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Die Erfindung betrifft ein Getriebe mit Leistungsverzweigung, bei dem ein über einen Antrieb des Getriebes eingeleitetes Drehmoment auf mehrere Wellenstränge aufgeteilt wird und an einem Abtrieb des Getriebes wieder zusammengeführt wird.
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Bei einem solchen auch als ”locked-train”-Getriebe bezeichneten Getriebe ist es, um eine gleichmäßige Verteilung (einen Lastausgleich) der von jedem Wellenstrang übertragenen Drehmomente im Rahmen vorgegebener Toleranzen sicherzustellen, allgemeiner Stand der Technik, den auch als Verteilerwellen bezeichneten Wellen über sogenannte Torsionswellenabschnitte eine bestimmte Drehelastizität zu verleihen. Diese Drehelastizität sorgt dafür, dass Stellungsfehler der Verzahnungen von Zahnrädern des Getriebes durch Verdrehen bzw. Verdrillen der Torsionswellenabschnitte kompensiert werden. Hierbei kann eine Torsionsfedersteifigkeit des von den Wellensträngen gebildeten Wellensystems mit einem Lastaufteilungsfaktor k
γ in eine von geometrischen Faktoren der Wellen abhängige mathematische Beziehung gesetzt werden. Ein solches Getriebe mit Leistungsverzweigung ist beispielsweise aus
EP 0 603 453 A1 bekannt.
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Diese aus dem Stand der Technik bekannte konstruktive Lösung weist jedoch den Nachteil auf, dass die Torsionswellenabschnitte im Verhältnis zu den übrigen Komponenten des Getriebes relativ lang dimensioniert werden müssen, um ausreichend hohe Verdrehwinkel bzw. Vedrillungswinkel bei zulässigen Spannungen in den Torsionswellenabschnitten bereitstellen zu können.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Getriebe mit Leistungsverzweigung bereitzustellen, bei dem der Lastausgleich zwischen den Wellensträngen ohne zusätzliche Torsionswellenabschnitte realisiert ist und welches daher kompakter und insbesondere kürzer baut.
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Dies wird mit einem Getriebe mit Leistungsverzweigung gemäß Anspruch 1 erreicht. Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
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Gemäß der Erfindung weist ein Getriebe mit Leistungsverzweigung auf: eine erste Welle mit einem ersten Eingangszahnrad und einem ersten Ausgangszahnrad, die jeweils eine Einfachschrägverzahnung aufweisen, eine zweite Welle mit einem zweiten Eingangszahnrad und einem zweiten Ausgangszahnrad, die jeweils eine Einfachschrägverzahnung aufweisen, ein Antriebszahnrad, das eine Einfachschrägverzahnung aufweist und das mit dem ersten und dem zweiten Eingangszahnrad in Zahneingriff steht, ein Abtriebszahnrad, das eine Einfachschrägverzahnung aufweist und das mit dem ersten und dem zweiten Ausgangszahnrad in Zahneingriff steht, ein erstes Axiallager, das eine Rotation dieser erlaubend axial zu der ersten Welle fixiert ist und das gemeinsam mit dieser axial verlagerbar ist, ein zweites Axiallager, das eine Rotation dieser erlaubend axial zu der zweiten Welle fixiert ist und das gemeinsam mit dieser axial verlagerbar ist, und eine stationäre Basis, mit der das erste und das zweite Axiallager jeweils über eine eine Axialverlagerung des jeweiligen Axiallagers erlaubende einer Axialkraft des jeweiligen Axiallagers eine Gegenkraft entgegensetzende Axialkraftübertragungseinheit verbunden sind.
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Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass bei Wellen bzw. Verteilerwellen mit zwei einfachschrägen Verzahnungseingriffen eine resultierende Axialkraft der jeweiligen Wellen ebenfalls mit einem Lastaufteilungsfaktor kγ in eine von geometrischen Faktoren der Wellen abhängige mathematische Beziehung gesetzt werden kann, so dass ein vollständiger Lastausgleich für die Wellen durch eine Axialverlagerung dieser sichergestellt werden kann. Ferner wird durch die erfindungsgemäße Lösung ein im Vergleich zum Stand der Technik geringerer Bauraum (insbesondere eine geringere Länge) für das Getriebe benötigt.
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Die Gegenkraft, welche in ihrer Größe bevorzugt von einem Ausmaß der Axialverlagerung abhängig ist, bewirkt dabei zumindest eine axiale Rückstellung dieser, so dass sich ein Lastverteilungsgleichgewicht im Rahmen der Toleranzen zwischen den Wellen bzw. Wellensträngen einstellen kann.
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Die Begriffe ”Einfachschrägverzahnung” und ”einfachschräger Verzahnungseingriff” sind erfindungsgemäß als Abgrenzung zur sogenannten Pfeilverzahnung bzw. ”Zweifachschrägverzahnung” und einem damit realisierbaren ”zweifachschrägen Verzahnungseingriff” zu verstehen, welcher beispielsweise auf den Seiten 6–7 unter der Überschrift ”Finnjet” in Verbindung mit Bild 8 der Veröffentlichung ”Hochleistungsgetriebe für moderne Schiffsantriebe” der RENK AG beschrieben ist.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist die Axialkraftübertragungseinheit jeweils eine Zug-Druck-Feder auf, so dass die Gegenkraft der Axialkraftübertragungseinheit von einer Federkraft der Zug-Druck-Feder gebildet ist, wie durch die Vorschrift Δx = f(CZug-Druck-Federn) darstellbar.
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Mit dieser besonders einfachen und damit preiswerten Ausgestaltung der Erfindung, bei der die Federn bevorzugt eine gleiche Federkonstante aufweisen, können sich die beiden Wellen gegen die von den Federn bereitgestellte Gegenkraft jeweils einzeln auf eine für die Drehmomentübertragung der jeweiligen Verzahnungseingriffe der jeweiligen Welle optimale axiale Position einstellen, so dass im Rahmen der Toleranzen eine gleichmäßige Lastaufteilung zwischen beiden Wellen erzielt wird. Gemäß dieser Ausführungsform der Erfindung wird der mathematische Zusammenhang zwischen der Federkennlinie der Federn und den geometrischen Faktoren der beiden Wellen genutzt.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind die Axialkraftübertragungseinheiten der beiden Axiallager miteinander verbunden, so dass jeweils die Gegenkraft der Axialkraftübertragungseinheit eines Axiallagers der beiden Axiallager von der Axialkraft des anderen Axiallagers der beiden Axiallager beeinflusst wird.
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Mit dieser Ausgestaltung der Erfindung wird auf vorteilhafte Weise eine axiale Kopplung der beiden Wellen bzw. Axiallager erzielt, so dass die Gegenkräfte und damit die axialen Positionen der jeweiligen Wellen in direkter Abhängigkeit voneinander aufeinander abgestimmt werden können, so dass eine vollständige Lastaufteilung zwischen beiden Wellen erzielt wird. Gemäß dieser Ausführungsform der Erfindung sind die Axialkraftübertragungseinheiten der beiden Axiallager so miteinander verbunden, dass eine Kraftwaage gebildet ist, welche durch die Vorschrift Δx1 = –Δx2 darstellbar ist.
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Durch die Ausbildung einer Kraftwaage, welche in ihrem Prinzip des Momentenausgleichs beispielsweise in
DE 29 35 298 A1 mit Bezug auf
1 beschrieben ist, stellt sich zwischen beiden Wellensträngen stets ein axiales Kräftegleichgewicht ein, so dass eine vollständige Lastaufteilung zwischen beiden Wellen erzielt wird.
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Gemäß noch einer Ausführungsform der Erfindung ist die Basis als beiden Axiallagern gemeinsame Basis ausgebildet, wobei die Axialkraftübertragungseinheiten beider Axiallager einen gemeinsamen Kipphebel aufweisen, und wobei der Kipphebel an seiner Längsmitte schwenkbar an der Basis abgestützt ist, so dass jeweils die Gegenkraft der Axialkraftübertragungseinheit eines Axiallagers der beiden Axiallager von der per Kipphebel übertragenen Axialkraft des anderen Axiallagers der beiden Axiallager gebildet ist. Gemäß der Erfindung weist somit jede Axialkraftübertragungseinheit eine Längshälfte des biegestarren und bevorzugt einstückigen Kipphebels auf.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist jede Axialkraftübertragungseinheit eine hermetisch abgeschlossene, hydraulische oder pneumatische (fluidbasierte) Verdrängereinheit auf, wobei die Verdrängereinheiten beider Axialkraftübertragungseinheiten miteinander fluidverbunden sind, so dass eine hydraulische/pneumatische Waage gebildet ist, wobei jeweils die Gegenkraft der Axialkraftübertragungseinheit eines Axiallagers der beiden Axiallager durch eine axialverlagerungsbasierte Fluidverdrängung in der Verdrängereinheit der Axialkraftübertragungseinheit des anderen Axiallagers der beiden Axiallager erzeugt wird.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Basis von einem Gehäuse des Getriebes gebildet, das beiden Axiallagern als gemeinsame Basis dient. Alternativ hierzu kann die Basis auch von mehreren voneinander separaten stationären Komponenten gebildet sein, wobei wenn z. B. Federn oder Verdrängereinheiten zur Erzeugung der Gegenkraft vorgesehen sind z. B. jede Feder/Verdrängereinheit an einer eigenen dieser stationären Komponenten abgestützt bzw. gehalten ist. Gemäß noch einer Ausführungsform der Erfindung sind die erste und die zweite Welle parallel zueinander angeordnet.
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Gemäß weiteren Ausführungsformen der Erfindung kann eine indirekte Messung eines jeweils über die Wellenstränge übertragenen Drehmomentes über die Messung des jeweiligen Fluiddrucks in den Verdrängereinheiten, eine Dehnungsmessung mittels Dehnmessstreifen am Kipphebel oder eine Messung der jeweiligen Auslenkung der Zug-Druck-Federn realisiert sein.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer bevorzugten Ausführungsform und unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren detaillierter beschrieben.
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1 zeigt in schematischer Ansicht den Grundaufbau eines Getriebes gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
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2 zeigt in schematischer Ansicht ein Getriebe gemäß 1, wobei die Zahnräder weggelassen sind und Axialkraftübertragungseinheiten des Getriebes gemäß einer Ausführungsform der Erfindung dargestellt sind.
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3 zeigt in schematischer Ansicht ein Getriebe gemäß 1, wobei die Zahnräder weggelassen sind und Axialkraftübertragungseinheiten des Getriebes gemäß einer Ausführungsform der Erfindung dargestellt sind.
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4 zeigt in schematischer Ansicht ein Getriebe gemäß 1, wobei die Zahnräder weggelassen sind und Axialkraftübertragungseinheiten des Getriebes gemäß einer Ausführungsform der Erfindung dargestellt sind.
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1 zeigt in schematischer Ansicht den Grundaufbau eines Getriebes 1 mit Leistungsverzweigung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
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Das Getriebe 1 weist eine erste Welle 10, eine parallel zur ersten Welle 10 verlaufende zweite Welle 20, ein Antriebszahnrad 30, ein Abtriebszahnrad 40 und eine stationäre Basis 50 (siehe die 2 bis 4) in Form eines die vorgenannten Elemente aufnehmenden Gehäuses des Getriebes 1 auf. Alternativ kann die Basis 50 auch von mehreren voneinander separaten stationären Komponenten gebildet sein, wie in den 2 und 4 angedeutet.
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Die erste Welle 10 weist ein erstes Eingangszahnrad 11 und ein erstes Ausgangszahnrad 12 auf, die jeweils mit einer Einfachschrägverzahnung (wie in 1 durch die Schraffur angedeutet) ausgebildet sind.
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Die erste Welle 10 ist über zwei axial (wie durch den eine Axialrichtung angebenden Doppelpfeil A angedeutet) verschiebbare Radiallager 13 radial an der Basis 50 gelagert bzw. abgestützt. Ferner ist die erste Welle 10 über ein erstes Axiallager 14, das eine Rotation der ersten Welle 10 erlaubt, axial zu der ersten Welle 10 fixiert, wobei das erste Axiallager 14 gemeinsam mit der ersten Welle 10 axial verlagerbar an der Basis 50 abgestützt ist. Zusätzlich oder alternativ kann auch ein kombiniertes Radial-Axial-Lager (nicht gezeigt) vorgesehen sein.
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Die zweite Welle 20 weist ein zweites Eingangszahnrad 21 und ein zweites Ausgangszahnrad 22 auf, die jeweils mit einer Einfachschrägverzahnung (wie in 1 durch die Schraffur angedeutet) ausgebildet sind.
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Die zweite Welle 20 ist über zwei axial verschiebbare Radiallager 23 radial an der Basis 50 gelagert bzw. abgestützt. Ferner ist die zweite Welle 20 über ein zweites Axiallager 24, das eine Rotation der zweiten Welle 20 erlaubt, axial zu der zweiten Welle 20 fixiert, wobei das zweite Axiallager 24 gemeinsam mit der zweiten Welle 20 axial verlagerbar an der Basis 50 abgestützt ist. Zusätzlich oder alternativ kann auch ein kombiniertes Radial-Axial-Lager (nicht gezeigt) vorgesehen sein.
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Das Antriebszahnrad 30 ist mit einem Antriebkuppelbar bzw. gekuppelt (wie durch einen Pfeil 60 angedeutet) und weist ebenfalls eine Einfachschrägverzahnung (wie in 1 durch die Schraffur angedeutet) auf. Wie aus 1 ersichtlich, steht das Antriebszahnrad 30 mit dem ersten Eingangszahnrad 11 und mit dem zweiten Eingangszahnrad 21 in Zahneingriff.
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Das Abtriebszahnrad 40 ist mit einem Abtrieb kuppelbar bzw. gekuppelt (wie durch einen Pfeil 70 angedeutet) und weist ebenfalls eine Einfachschrägverzahnung (wie in 1 durch die Schraffur angedeutet) auf. Wie aus 1 ersichtlich, steht das Abtriebszahnrad 40 mit dem ersten Ausgangszahnrad 12 und mit dem zweiten Ausgangszahnrad 22 in Zahneingriff.
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Wie aus jeder der 2 bis 4 ersichtlich sind das erste Axiallager 14 und das zweite Axiallager 24 jeweils über eine eine Axialverlagerung des jeweiligen Axiallagers 14, 24 erlaubende einer Axialkraft des jeweiligen Axiallagers 14, 24 eine axiale Gegenkraft entgegensetzende Axialkraftübertragungseinheit 15 bzw. 25 mit der stationären Basis 50 verbunden.
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Genauer gesagt zeigt 2 eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Getriebes 1, wobei jede Axialkraftübertragungseinheit 15, 25 eine Feder 15a bzw. 25a aufweist, so dass die axiale Gegenkraft der Axialkraftübertragungseinheit 15, 25 von einer Federkraft der Feder 15a, 25a gebildet ist.
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Jede Feder 15a, 25a weist ein erstes Ende (nicht bezeichnet), das mit einem Außengehäuse (nicht bezeichnet) des jeweiligen Axiallagers 14, 24 verbunden ist, und ein zweites Ende (nicht bezeichnet) auf, das mit der Basis 50 verbunden ist. Gemäß dieser Ausführungsform der Erfindung weisen beide Federn 15a, 25a eine gleiche Federkonstante auf. Alternativ können die Federn 15a, 25a unterschiedliche Federkonstanten aufweisen.
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Alternativ oder ergänzend zu der Ausführungsform von 2 sind gemäß den in den 3 und 4 gezeigten Ausführungsformen der Erfindung die Axialkraftübertragungseinheiten 15, 25 der beiden Axiallager 14, 24 miteinander verbunden, so dass jeweils die axiale Gegenkraft der Axialkraftübertragungseinheit 15, 25 eines Axiallagers 14 oder 24 der beiden Axiallager 14, 24 von der Axialkraft des anderen Axiallagers 24 oder 14 der beiden Axiallager 14, 24 beeinflusst wird.
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Gemäß den in den
3 und
4 gezeigten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Getriebes
1 sind die Axialkraftübertragungseinheiten
15,
25 der beiden Axiallager
14,
24 so miteinander verbunden, dass eine in ihrem Prinzip des Momentenausgleichs z. B. in
DE 29 35 298 A1 mit Bezug auf
1 beschriebene Kraftwaage gebildet ist.
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Genauer gesagt zeigt 3 eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Getriebes 1, wobei die Axialkraftübertragungseinheiten 15, 25 beider Axiallager 14, 24 einen gemeinsamen Kipphebel 80 (oder ein in 3 nicht gezeigtes Hebelgestänge) aufweisen. Der Kipphebel 80 ist z. B. über ein in 3 angedeutetes Gestänge 16, 26 mit den jeweiligen Außengehäusen der Axiallager 14, 24 gekoppelt.
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Der eine mechanische Waage bzw. Kraftwaage bildende Kipphebel 80 ist an seiner Längsmitte über ein Schwenklager 51 schwenkbar an der Basis 50 abgestützt, so dass jeweils die Gegenkraft der Axialkraftübertragungseinheit 15, 25 eines Axiallagers 14 oder 24 der beiden Axiallager 14, 24 von der per Kipphebel 80 übertragenen Axialkraft des anderen Axiallagers 24 oder 14 der beiden Axiallager 14, 24 gebildet ist.
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Ferner zeigt 4 eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Getriebes 1, wobei jede Axialkraftübertragungseinheit 15, 25 eine hermetisch abgeschlossene, hydraulische oder pneumatische (fluidbasierte) Verdrängereinheit 15b bzw. 25b (wie z. B. einen Hydraulikzylinder oder einen Pneumatikzylinder) aufweist.
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Die zusammen eine hydraulische bzw. pneumatische Waage bzw. Kraftwaage bildenden Verdrängereinheiten 15b, 25b beider Axialkraftübertragungseinheiten 15, 25 sind über eine Verbindungsleitung 90, in der ein Druckmeßgerät 91 angeordnet ist, miteinander fluidverbunden, so dass jeweils die Gegenkraft der Axialkraftübertragungseinheit 15, 25 eines Axiallagers 14 oder 24 der beiden Axiallager 14, 24 durch eine axialverlagerungsbasierte Fluidverdrängung in der Verdrängereinheit 25b oder 15b der Axialkraftübertragungseinheit 25 oder 15 des anderen Axiallagers 24 oder 14 der beiden Axiallager 14, 24 erzeugt wird.
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Wie aus 4 ersichtlich, sind gemäß dieser Ausführungsform jeweilige Kolbenstangen (nicht bezeichnet) der jeweiligen Verdrängereinheiten 15b, 25b jeweils über ein Gelenk oder eine Kupplung (beide nicht gezeigt) oder direkt (wie dargestellt) mit dem jeweiligen Außengehäuse der Axiallager 14 bzw. 24 verbunden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Getriebe
- 10
- erste Welle
- 11
- erstes Eingangszahnrad
- 12
- erstes Ausgangszahnrad
- 13
- Radiallager
- 14
- erstes Axiallager
- 15
- Axialkraftübertragungseinheit
- 15a
- Feder
- 15b
- Verdrängereinheit
- 16
- Gestänge
- 20
- zweite Welle
- 21
- zweites Eingangszahnrad
- 22
- zweites Ausgangszahnrad
- 23
- Radiallager
- 24
- zweites Axiallager
- 25
- Axialkraftübertragungseinheit
- 25a
- Feder
- 25b
- Verdrängereinheit
- 26
- Gestänge
- 30
- Antriebszahnrad
- 40
- Abtriebszahnrad
- 50
- Basis
- 51
- Schwenklager
- 60
- Antrieb
- 70
- Abtrieb
- 80
- Kipphebel
- 90
- Verbindungsleitung
- 91
- Druckmeßgerät
- A
- Axialrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 0603453 A1 [0002]
- DE 2935298 A1 [0014, 0036]