DE102012023675A1

DE102012023675A1 - Gekühltes spielfreies Zahnradgetriebe

Info

Publication number: DE102012023675A1
Application number: DE201210023675
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-12-03
Filing date: 2012-12-03
Publication date: 2014-06-05

Abstract

In der Anmeldung werden spielfreie Zahnradgetriebe beschrieben. Diese Getriebe dehnen sich infolge Erwärmung durch die Reibung und würden zerstört. Die Dehnung wird durch elastische Verformung durch Mäandernuten (1; Pos. 1) unterhalb der Verzahnung begrenzt. Damit die Wirkung der Erwärmung unterbunden wird werden die Zahnräder durch Löcher zur Kühlung unterhalb der Verzahnung (1; Pos. 1 + 3) ausgebildet. Die Löcher werden schräg zur Drehachse ausgerichtet wodurch eine Ventilator-Wirkung erzeugt wird. Diese kühlt die Zahnräder und führt die Reibungswärme ab! Bei größeren Drehzahlen wird mehr Wärme erzeugt. Dann wird zusätzlich zu den Kühllöchern in den Zahnrädern noch seitlich ein Ventilator (1; Pos. 2) angebracht. Dieser Ventilator wirkt durch die Fliehkraft des kühlenden Mediums und verstärkt die Strömung und somit die Kühlung.

Description

Stand der Technik:
Unter der Patentschrift DE0016441MAZ ist ein gekühltes Zahnrad bekannt. Hierbei sind seitlich Ausdrehungen zur Kühlung angebracht.
Unter der Offenlegungsschrift DE 10 2006 038 419 A1 Rotorkühlung bekannt die mittels eines Kühlsystems eine Vakuumpumpe kühlt.
Unter der Patentschrift DE 874712 ist eine Kühlvorrichtung für ein Getriebe nach Föttinger-Bauart bekannt.
Unter der Offenlegungsschrift DE 2817031 ist ein Zentrifugal Kompressor Kühlsystem bekannt.
Unter der Patentschrift DE 1 292 455 A ist eine hydraulisch betätigte Reibungskupplung mit Ventilator-Kühlung bekannt.
Systeme die ein spielfreies Zahnradgetriebe kühlen weil die durch das Zahnrad selbst erzeugte Reibungswärme abgeführt werden muss und die das Zahnrad durch die eigene Drehbewegung kühlen sind bisher nicht bekannt!
Beschreibung:
Allgemeines und Anwendungen:
Mit Spiel behaftete Zahnräder Getriebe haben den Nachteil einer ungenauen nicht Drehwinkelgetreuen Übertragung der Drehbewegung. Eine Forderung an Übertragungsgetriebe ist es kein oder nur ein geringes Spiel zu haben. Die Hersteller von Getrieben geben als Kennzeichen der Güte Ihrer Getriebe den Verdrehungswinkel infolge Zahnspiel an. Bereits ein geringes Spiel an Zahnrädern macht bei oszillierenden, die Drehrichtung wechselnden Bewegungen und wechselnden Drehmomenten sehr starke Geräusche und Schläge in schnelllaufenden Getrieben.
Oft ist es sehr schwierig und teuer ein kleines Zahnspiel einzuhalten. Es sind viele Variable die auf das Zahnspiel einwirken. Diese sind: ein genauer Achsabstand und die gesamte Zahngeometrie beiden Zahnräder (z. B. die Zahndicke), die Abweichung der Lagerung und die Rundlaufabweichung der Zahnräder, Naben und Wellen. Die Achskreuzung und die Achsparallelität. Die Abweichung von den Evolvente des erzeugenden Profils und die Bewegung der Verzahnungswerkzeuge auf der ablaufenden Bahn bei der Herstellung. Die Teilungsfehler und der Eingriffswinkel wirken sich ebenfalls auf das Zahnspiel aus.
Gekühltes spielfreies Zahnradgetriebe:
Hier wird ein System vorgestellt welches völlig ohne Zahnspiel gefertigte elastisch gestaltete Zahnräder (1; Pos. 1 + 3) hat. Solche spielfreien Zahnradgetriebe dehnen sich infolge der Erwärmung. Eine solche Verzahnung erzeugt wegen der Reibung eine große Verlustleistung die durch Reibungswärme abgeführt werden muss. (1)
Damit die Zahnräder nicht sofort, durch den Radialdruck und die dadurch erzeugte Erwärmung, zerstört werden, können z. B. Mäandernuten unterhalb der Verzahnung (1; Pos. 1) angebracht werden. Solche Systeme sind bekannt.
Versuche haben gezeigt, dass sich bei völlig spielfreier Verzahnung die Zahnräder erheblich erwärmen und dadurch die Dehnungen größer werden, welches wieder zu erhöhter Erwärmung führt usw... bis im Zahngrund, bei Kunststoffverzahnung, das Zahnrad schmilzt oder bei Metallrädern die Zahnräder Klemmen. Führt man jedoch durch Kühlung die erstehende Reibungswärme ab, wird ein stabiler Zustand erreicht und das Getriebe dreht spielfrei.
Zur Wärmeableitung kann ein zusätzliches Kühlsystem angebracht werden. Sinnvoller ist es jedoch die Drehung des Zahnrades selbst zur Kühlung zu nutzen.
Hierbei unterscheidet man zwei Systeme:
System 1: In die Zahnräder werden, unterhalb der Verzahnung, schräg zur Drehachse, Löcher (3; 4 u. 5) angebracht, die durch ihre Schräglage die Förderung von Kühlmittel z. B. Luft begünstigen. So wird das Zahnrad selbst zum Ventilator ausgebildet.
System 2: Wie bei System 1 werden Löcher zur Kühlung in den Zahngrund eingebracht. Zusätzlich wird aber ein Ventilator (1; Pos. 2) seitlich neben dem Zahnrad befestigt. Der Ventilator lenkt den Kühlmittelfluss, aus den Löchern im Zahngrund, aus der Axialrichtung durch Fliehkraft in eine Radialrichtung um. (6 u. 8–13) Dadurch wird die Strömung verstärkt und es kann eine wesentlich größere Kühlwirkung erzeugt werden.
Die in der Beschreibung gezeigten Ausführungen sind auf alle Verzahnungen übertragbar: Geradzahnstirnräder, Schrägzahnstirnräder, Schraubenräder; Schneckenräder; Kegelzahnräder und Zahnstangen. Bei Zahnstangen wird nur statt der drehenden Bewegung eine geradlinige Bewegung ausgeführt.
Beschreibung der Figur:
1: zeigt ein ähnlich dem Patentanspruch 1 + 2 + 3 gestaltetes gekühltes spielfreies Zahnradgetriebe im axialen Schnitt A-A aus Ansicht 3. Zu sehen sind die mäanderförmigen Nuten. Durch die Pfeile wird der Kühlmittelfluss durch die Löcher dargestellt.
2: zeigt das Zahnradgetriebe in der Seitenansicht.
3: zeigt das Zahnradgetriebe in der Stirnansicht mit den Schnittangaben der 1; 4 u. 5.
4: zeigt den Schnitt B-B durch das Zahnrad Pos. 1 durch die schrägen Löcher. Die Pfeile zeigen den Fluss des Kühlmediums an. Wie in Anspruch 1 + 2 aufgeführt.
5: zeigt den Schnitt C-C durch das Zahnrad Pos. 1 durch die schrägen Löcher. Die Pfeile zeigen den Fluss des Kühlmediums an. Wie in Anspruch 1 + 2 aufgeführt.
6: zeigt das Zahnradgetriebe in isometrischer Ansicht von links. Zu sehen sind die Kühllöcher.
7: zeigt das Zahnradgetriebe in isometrischer Ansicht von rechts. Zu sehen sind die Kühllöcher.
8: zeigt den Ventilator Pos. 2 in isometrischer Darstellung. Wie in Anspruch 3 aufgeführt.
9: zeigt den Ventilator Pos. 2 in Seitenansicht mit der Schnittangabe E-E.
10: zeigt den Ventilator Pos. 2 im Schnittangabe E-E.
11: zeigt den Ventilator Pos. 2 in der Stirnansicht mit Schnittangabe D-D.
12: zeigt den Ventilator Pos. 2 im Schnitt D-D.
13: zeigt den Ventilator Pos. 2 im Schnitt D-D in isometrischer Darstellung Bezugszeichenliste:

Position Benennung

1 Elastisches Zahnrad

2 Ventilator

3 Zahnrad
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 0016441 [0001]
DE 102006038419 A1 [0002]
DE 874712 [0003]
DE 2817031 A [0004]
DE 1292455 A [0005]

Claims

Ein spielfreies oder spielarmes Zahnradgetriebe dadurch gekennzeichnet, dass in der Nähe der Zähne (vorzugsweise unterhalb der Zähne) von Zahnrädern oder Zahnstangen Schlitze oder elastisch gestaltete Aussparungen (z. B. Mäandernuten) eingebracht werden, die die Wärmedehnung, die durch die Reibung entsteht, durch Verformung ausgleicht und durch von einem Kühlmedium durchflossene Aussparungen kühlt, ähnlich wie es in 1 gezeigt ist.
Ein spielfreies oder spielarmes Zahnradgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die vom Kühlmedium durchflossenen Aussparungen zur Drehachse schräg angeordnet sind, sodass eine Strömung des Mediums erzeugt wird, ähnlich einem Ventilator und die Reibungswärme abführt wie in 1, 4 + 5 gezeigt.
Ein spielfreies oder spielarmes Zahnradgetriebe nach Anspruch 1 + 2, dadurch gekennzeichnet, dass an einem oder mehreren Zahnrädern kühlende Elemente (z. B. Ventilatoren) angebracht werden die durch die Drehung der Zahnräder selbst und die dadurch entstehende Fliehkraft eine Strömung eines kühlenden Medium erzeugen, wie in 1 und 6–13 gezeigt.