DE102017001344B4 - Dreizahnkettengetriebe - Google Patents

Abstract

Das Dreizahnkettengetriebe ist gekennzeichnet durch eine Kettenführung über 6 gleiche Auflagekreisbögen mit versetzten Mittelpunkten zur Drehachse so dass Teilung und Zahnform entsprechend der kleinsten Stufe für alle Stufen gleich sind.

Description

• Stand der Technik
• Räder und Kettengetriebe haben für jeden Durchmesser angepasste Zahnformen für das Verhältnis Durchmesser = Modul x Zähnezahl, um 2 verschiedene Durchmesser mit der gleichen Teilung zu paaren.
• Bei Räderstufengetrieben sind deshalb für jede Stufe 1-2 zusätzliche Räder erforderlich die mit viel Aufwand auf eine Drehzahl für die Übergabe angeglichen werden.
• Bei Kettengetrieben wird die Kette abgehoben um sie zu verstellen und bei vielen Stufen hat die Kette eine Schrägstellung zum Kettenrad. Fehlschaltungen sind bei unterschiedlich langen Schaltvorgängen kaum auszuschließen.
• Kraftschlüssig gibt es stufenlose Planetengetriebe und Kettengetriebe für Übersetzungsänderungen ohne Unterbrechungen ansonsten aber mit Leistungsverlusten und mehr Verschleiß.
• Die Patentdokumente DE 31 07 255 A1 , DE 199 36 742 A1 und DE 10 2010 023 881 A1 zeigen Kettenräder mit teilweiser Zahnbestückung auch formschlüssig für spezielle Anwendungen.
• DE 31 07 255 A1 Vieleck radial verstellbar mit nacheinander stufenverstellbaren Segmenten.
  (nur kleinster Gang mit geschlossener Verzahnung)
• Mängel: Zunehmende Lücken bewirken Geschwindigkeitsunterschiede bei allen anderen Gängen.
• DE 199 36 742 A1 Für hohe Belastungen und konstante niedrige Geschwindigkeiten gibt es Sechseckgetriebe mit zusätzlichen Unrundräder zu jeder Stufe
• Mängel: Sehr aufwendig und nur für niedrige Drehzahlen geeignet.
• DE 10 2010 023 881 A1 halbe Zahnbestückung für formschlüssige Selbstreinigung.
• Mängel: Auf 1 Rad als Vieleck beschränkt.
• Wartungsfreie Getriebe gibt es nur für geringe Belastungen. Bei hohen Belastungen bewirken Abrieb und Schmutz unterschiedlichen Verschleiß.
• Aufgabe:
• Ein Kettengetriebe soll mit einheitlicher Verzahnung in allen Stufen betrieben werden. In dem Teilumschlingungsbereich von nur einem Zahn soll 1 Stufe ohne Unterbrechung vor oder zurück geschaltet werden. Innerhalb der ganzen Umschlingung sollen 2 Zähne im Betrieb überlappend formschlüssig übergeben.
• Antrieb, Abtrieb und Kette sollen miteinander fluchten.
• Vorlauf und Rücklauf sollen tauschbar sein mit geringstem Umkehrspiel.
• Verschleiß soll reduziert und die Schaltsicherheit verbessert werden.
• Kosten, Gewicht und Platz sollen eingespart werden.
• Lösung:
• Im Gegensatz zu Rädergetrieben ist bei Ketten und Zahnriemengetrieben die nicht direkt übergeben kein 360° Teilkreis gefordert.
• Ausgehend vom 6 Eck mit übereinstimmender Teilung = Eckmaß können Eckradien und Teilungen multipliziert werden und entlang dem Eckradiusbogen über der Kantenlänge aneinandergereiht werden was eine Abweichug zum 60° Winkel ergibt.
• Durch Verschieben der Mittelpunkte entlang der Symmetrieachse der Bögen werden die 6 Ecken verbunden. Es gibt die mittige 60° Zahnverstellung zwischen 2 Ecken und die 120° Eckenverstellung eines Zahnes in der Mitte zwischen 3 Ecken. Hierbei gleitet die Kette zusätzlich bei Stufenverstellung von außen zum Zahn. Der teilungsbedingte kleinste Stufensprung wird so halbiert. Um im Stillstand formschlüssig zu verstellen ist von den 3 Zähnen entsprechend jeder 2. Ecke (120° versetzt) nur 1 Zahn im Eingriff. Der Umschlingungswinkel muß das und auch die Übergabe im Betrieb gewährleisten. Er muß deshalb > 130° und < 230° betragen.
• Die Stufen werden bei Antrieb und Abtrieb im Wechsel nacheinander mit Zwischenstufen eingestellt mit Ringen die entsprechend übereinander zusammen oder auseinander geschoben werden. Über Kegel mit angepasster Zahnform wird die Kette zum Zahn darüber oder darunter geführt. Alle Zähne haben die gleiche Winkellage.
• Für die Verstellung und für Zwischenstufen bewirkt eine verstellbare Rolle die Kettenspannung für den Längenausgleich.
• Damit für ein geringes Umkehrspiel sich auch die Rundheitsabweichungen proportional verhalten bewirken 3 Rollen konstante 180° Umschlingung aller Stufen.
• Für über alle Stufen incl. Kegelzuführung fortlaufende Verzahnung ohne Unterbrechung ist die Zahnform der Kette innerhalb der Laschen beidseitig offen (vgl. Zahnriemen). Die Verstellung erfolgt vollständig im Stillstand oder ausgekuppelt mit geringer Drehzahl während nur 1 Zahn umschlungen ist. Die einheitliche trapezähnliche Zahnform entspricht der kleinsten Stufe für Einlauf und Auslauf.
• Beispiel:
• Ein Getriebe mit 5 Gängen und 4 Zwischengängen soll entsprechend theoretischer vollständiger Zahnbestückung 24, 30, 36, 42 und 48 bei Antrieb und Abtrieb in entgegengesetzter Schaltfolge betrieben werden..
• Berechnungen:
• Winkelabweichung der Teilungen im Sechseck

• 6 Teilungen ergeben :	Radius = Teilung , ½ Teilungswinkel:	R = T
  		sin α= ½ T/T = 0,5	½ α= 30°
  Winkelabweichung zu 60° - 2 × 30°			= 0°
  24 Teilungen ergeben:	Radius = 4 Teilungen ½ Teilungswinkel:	R = 4T
  		sin α= ½ T/4T = 0,125	½ α= 7,18°
  Winkelabweichung zu 60°- 8 × 7,18°			= 2.56°
  30 Teilungen ergeben:	Radius = 5 Teilungen ½ Teilungswinkel:	R = 5T
  		sin α= ½ T/5T = 0,1	½ α= 5,74°
  Winkelabweichung zu 60° - 10 × 5,74°			= 2,60°
  36 Teilungen ergeben:	Radius = 6 Teilungen ½ Teilungswinkel:	R = 6T
  		sin α= ½ T/6T = 0,0833	½ α= 4,78°
  Winkelabweichung zu 60° - 12 × 4,78°			= 2,64°
  42 Teilungen ergeben:	Radius = 7 Teilungen ½ Teilungswinkel:	R = 7T
  		sin α= ½ T/7T = 0,07143	½ α= 4,096°
  Winkelabweichung zu 60° - 14 × 4,096°			= 2,656°
  48 Teilungen ergeben:	Radius = 8 Teilungen ½ Teilungswinkel:	R = 8T
  		sin α= ½ T/8T = 0,0625	½ α= 3,583°
  Winkelabweichung zu 60° - 16 × 3,583°			= 2,672°

• Mittenversatz für 60° Angleichung der Teilungen
• Für den Drehmittelpunkt gilt die Dreieckbeziehung der 90° Geraden über der Mittelachse, dem Winkel 30° und der Höhe H1 über dem Drehmittelpunkt.
• Die Längen betragen somit Eckmaß = RD , RD/2 und RD × cos 30° ergibt H1
• Für den Teilungsmittelpunkt gilt die Dreieckbeziehung der 90° Geraden über der Mittelachse, dem Winkel (30°- ½ Winkelabweichung°) und der Höhe H2 über dem Teilkreismittelpunkt. Die Längen betragen somit Teilkreisradius R, RD/2 und R x cos (30°- ½ Winkelabweichung°) ergibt H2
• Der Mittenversatz M des Drehmittelpunktes zu den 6 Teilkreismittelpunkten beträgt somit:

  24T:	M = H2 - H1;	RD/2 = R × sin (30- ½ × 2,56/2)° = R × sin 28,72°	= 0,4805 R
  		RD	= 0,9611 R
  		H2 = R × cos 28,72°	= 0,8770 R
  		H1 = RD × cos 30° = 0,9611 × 0,866	= 0,8323 R
  	M = 0,8770 R - 0,8323 R		= 0,0447 R
  48T:	M = H2 - H1;	RD/2 = R × sin (30- ½ × 2,672)° = R × sin 28,664°	= 0,4797 R
  		RD	= 0,9593 R
  		H2 = R × cos 28,664°	= 0,8774 R
  		H1 = RD × cos 30° = 0,9593 × 0,866	= 0,8308 R
  	M = 0,8774 R - 0,8308 R		= 0,0466 R

• Rundheitsabweichung X der Ecken max. RD zur Teilkreismitte: $$\text{Rundheitsabweichung X}=\text{RD}+\text{M}-\text{R}$$

  

  24T:	X = 0,9611 R + 0.0447 R-R	= 0,0058 R	= 0,0060 RD
  48T:	X = 0,9593 R + 0.0466 R-R	= 0,0059 R	= 0,0062 RD

• Reduzierter Mittenversatz Y bei je ½ Teilung T über den Ecken: $$\text{½Teilung T}-\text{½Teilung T}\times \text{cos}\left(\text{½ Winkelabweichung}\right)\text{°}=\text{½T}\left(1-\text{cos½ Winkel}\text{.}\right)$$

  

  24T:	T = ¼ R;	Y= 1/8 R (1- cos 1,28°)	= 1/8 R ×0,00025	= 0,00003R
  48T:	T = 1/8R;	Y= 1/16 R (1 - cos 1,336°)	= 1/16 R ×0,000272	= 0,00002R

• Das Beispiel zeigt dass der sechsmalige Mittenversatz M, mit den entsprechenden 60° Eckradien die Anpassung bewirken für die Beziehung Umfang = 6 x R wobei es die Rundheitsabweichung gibt.
• Die Rundheitsabweichung zwischen den Ecken beträgt 0,6 % des max Drehradius RD Der Einfluss der ½ Eckteilung Y ist vernachlässigbar gering.
• Zu dem Beispiel gibt es Bilder:
• Bild 1: Ableitung Dreizahnkettengetriebe mit 3 Ecken, Zahn mittig
• Bild 2: Ableitung Sechszahnkettengetriebe mit 6 Ecken, Zahn mittig
• Bild 3: Dreizahnkettengetriebe mit 6 Ecken und Zustellung mittig zwischen 3 Ecken
• Bild 4: Dreizahnkettengetriebe ohne Umkehrfunktion mit 1 Spannrolle für den Längenausgleich
• Bild 5: Dreizahnkettengetriebe mit Umkehrfunktion und 3 Spannrollen für den Längenausgleich bei gleichen 180° Winkeln
• Bild 6: Dreizahnkettenglied mit Trapezform für alle Stufen
• Bild 7: Getriebefunktion der Zustellringe für 9 stufiges Getriebe (Zähnezahlen) 1/5(24/48); 2/5(30/48); 2/4(30/42); 3/4 (36/42); 3/3(36/36); 4/3(42/36); 4/2(42/30); 5/2(48/30); 5/1(48/24)

Claims (6)

1. Das Dreizahnkettengetriebe ist gekennzeichnet durch eine Kettenführung über 6 gleiche Auflagekreisbögen mit versetzten Mittelpunkten zur Drehachse so dass Teilung und Zahnform entsprechend der kleinsten Stufe für alle Stufen gleich sind.
2. Das Dreizahnkettengetriebe nach Anspruch 1 ist gekennzeichnet durch 3 Zähne 120° im Winkel versetzt entsprechend jeder 2. Ecke im 6 Eck im gleichen Abstand zur Drehachse wobei innerhalb der Umschlingung 1 Zahn überträgt und bei der Übergabe 2 Zähne überlappend übertragen.
3. Das Dreizahnkettengetriebe nach Anspruch 1 und 2 ist gekennzeichnet durch Kettenglieder die in der Mitte entsprechend der Zahnform der kleinsten Stufe über die ganze Breite trapezähnlich ausgespart sind und an den Teilungsenden durch mehrfache Laibung mit Bolzen verbunden sind.
4. Das Dreizahnkettengetriebe nach Anspruch 1, 2 und 3 ist gekennzeichnet durch die Stufenverstellung im Stillstand oder im Drehbereich von nur 1 Zahn mittels Zustellringen mit einheitlicher Zahnform in allen Betriebsbereichen und angepasster Zahnform in allen kegeligen Zustellbereichen.
5. Das Dreizahnkettengetriebe nach Anspruch 1 , 2, 3 und 4 ist gekennzeichnet durch die. radial miteinander verbundene Stufenringe mit 6 × 60° versetzten Auflagekreisbögen die übereinanderliegend über Kegel mit Zahnform axial und radial 1 Kettenglied zur nächsten oder vorherigen Stufe verstellen von links oder rechts.
6. Das Dreizahnkettengetriebe nach Anspruch 1 , 2 , 3, 4 und 5 ist gekennzeichnet durch Umkehr von Vorlauf und Rücklauf mittels 3 Zustellrollen die bei Antrieb und Abtrieb 180° Umschlingung bewirken und nur im Betrieb in ihrer Lage fest verriegelt sind.

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