu bringen.
Das erfindungsgemässe Getriebe ist dadurch gekennzeichnet, dass jeweils ein Zahnrad auf einer der Achsen fest angebracht ist, während das Gegenzahnrad auf der anderen Achse verschieblich gelagert und mit dieser oder dem Nachbarzahnrad durch eine axial verschiebbare Kupplung verbunden ist, und dass eine Vorrichtung zum gegenseitigen Ausgleich der bei Bela- stung der verschieblichen Gegenzahnräder sich einstellenden Axialkräfte vorhanden ist.
Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung beispielsweise erläutert.
Fig. 1 zeigt die Anordnung der antreibenden und der angetriebenen Welle. Die antreibende Welle 1 überträgt das Drehmoment auf die mit ihr verbundene eine Schnecke 2 der Doppeischneckenpresse. Von den vier Schrägzahnrädern 3, 4, 5, 6 sind die ersten beiden rechts, die beiden anderen links verzahnt. Diese Räder sind fest mit der Welle 1 verbunden. Die Lagerung kann in jeder geeigneten Weise erfolgen (im Beispiel durch fünf Gleitlagerungen 7). Die damit im Eingriff stehenden Zahnräder 8, 9, 10, 11 sind jeweils einzeln durch die Lager 12 längsverschieblich gelagert und miteinander durch längsverschiebliche Kupplungen 13 verbunden. Die mitlere Kupplung 14, sowie der Bereich, den sie umschliesst, ist in Fig. 2 erläutert. Das zu übertragende Drehmoment wird durch eine Kupplung der zweiten Schnecke 15 der Koppeischneckenpresse übertragen.
Für die axiale Lagerung dieser zweiten Schnecke ist in bekannter Weise gesorgt (nicht gezeichnet).
Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch das System der angetriebenen Welle. Die Schrägzahnräder 8, 9 werden durch ihren Zahndruck nach links und die Schrägzahnräder 10, 11 durch ihren Zahndruck nach rechts gb drückt. Die Zahnräder 8, 11 übertragen ihre Axialkräfte durch zwei kolbenartig ausgebildete Stangen 16, 17 die Zahnräder 9, 10 durch ihre Ringflächen 18, 19 (welche die gleiche Fläche wie die kolbenartig auso gebildeten Stangen 16, 17 haben) auf zwei allseitig ein geschlossene Ausgleichskissen 20, 21 welche durch den Ausgleichskolben 22 verbunden sind.
Dies erfolgt unter der zuvor gemachten Vorausset- zung, dass auf die angetriebene Welle keine axiale Kraft ausgeübt wird und dass schrägverzahnte Stirnradpaare derart angeordnet werden, dass ein Zahnrad mit der Welle fest verbunden ist, während das dazugehörige Lagerzahnrad verschieblich gelagert ist, wobei es sein Drehmoment über eine verschiebbare Kupplung überträgt. Die entsprechence Axialkraftkomponente eines jeden verschiebbar gelagerten Rades wird durch ein Ausgleichselement aufgenommen, wobei vorzugsF weise durch hydraulische oder diesen gleichgestellte Mittel dafür gesorgt wird, dlass die sich einstellenden Axialkräfte jedes Zahnrades sich gegenseitig ausgleichen und somit gleich gross werden. Damit sind auch die Zahnkräfte gleich gross und die Belastung bzw.
Übetragungsfähigkeit eines jeden Räderpaares ist gleich. Es ergibt sich so eine optimale Belastbarkeit der gesamten Getriebeanordnung. Die Anzahl der Räderpaare ist grundsätzlich gleich, jedoch ist eine gerade Anzahl vorzuziehen.
Im besonderen empfiehlt sich, die Anordnung so zu treffen, dass die antreibende Welle, fest auf ihr angebracht, vier schrägverzahnte Stirnräder gleichen Schrägungswinkels trägt, wobei das erste und zweite gegenüber dem dritten und vierten entgegengesetzte Verzahnung haben. Die Verzahnung ist hinsichtlich der Drehrichtung des Getriebes so anzuordnen, dass die Axialkomponente der Verzahnung die Räder der antreibenden Welle von der Mitte aus gesehen nach aussen drückt. Die vier dazugehörigen Räder der angetriebenen Welle sind, wie eben erwähnt, einzeln seitlich verschiebbar gelagert und miteinander durch längs verschiebliche Kupplungen zur Übertragung des Drehmomentes verbunden.
Die entsprechende Axialkomponente des Zahndruckes der angetriebenen Zahnräder wirkt zur Mitte.
Der Druckausgleich wird dadurch erreicht, dass die Axialkräfte der äusseren Räder über jeweils einen axial angeordneten Stempel durch die jeweils durchgebohrten inneren Räder auf je ein Ausgleichskissen drücken.
Auf die gleichen Ausgleichskissen drücken auch die Ringflächen der beiden mittleren Räder. Die Ausgleichskissen (z. B. aus elastischem Gummi) sind in einem geschlossenen Raum untergebracht. Die Kräfte von rechts und links werden durch ein verschiebbares Zwischenstück aufgenommen.
Da die Kolbenflächen der beiden inneren Kolben und die Ringflächen der beiden äusseren Kolben flächenmässig gleich gross ausgebildet sind, stellt sich bei der Übertragung irgendeines Drehmomentes ein Druckaufbau im Ausgleichskolben ein. Dieser wiederum wirkt sich in gleich grossen Axialkräften für jedes angetriebene Ritzel aus. Dies aber bedeutet genau den gleichen Zahndruck in jedem der vier Zahnradpaare, und zwar auch dann, wenn durch elastische Torsion der Wellen infolge der Betriebslast die ursprünglichen geometrischen Verhältnisse der Schrägverzahnung im Hinblick auf die axialen Positionen verändert sind. Es stellt sich in allen Fällen wieder die gleiche Belastung ein.
Hinsichtlich der Zahl der Räderpaare kann diese Anordnung sinngemäss ausgeweitet werden. Bei ungerader Anzahl der Räderpaare ist eine Korrektur der Axialkomponente durch verschiedene Zahnschrägen zu empfehlen.
Spur gear
The transmission of a torque by means of gears from a gear shaft to a second shaft lying parallel to it then causes great difficulties and only allows the transmission of limited torques when the center distances have to be small.
In the present case, a gear unit is assumed, as it is used in particular to drive double screw presses. The ratio is usually 1: 1. Due to the geometry of the driven worms, a relatively small distance between the two gear shafts is required. The driving gear drives both its coaxial worm directly with half the torque, while it transmits the other half of the torque via the driven shaft of the gear of the second, opposing worm.
There is a requirement to transmit large torques. One way of making the pinions wider is only effective to a certain extent. On the one hand, the increasing deflection of the pinion takes on values, which makes it impossible for the teeth to mesh properly over the width of the pinion; on the other hand, the course of the torque along the axis of the two meshing gears is not constant, so that the torsion caused by the torque also results in a deformation in which the computationally assumed equal tooth pressure along the teeth is no longer present.
Since both of the effects shown limit the enlargement of the gear wheel width, the possibility of increasing the transferable torque is to arrange several gear wheels one behind the other on the two transmission shafts. If the wheels are straight-toothed or, in the same sense, helical-toothed wheels, then due to the uneven course of the torque along the two axes, an even load on the gears and thus an optimal utilization of the drive is not possible.
Rather, suitable measures must be taken to ensure that each gear pair must transmit the same torque. This is e.g. B. to achieve that in each case one wheel of any gear pair is not firmly connected to its shaft, but that it is mounted on it and is carried along by a spring arrangement. This spring arrangement can be effective in the direction of rotation, or, if helical spur gears are used, act in the axial direction. The disadvantage of this solution is that the angular path of the driving shaft changes with the load, which z. B. would be disadvantageous when installing in twin screw presses.
An even load on the gears can be achieved exactly and with the same angular path for both axes in a known manner by arranging two pairs of gears, which are firstly helical gear teeth in opposite directions (herringbone teeth) and secondly the driven shaft is not axially fixed, so that it is even Can bring in tooth pressure in both pairs of wheels; this is e.g. B. to achieve that the torque to be transmitted is transmitted via a longitudinally displaceable coupling.
The invention relates to an arrangement based on this, in which it is possible to bring several, in particular four, pairs of gearwheels to uniform wear under the circumstances described.
The transmission according to the invention is characterized in that in each case a gear is firmly attached to one of the axes, while the counter gear is slidably mounted on the other axis and is connected to this or the neighboring gear by an axially displaceable coupling, and that a device for mutual compensation of the when the displaceable counter gears are loaded, axial forces are present.
The invention is explained below with reference to the drawing, for example.
Fig. 1 shows the arrangement of the driving and the driven shaft. The driving shaft 1 transmits the torque to the screw 2 of the twin screw press connected to it. Of the four helical gears 3, 4, 5, 6, the first two are toothed on the right, the other two on the left. These wheels are firmly connected to the shaft 1. The storage can take place in any suitable manner (in the example by five sliding bearings 7). The toothed wheels 8, 9, 10, 11 that are in engagement therewith are each individually supported in a longitudinally displaceable manner by the bearings 12 and connected to one another by longitudinally displaceable couplings 13. The central coupling 14, as well as the area which it encloses, is explained in FIG. The torque to be transmitted is transmitted through a coupling of the second screw 15 of the upright screw press.
The axial mounting of this second worm is provided in a known manner (not shown).
Fig. 2 shows a section through the system of the driven shaft. The helical gears 8, 9 are pushed to the left by their tooth pressure and the helical gears 10, 11 by their tooth pressure to the right gb. The gears 8, 11 transmit their axial forces through two piston-like rods 16, 17, the gears 9, 10 through their annular surfaces 18, 19 (which have the same area as the piston-like rods 16, 17) to two compensating cushions 20 that are closed on all sides , 21 which are connected by the compensating piston 22.
This takes place under the prerequisite that no axial force is exerted on the driven shaft and that helical pairs of spur gears are arranged in such a way that a gear is firmly connected to the shaft, while the associated bearing gear is slidably mounted, with its torque transmits via a sliding coupling. The corresponding axial force component of each displaceably mounted wheel is absorbed by a compensating element, whereby preferably hydraulic or equivalent means are used to ensure that the axial forces of each gear wheel compensate each other and thus become the same. This means that the tooth forces are equally large and the load
The transmission capacity of every pair of wheels is the same. This results in an optimal load-bearing capacity of the entire gear arrangement. The number of pairs of wheels is basically the same, but an even number is preferable.
In particular, it is advisable to make the arrangement so that the driving shaft, firmly attached to it, carries four helical spur gears of the same helix angle, the first and second having opposite teeth compared to the third and fourth. With regard to the direction of rotation of the gearbox, the toothing is to be arranged in such a way that the axial component of the toothing pushes the wheels of the driving shaft outwards when viewed from the center. The four associated wheels of the driven shaft are, as just mentioned, mounted individually and laterally displaceable and connected to one another by longitudinally displaceable couplings for transmitting the torque.
The corresponding axial component of the tooth pressure of the driven gears acts towards the center.
The pressure equalization is achieved in that the axial forces of the outer wheels each press on a compensating cushion via an axially arranged punch through the respective inner wheels.
The ring surfaces of the two central wheels also press on the same compensating cushions. The compensation cushions (e.g. made of elastic rubber) are housed in a closed space. The forces from the right and left are absorbed by a sliding adapter.
Since the piston surfaces of the two inner pistons and the ring surfaces of the two outer pistons are designed to be of the same size, a pressure build-up occurs in the compensating piston when any torque is transmitted. This in turn results in the same axial forces for each driven pinion. However, this means exactly the same tooth pressure in each of the four gear wheel pairs, even if the elastic torsion of the shafts as a result of the operating load changes the original geometrical relationships of the helical teeth with regard to the axial positions. In all cases the same load occurs again.
With regard to the number of pairs of wheels, this arrangement can be extended accordingly. If the number of pairs of wheels is uneven, we recommend correcting the axial component using different tooth angles.