DE102009039864B4

DE102009039864B4 - Getriebe mit Leistungsverzweigung

Info

Publication number: DE102009039864B4
Application number: DE200910039864
Authority: DE
Inventors: Peter Boiger; Korbinian Lammel; Dr.-Ing. Weiß Toni; Marcus Köhnlein; Dietmar Sterns; Dr. Pinnekamp Burkhard
Original assignee: Renk GmbH
Current assignee: Renk GmbH
Priority date: 2009-09-03
Filing date: 2009-09-03
Publication date: 2012-09-27
Anticipated expiration: 2029-09-04
Also published as: DE102009039864A1

Abstract

Getriebe (1) mit Leistungsverzweigung, aufweisend: eine erste Welle (10) mit einem ersten Eingangszahnrad (11) und einem ersten Ausgangszahnrad (12), die jeweils eine Einfachschrägverzahnung aufweisen, eine zweite Welle (20) mit einem zweiten Eingangszahnrad (21) und einem zweiten Ausgangszahnrad (22), die jeweils eine Einfachschrägverzahnung aufweisen, ein Antriebszahnrad (30), das eine Einfachschrägverzahnung aufweist und das mit dem ersten und dem zweiten Eingangszahnrad (11, 21) in Zahneingriff steht, ein Abtriebszahnrad (40), das eine Einfachschrägverzahnung aufweist und das mit dem ersten und dem zweiten Ausgangszahnrad (12, 22) in Zahneingriff steht, ein beidseitig wirkendes erstes Axiallager (14), das eine Rotation dieser erlaubend axial zu der ersten Welle (10) fixiert ist und das gemeinsam mit dieser axial verlagerbar ist, ein beidseitig wirkendes zweites Axiallager (24), das eine Rotation dieser erlaubend axial zu der zweiten Welle (20) fixiert ist und das gemeinsam mit dieser axial verlagerbar ist, und eine stationäre Basis...

Description

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.
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_y 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.
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.
Weiterhin wird auf die DE 30 18 610 A1 verwiesen, die ein Mehrweggetriebe für Schiffe offenbart und die US 1 898 198 A , die ebenfalls ein Getriebe mit mehreren Wellensträngen offenbart. Diese Getriebe mit Leistungsverzweigung sind aufwendig aufgebaut, da ihre Verteilerwellen zum Ausgleich von Stellungsfehlern jeweils über zwei auf die Axiallager an ihren Enden einwirkende Druckfedern gegen das Gehäuse abgestützt sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein einfacher aufgebautes Getriebe mit Leistungsverzweigung bereitzustellen, bei dem der Lastausgleich zwischen den Wellensträngen ohne zusätzliche Torsionswellenabschnitte realisiert ist und welches daher kompakter und insbesondere kürzer baut.
Dies wird mit einem Getriebe mit Leistungsverzweigung gemäß Anspruch 1 erreicht. Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
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.
Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass bei Wellen bzw. Verteilerwellen mit zwei einfachschrägen Verzahnungseingriffen eine resultierende Axialkraft der jeweiligen Wellen ebenfalls mit einem Lastaufteilungsfaktor k_y 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 Losung ein im Vergleich zum Stand der Technik geringerer Bauraum (insbesondere eine geringere Länge) für das Getriebe benötigt.
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.
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.
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(C_{Zug-Druck-Federn}) darstellbar.
Mit dieser besonders einfachen und damit preiswerten Ausgestaltung der Erfindung, bei der die Federn bevorzugt eine gleiche Federkonstante aufweisen, können sich die beiden Weilen 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.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist die Basis von einem Gehäuse des Getriebes gebildet, das beiden Axiallagern als gemeinsame Basis dient.
Gemäß noch einer Weiterbildung der Erfindung sind die erste und die zweite Welle parallel zueinander angeordnet.
Gemäß einer weiteren Weiterbildung der Erfindung kann eine indirekte Messung eines jeweils über die Wellenstränge übertragenen Drehmomentes über die Messung der jeweiligen Auslenkung der Zug-Druck-Federn realisiert sein.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer bevorzugten Ausführungsform und unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren detaillierter beschrieben.
1 zeigt in schematischer Ansicht den Grundaufbau eines Getriebes gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
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.
1 zeigt in schematischer Ansicht den Grundaufbau eines Getriebes 1 mit Leistungsverzweigung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Wie aus der 2 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.
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.
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.
Bezugszeichenliste

1: Getriebe
10: erste Welle
11: erstes Eingangszahnrad
12: erstes Ausgangszahnrad
13: Radiallager
14: erstes Axiallager
15: Axialkraftübertragungseinheit
15a: Feder
20: zweite Welle
21: zweites Eingangszahnrad
22: zweites Ausgangszahnrad
23: Radiallager
24: zweites Axiallager
25: Axialkraftübertragungseinheit
25a: Feder
30: Antriebszahnrad
40: Abtriebszahnrad
50: Basis
60: Antrieb
70: Abtrieb
A: Axialrichtung

Claims

Getriebe (1) mit Leistungsverzweigung, aufweisend: eine erste Welle (10) mit einem ersten Eingangszahnrad (11) und einem ersten Ausgangszahnrad (12), die jeweils eine Einfachschrägverzahnung aufweisen, eine zweite Welle (20) mit einem zweiten Eingangszahnrad (21) und einem zweiten Ausgangszahnrad (22), die jeweils eine Einfachschrägverzahnung aufweisen, ein Antriebszahnrad (30), das eine Einfachschrägverzahnung aufweist und das mit dem ersten und dem zweiten Eingangszahnrad (11, 21) in Zahneingriff steht, ein Abtriebszahnrad (40), das eine Einfachschrägverzahnung aufweist und das mit dem ersten und dem zweiten Ausgangszahnrad (12, 22) in Zahneingriff steht, ein beidseitig wirkendes erstes Axiallager (14), das eine Rotation dieser erlaubend axial zu der ersten Welle (10) fixiert ist und das gemeinsam mit dieser axial verlagerbar ist, ein beidseitig wirkendes zweites Axiallager (24), das eine Rotation dieser erlaubend axial zu der zweiten Welle (20) fixiert ist und das gemeinsam mit dieser axial verlagerbar ist, und eine stationäre Basis (50), mit der das erste und das zweite Axiallager (14, 24) jeweils über eine eine Axialverlagerung des jeweiligen Axiallagers (14, 24) erlaubende einer Axialkraft des jeweiligen Axiallagers (14, 24) eine Gegenkraft entgegensetzende Axialkraftübertragungseinheit (15, 25) verbunden sind, wobei die Axialkraftübertragungseinheit (15, 25) jeweils eine Zug-Druck-Feder (15a, 25a) aufweist, so dass die Gegenkraft der Axialkraftübertragungseinheit (15, 25) von einer Federkraft der Zug-Druck-Feder (15a, 25a) gebildet ist, und wobei die Zug-Druck-Feder (15a, 25a) ein erstes Ende, das mit einem Außengehäuse des jeweiligen Axiallagers (14, 24) verbunden ist, und ein zweites Ende aufweist, das mit der Basis (50) verbunden ist.
Getriebe (1) gemäß Anspruch 1, wobei die Basis (50) von einem Gehäuse des Getriebes (1) gebildet ist, das beiden Axiallagern (14, 24) als gemeinsame Basis (50) dient.
Getriebe (1) gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die erste und die zweite Welle (10, 20) parallel zueinander angeordnet sind.
Getriebe (1) gemäß Anspruch 1, wobei Wegmessmittel zur Messung der jeweiligen Auslenkung der Federn (15a, 25a) vorgesehen sind, so dass eine indirekte Messung eines jeweils über die beiden Wellen (10, 20) übertragenen Drehmomentes gewährleistet ist.