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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Getriebesystem zur Kraftübertragung mit Drehmomentbegrenzung und einen Prüfstand mit einem solchen System zur Prüfung eines Leistungsgetriebes.
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Ein Haupt-Leistungsgetriebe kann auf die Einhaltung der technischen Anforderungen geprüft werden. Solche Prüfungen können während der Entwicklungsphase oder während der Abnahmephase eines Leistungsgetriebes durchgeführt werden.
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Ein Haupt-Leistungsgetriebe eines Drehflüglers, z. B. eines Hubschraubers, hat normalerweise mindestens einen Eingang und mindestens einen Ausgang. Jeder Eingang kann die Form einer Eingangswelle haben, die mechanisch mit einem Motor verbunden ist. Ein erster Ausgang kann die Form eines Rotormastes haben, der einen Hauptrotor des Drehflüglers in Drehung versetzt. Schließlich kann das Kraftübertragungsgetriebe einen zweiten Ausgang in Form einer Ausgangswelle aufweisen, die mechanisch mit einem Rotor verbunden ist, der an der Steuerung der Gierbewegung des Drehflüglers beteiligt ist. Bei einem Drehflügler mit mindestens einem Propeller kann das Leistungsgetriebe eine Welle zur mechanischen Verbindung mit dem Propeller umfassen.
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Ein Prüfstand für ein solches Leistungsgetriebe hat insbesondere die Funktion, die verschiedenen rotierenden Teile des Leistungsgetriebes in Bewegung zu setzen. Zusätzlich kann der Prüfstand die Funktion haben, ein Drehmoment auf jede Eingangswelle auszuüben und deren Ausgang oder Ausgänge bei Bedarf zu bremsen.
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Ein Prüfstand der ersten Generation umfasst einen Motor, der mit jedem Eingang verbunden ist, und ein Belastungsmittel, das mit jedem Ausgang verbunden ist. Ein solcher Prüfstand wird der Einfachheit halber als „kinematisch offen“ bezeichnet, da die Ein- und Ausgänge nicht über einen Antriebsstrang außerhalb des zu prüfenden Getriebes verbunden sind.
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Eine zweite Generation von Prüfständen stellt einen „kinematisch geschlossenen“ Prüfstand dar, der die Ausgänge und Eingänge kinematisch miteinander verbindet. Das zu prüfende Element wird in eine geschlossene mechanische Kette eingefügt.
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Ein System der zweiten Generation für Hubschrauber umfasst z. B. eine erste Unterbaugruppe. Diese erste Unterbaugruppe ist mit einem Hauptrad ausgestattet, das über ein mechanisches Abtriebssystem mit dem Ausgangs-Rotormast des zu prüfenden Getriebes verbunden wird. Das Hauptrad ist mechanisch mit einem Antriebsmotor verbunden.
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Darüber hinaus umfasst die erste Unterbaugruppe ein Belastungssystem pro Eingang, wobei jedes Belastungssystem ein erstes rotierendes Element, das mit dem Hauptrad in Eingriff steht, und ein zweites rotierendes Element umfasst, das mit mindestens einem Eingang über eine zweite Unterbaugruppe mechanisch verbunden ist. Eine solche zweite Unterbaugruppe kann eine oder mehrere Drehzahlvervielfachungsstufen umfassen.
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Wenn das zu prüfende Element über Wellen verfügt, die mit einem Propeller verbunden werden sollen, kann jede Welle auch über ein Belastungssystem mit der zweiten Unterbaugruppe verbunden werden.
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Jedes Belastungssystem bietet die Möglichkeit, ein auf die daran angeschlossenen Komponenten wirkendes Drehmoment einzustellen.
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Einer Ausgestaltung zufolge hat ein Belastungssystem zwei Flansche mit Löchern. Ein Flansch wird manuell relativ zum anderen Flansch gedreht, um ein mechanisches Drehmoment statisch einzuleiten.
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Einer anderen Ausgestaltung zufolge verfügt ein Belastungssystem über einen rotierenden Hydraulikzylinder. Ein Gehäuse des Zylinders ersetzt einen der oben erwähnten Flansche, und ein Rotor des rotierenden Zylinders ersetzt den anderen Flansch.
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Einer anderen Ausgestaltung zufolge weist ein Belastungssystem einen Schlupfgenerator auf. Es kann z. B. ein Schlupfgenerator des Typs ROTO-DIFF® verwendet werden.
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Ein Prüfstand der zweiten Generation kann aufgrund seiner geschlossenen Kinematik zur Optimierung des elektrischen Energieverbrauchs eingesetzt werden.
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Das Dokument
EP 1 080 353 A1 beschreibt einen geschlossenen Prüfstand zum Testen eines Kraftübertragungsgetriebes mit zwei Eingangswellen, einem Abtriebsrotormast und einer Abtriebswelle.
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Ferner kann ein Prüfstand eine Vorrichtung zum Ausüben von mehrachsigen Kräften auf den Rotormast eines Leistungsgetriebes eines Drehflüglers enthalten, um die Kräfte zu simulieren, die der Rotormast während des Fluges erfährt. Ein solches Gerät kann Zylinder zum Ausüben der erforderlichen Kräfte umfassen.
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Ein solcher Prüfstand ist zwar nützlich, aber bei einem unbeabsichtigten mechanischen Überdrehmoment am Rotormast kann es zu einer Beeinträchtigung des Rotormastes und/oder des Prüfstandes kommen.
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Eine Lösung besteht darin, einen Drehmomentbegrenzer in den Prüfstand zwischen zwei rotierende Teile einer mechanischen Übertragungsstrecke des Rotormasts einzufügen. Obwohl nützlich, erlaubt ein Drehmomentbegrenzer normalerweise nicht, zumindest hohe Axialkräfte zu übertragen, da solche Axialkräfte naturgemäß den Drehmomentbegrenzer blockieren.
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Herkömmlicherweise kann ein Drehmomentbegrenzer eine Mehrzahl von Sicherheitskupplungen zwischen einer Antriebswelle und einer Abtriebswelle umfassen. Jede Sicherheitskupplung umfasst einen Kugel- und Federauslöser und einen vertieften Flansch. Die Feder drückt die Kugel in die Vertiefung im Flansch, um eine Steckverbindung zwischen der Antriebs- und der Abtriebswelle herzustellen. Bei einem Überdrehmoment tritt die Kugel aus der Vertiefung aus, wodurch sich An- und Abtriebswelle entkoppeln.
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Getriebesysteme zur Übertragung von Kräften mit Drehmomentbegrenzung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sind aus
WO 2013/127007 A1 ,
WO 2017/154794 A1 und
JP S51- 56 458 U bekannt.
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Das Getriebesystem von
WO 2013/127007 A1 ist für Schwermaschinerie wie etwa Steinbrechanlagen, Tunnelbohrmaschinen etc. vorgesehen. Der Typ des verwendeten Lagers ist nicht definiert; die Zeichnung legt ein - für Bergbauanwendungen gebräuchliches - Pendelrollenlager nahe.
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WO 2017/154794 A1 zeigt ein Getriebesystem, das eine Welle mit einer Riemenscheibe einer Fahrzeug-Lichtmaschine über ein zweireihiges Rillenkugellager verbindet.
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JP S51- 56 458 U zeigt an entsprechender Stelle ein einreihiges Rillenkugellager.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Getriebesystem mit Begrenzung des Drehmoments um eine Drehachse vorzuschlagen, das bei kompakter Bauform hohe Kräfte zu übertragen vermag. Dieses Getriebesystem ermöglicht beispielsweise sowohl die Begrenzung eines Drehmoments zwischen einer ersten Welle und einer zweiten Welle als auch die Übertragung von Kräften z. B. von der zweiten Welle auf die erste Welle, um verschiedene Kraftübertragungsgetriebe auf innovative Weise zu testen. Der Begriff „Kraft“ bzw. der Ausdruck „Axialkraft“ bezeichnet nachfolgend z. B. Kräfte, die entlang der Drehachse des Systems und/oder senkrecht zu dieser Drehachse gerichtet sind und/oder auch Momente um Achsen, die senkrecht zu dieser Drehachse stehen.
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Die Aufgabe wird gelöst durch ein Getriebesystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
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Die Auslöser des anspruchsgemäßen Getriebesystems können von herkömmlicher Art sein. Ein Auslöser kann z. B. eine Feder umfassen. Eine solche Feder kann mit Tellerfedern ausgestattet sein. Zusätzlich kann der Auslöser einen Stößel, eine Vorrichtung zur Arretierung der Kugel in einer entkoppelten Position und/oder eine Rückstellvorrichtung zum Zurückstellen der Kugel aus der entkoppelten Position in eine gekoppelte Position umfassen. Der Auslöser kann einstellbar sein, um das mechanische Drehmoment, ab dem die Kugel in die entkoppelte Position zurückkehren kann, innerhalb eines Einstellbereichs einzustellen. Zum Beispiel kann eine Schraube zum Einstellen der Feder verwendet werden.
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Eine solche Sicherheitskupplung kann von einem oben beschriebenen Typ sein. Die Anzahl der Sicherheitskupplungen kann entsprechend der gewünschten Drehmomentschwelle bestimmt werden.
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Das Getriebesystem umfasst also einerseits mehrere Sicherheitskupplungen und andererseits ein einzelnes Lager. Die Sicherheitskupplungen und das einzelne Lager stellen zwei getrennte Wege zur Übertragung von Kraft und Drehmoment um die Drehachse dar.
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Das Lager kann, z. B. spielfrei oder mit nur geringem Montagespiel, zwischen der ersten Welle und der zweiten Welle montiert sein, um Kräfte von der zweiten Welle auf die erste Welle zu übertragen. Das Lager stellt somit einen ersten wichtigen Kraftübertragungsweg und nicht nur ein einfaches Führungselement dar.
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Darüber hinaus ermöglichen die Sicherheitskupplungen die Übertragung eines mechanischen Drehmoments von der Antriebswelle auf die Abtriebswelle, solange der Wert dieses mechanischen Drehmoments unter einer Drehmomentschwelle liegt. Solange diese Bedingung erfüllt ist, greift jede Kugel in eine an der ersten Welle feste Vertiefung ein, und die Antriebswelle überträgt das Drehmoment über eine Steckverbindung, die durch die in die Vertiefungen eingreifenden Kugeln gebildet ist, auf die Abtriebswelle. Die Kugeln befinden sich dann in einer Position, die zweckmäßigerweise als „gekoppelte Position“ bezeichnet wird.
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Wenn der Wert des übertragenen mechanischen Drehmoments die Drehmomentschwelle erreicht, treten die Kugeln aus den Vertiefungen aus, wodurch die Steckverbindungen gelöst werden. Die Kugeln befinden sich dann in einer Position, die der Einfachheit halber „entkoppelte Position“ genannt wird. Das Getriebesystem kann dann als Freilauf arbeiten. Ggf. kann jeder Auslöser eine Sperrvorrichtung enthalten, die verhindert, dass die Kugeln ohne eine bestimmte Aktion in die entsprechenden Vertiefungen zurückkehren. Ferner kann jeder Auslöser durch menschliches Handeln wieder eingekuppelt werden, z. B. indem manuell ein Stößel betätigt wird, um die Kugeln wieder in ihre gekoppelten Positionen zu bringen. Alternativ kann jeder Auslöser mit einer z. B. hydraulischen oder pneumatischen Vorrichtung ausgestattet sein, um diese Funktion auf Befehl auszuführen.
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Die radiale Anordnung der einzelnen Auslöser in Bezug auf die Drehachse verhindert, dass der Auslöser, im Gegensatz zu einem Drehmomentbegrenzer mit axialen Auslösern, parasitäre Axialkräfte einleitet. Die Funktion „Drehmomentbegrenzung“ wird durch das gleichzeitige Aufbringen von Drehmoment und mechanischen Kräften nicht beeinträchtigt.
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Somit kann das erfindungsgemäße Getriebesystem im Gegensatz zu einem einfachen Drehmomentbegrenzer nicht nur ein mechanisches Drehmoment in einer Richtung, d.h. von der Antriebswelle zur Abtriebswelle, sondern auch Kräfte in einer anderen Richtung, d.h. von der Abtriebswelle zur Antriebswelle, übertragen.
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Darüber hinaus kann das erfindungsgemäße Getriebesystem einstellbar und wiederverwendbar sein.
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Das erfindungsgemäße Getriebesystem kann auch in bestehende Prüfstände, z. B. zur Prüfung von Leistungsgetrieben, integriert werden. Ein solches Getriebesystem kann es ermöglichen, innerhalb eines solchen Prüfstandes das zu prüfende Kraftübertragungsgetriebe ohne zusätzliche Belastung für den Prüfstand zu sichern, indem Kräfte auf den Rotormast des zu prüfenden Kraftübertragungsgetriebes ausgeübt werden können, um beispielsweise eine im Flug auftretende Auftriebskraft zu simulieren.
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Darüber hinaus kann das Getriebesystem eine oder mehrere der folgenden Eigenschaften einzeln oder in Kombination aufweisen.
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Einem Aspekt zufolge kann/können der/die Auslöser direkt von der zweiten Welle getragen sein.
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Einem Aspekt zufolge kann der Flansch/ können die Flansche direkt von der ersten Welle getragen sein.
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Einem Aspekt zufolge können die Sicherheitskupplungen gepaart sein, wobei zwei Sicherheitskupplungen eines Paares in Bezug auf die besagte Drehachse diametral entgegengesetzt sind.
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Dadurch wird verhindert, dass die Sicherheitskupplungen parasitäre Kräfte in die erste und zweite Welle einleiten.
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Einem Aspekt zufolge kann das Lager vorgespannt sein.
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Diese Eigenschaft ermöglicht es, die Kraftübertragung über das Lager zu optimieren.
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Einem Aspekt zufolge kann das Lager eine Lagerhöhe entlang der Rotationsachse haben, der Auslöser kann eine Außenhöhe entlang der Rotationsachse haben, wobei die Lagerhöhe in einem Bereich von der Außenhöhe minus zehn Prozent einschließlich bis zu der Außenhöhe plus zehn Prozent einschließlich liegt.
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Die Lagerhöhe stellt z. B. die Höhe eines Innenrings des Lagers in einer Richtung parallel zur Drehachse dar. Entsprechend stellt die äußere Höhe die Höhe eines Gehäuses des Auslösers in einer Richtung parallel zur Drehachse dar, wobei die äußere Höhe im Falle eines zylindrischen Gehäuses auf kreisförmiger Grundfläche ein Durchmesser sein kann.
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Daher kann die Lagerhöhe gleich der Ausfahrhöhe plus oder minus zehn Prozent sein, um die Übertragung hoher Kräfte zu gewährleisten.
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Ein solches Lager kann für die Übertragung hoher Kräfte ausgelegt sein.
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Einem Aspekt zufolge kann das Lager einen Innenring umfassen, wobei der Innenring in Bezug auf die Drehachse radial an einer Seitenfläche der zweiten Welle anliegen kann, wobei der Innenring zwischen einer Schulter der zweiten Welle und einem unteren Sperrring axial fixiert ist, wobei der untere Sperrring der Unterseite der zweiten Welle zugewandt ist und in einer Aufwärtsrichtung, die von der ersten Welle zur zweiten Welle verläuft, unter dem Innenring angeordnet ist, wobei der untere Sperrring mit der zweiten Welle fest verbunden ist.
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So ist der Innenring mit Hilfe einer geringen Anzahl mechanischer Teile korrekt mit der zweiten Welle verbunden.
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Einem Aspekt zufolge kann das Lager einen Außenring umfassen, der einen Innenring umgibt, wobei der Außenring radial in Bezug auf die Drehachse an einer Seitenfläche der ersten Welle anliegt, wobei der Außenring axial zwischen einer Schulter der ersten Welle und einem oberen Sperrring fixiert ist, wobei der obere Sperrring der Oberseite der ersten Welle zugewandt ist und in einer Aufwärtsrichtung, die von der ersten Welle zur zweiten Welle verläuft, über dem Außenring angeordnet ist, wobei der obere Sperrring mit der ersten Welle fest verbunden ist.
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So wird der Außenring mit Hilfe einer geringen Anzahl mechanischer Teile korrekt an der ersten Welle befestigt.
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Einem Aspekt zufolge kann der obere Sperrring radial an der zweiten Welle anliegen, wobei mindestens eine Dichtung zwischen dem oberen Sperrring und der zweiten Welle angeordnet ist.
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Mindestens eine Dichtung kann auch zwischen dem oberen Sperrring und der ersten Welle angeordnet sein.
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Diese Dichtungen können verwendet werden, um eine Hydraulikkammer zu isolieren, die eine Flüssigkeit zum Schmieren des Lagers mit dem Ring, wie z. B. Öl, enthält. Diese Dichtungen können vom Typ dynamische Dichtung sein und z. B. Lippendichtungen umfassen.
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Einem Aspekt zufolge kann die zweite Welle mindestens eine Öffnung aufweisen, die dem oberen Sperrring zugewandt ist, um Zugang zu einem Verschraubungsmittel zu gewähren, das den oberen Sperrring mit der zweiten Welle verbindet, wobei die Öffnung in einen Raum mündet, der jede Kugel enthält, wobei das Getriebesystem mindestens einen oberen Stopfen umfasst, der die Öffnung verschließt.
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Ein solches Verschraubungsmittel kann eine Schraube oder eine Mutter, z. B. eine Mutter und einen Bolzen umfassen. Die Montage des Getriebesystems kann dadurch vereinfacht werden. Darüber hinaus kann die Anzahl der Teile dieses Getriebesystem s optimiert werden.
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Außerdem kann der obere Stopfen das Eindringen von Staub in den Raum mit den Kugeln verhindern, um eine Fehlfunktion der Sicherheitskupplungen zu vermeiden.
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Einem Aspekt zufolge kann das Getriebesystem einen ringförmigen unteren Stopfen aufweisen, der zwischen der ersten Welle und der zweiten Welle angeordnet ist, um den Raum, der jede Kugel enthält, von einem Medium außerhalb des Getriebesystems zu isolieren.
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Der untere Stopfen kann das Eindringen von Staub in den Raum mit den Kugeln verhindern, um eine Fehlfunktion der Sicherheitskupplungen zu vermeiden.
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Einem Aspekt zufolge kann das Lager eine Mehrzahl von Wälzkörpern, zum Beispiel vom Rollentyp und insbesondere vom Kreuzrollentyp, umfassen, wobei das Getriebesystem eine geschlossene Hydraulikkammer umfassen kann, wobei diese ringförmige Hydraulikkammer jeden Wälzkörper aufnimmt und ein unter Druck stehendes Hydraulikfluid enthält.
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Eine geschlossene Hydraulikkammer, in der ein Hydraulikfluid unter Druck steht, ermöglicht eine gute Schmierung der Wälzkörper. Das Fluid kann z. B. Öl sein.
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Diese Hydraulikkammer kann ein erstes Volumen umfassen, das in Bezug auf die Drehachse radial zwischen der ersten Welle und der zweiten Welle sowie einem oberen Sperrring angeordnet ist, in dem die Wälzkörper angeordnet sind, wobei die Hydraulikkammer ein zweites Volumen umfasst, das in der Höhe entlang der Drehachse zwischen einem unteren Sperrring und der ersten Welle angeordnet ist, wobei das erste Volumen in Fluidverbindung mit dem zweiten Volumen steht, wobei die Hydraulikkammer ein drittes Volumen in Fluidverbindung mit dem zweiten Volumen umfasst, das zwischen der zweiten Welle und einem inneren Ring angeordnet ist, wobei der innere Ring mit der ersten Welle oder der zweiten Welle fest verbunden ist, wobei der inneren Ring einen Einfüllstopfen zum Einspritzen des Hydraulikfluids in die Hydraulikkammer umfasst, wobei die zweite Welle mindestens einen Kanal umfasst, der das dritte Volumen mit dem ersten Volumen verbindet.
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Die Hydraulikkammer kann somit durch eine geringe Anzahl von Teilen, nämlich die erste Welle, die zweite Welle, den unteren Sperrring, den oberen Sperrring und den inneren Ring begrenzt werden.
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Der innere Ring kann z. B. an der zweiten Welle befestigt sein, so dass der Einfüllstopfen durch die zweite Welle zugänglich ist. Es ist dann nicht notwendig, das gesamte Getriebesystem zu demontieren, um die Hydraulikkammer mit Hydraulikflüssigkeit zu füllen.
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Neben einem Getriebesystem betrifft die Erfindung einen Prüfstand zum Prüfen mindestens eines rotierenden Mastes, z. B. eines Rotormastes eines Leistungsgetriebes. Der Prüfstand umfasst außerdem einen Krafterzeuger zum Einleiten von Kräften in den Mast.
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Folglich umfasst der Prüfstand ein erfindungsgemäßes Getriebesystem, wobei das Getriebesystem zwischen dem Mast und dem Krafterzeuger angeordnet ist.
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Die Erfindung und ihre Vorteile werden in der folgenden Beschreibung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren näher erläutert. Es zeigen:
- [1] 1 eine schematische dreidimensionale Teilansicht eines Getriebesystems,
- [2] 2 eine Schnittdarstellung eines solchen Getriebesystems,
- [3] 3 eine Schnittdarstellung einer Sicherheitskupplung,
- [4] 4 ein Diagramm, das azimutal gleichmäßig verteilte Auslöser darstellt,
- [5] 5 eine dreidimensionale Ansicht eines Kreuzrollenlagers,
- [6] 6 eine Ansicht eines erfindungsgemäßen Prüfstandes für ein Getriebe mit einem Ausgang, und
- [7] 7 eine Ansicht eines erfindungsgemäßen Prüfstandes für ein Getriebe mit drei Ausgängen.
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Elemente, die in mehreren verschiedenen Figuren vorhanden sind, haben dasselbe Bezugszeichen.
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In einigen Abbildungen sind drei zueinander orthogonale Richtungen X, Y und Z dargestellt.
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Die erste Richtung X wird als Längsrichtung bezeichnet. Die zweite Richtung Y wird als Querrichtung bezeichnet.
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Die dritte Richtung Z schließlich wird als Höhenrichtung bezeichnet. Der Ausdruck „in der Höhe“ und der Begriff „axial“ beziehen sich auf jede Richtung parallel zur dritten Richtung Z. Der Begriff „radial“ bezieht sich auf eine Richtung orthogonal zur dritten Richtung Z.
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1 zeigt ein erfindungsgemäßes Getriebesystem 1 zur Übertragung von Kräften mit Drehmomentbegrenzung.
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Unter Bezugnahme auf 2 umfasst das Getriebesystem 1 eine erste Welle 5, die mit herkömmlichen Mitteln 600 zur Befestigung an einem um eine Drehachse AX drehbaren Mast versehen ist. Darüber hinaus umfasst das Getriebesystem 1 eine zweite Welle 10, die mit herkömmlichen Mitteln 700 zur Befestigung an einer anderen, um die Drehachse AX drehbaren Welle versehen ist. Die erste Welle 5 und die zweite Welle 10 sind beide um diese Drehachse AX drehbar. Gemäß der dargestellten ersten Alternative ist die erste Welle 5 eine Antriebswelle und die zweite Welle 10 eine Abtriebswelle. Gemäß einer zweiten Alternative ist der umgekehrte Fall möglich.
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Unabhängig von der jeweiligen Alternative gelten die folgenden Merkmale.
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Um die erste Welle 5 und die zweite Welle 10 in Drehung um die Drehachse AX mit einem mechanischen Drehmoment zu koppeln, das einen Wert unterhalb einer Drehmomentschwelle hat, umfasst das Getriebesystem 1 eine Mehrzahl von Sicherheitskupplungen 30.
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Unter Bezugnahme auf 3 umfasst jede Sicherheitskupplung 30 einen mit der ersten Welle 5 fest verbundenen Flansch 31, der eine Vertiefung 32, z. B. in Form eines Kegelstumpfes oder einer Kugelkalotte, aufweist.
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Zum Beispiel ist jeder Flansch 31 direkt von der ersten Welle 5 getragen. So kann jeder Flansch 31 ein mit der besagten Vertiefung versehenes Element umfassen, das gemäß dem dargestellten Beispiel in eine Ausnehmung der ersten Welle 5 eingesetzt und darin befestigt ist. Einem anderen Beispiel zufolge kann jeder Flansch 31 ein integraler Bestandteil der ersten Welle 5 sein.
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Zusätzlich hat die Sicherheitskupplung 30 einen Auslöser 35, der mit der zweiten Welle 10 fest verbunden ist. Beispielsweise ist jeder Auslöser 35 direkt von der zweiten Welle 10 getragen, wobei er ein Element umfassen kann, das auf übliche Weise an der zweiten Welle befestigt ist oder ein integraler Bestandteil der zweiten Welle ist. Die zweite Welle 10 umfasst beispielsweise einen Ausgangsabschnitt 505, der mit einem zweiten äußeren Ring 503 fest verbunden ist, an dem die Auslöser 35 mit herkömmlichen Mitteln, z. B. Schraubmitteln, befestigt sind. Ein Gehäuse jedes Auslösers ist z. B. an der zweiten Welle befestigt oder bildet einen integralen Bestandteil der zweiten Welle gemäß 3.
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Jeder Auslöser 35 ist mit einer Kugel 36 versehen, die in einer zur Drehachse AX orthogonalen Richtung DIR translatorisch beweglich ist. Zu diesem Zweck hat der Auslöser 35 ein Gehäuse, in dem ein Federelement, einfacher als Feder 40 bezeichnet, untergebracht ist, das eine Kraft ausübt, die dazu neigt, die Kugel 36 in eine Vertiefung 32 zu drücken. Solange das von der Antriebswelle 5 auf die Abtriebswelle 10 ausgeübte Drehmoment einen Wert unterhalb einer Drehmomentschwelle hat, wird jede Kugel 36 in einer Vertiefung 32 gehalten, um eine Steckverbindung zu bilden, die die Abtriebswelle 5 und die Antriebswelle 10 drehfest miteinander verbindet. Bei Erreichen der Drehmomentschwelle treten die Kugeln 36 durch Zusammendrücken der Federn 40 der Auslöser 35 aus den Vertiefungen 32 aus, wodurch die besagten Steckverbindungen getrennt werden.
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3 zeigt ein Beispiel für den Auslöser 35. In diesem Beispiel ist die Kugel 36 teilweise in eine Aussparung eines Stößels 37 eingelassen. Der Stößel 37 ist in Bezug auf ein Gehäuse 350 des Auslösers 35 zumindest translatorisch in der Richtung DIR beweglich gelagert. Der Stößel 37 hat einen Abschnitt mit kleinem Durchmesser und einen Abschnitt mit großem Durchmesser, der die Kugel 36 trägt. Außerdem durchläuft der Stößel 37 und insbesondere sein Abschnitt mit kleinem Durchmesser eine im Gehäuse untergebrachte Tellerfeder 40. Die Vorspannung der Feder 40 kann durch Verschrauben eines Bodens 41 des Gehäuses 350, der einen Sitz für die Feder 40 bildet, eingestellt werden. Zusätzlich hat der Auslöser 35 eine Sperre 38 mit einem Segment 39. Wenn die Drehmomentschwelle erreicht ist, bewegen sich die Kugel 36 und der Stößel 37 in Richtung des Pfeils 400. Der Abschnitt mit dem großen Durchmesser wird dann durch das Segment 39 blockiert, das den Auslöser 35 in der gezeigten ungekoppelten Position verriegelt. Um die Kugel 36 wieder in eine gekoppelte Position zu bringen, genügt es, den Stößel 37 zu drücken, z. B. mit einem Hammer, um ihn in Richtung des Pfeils 401 zu bewegen.
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Es ist natürlich auch möglich, einen anderen Typ von Auslöser zu verwenden, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Es ist z. B. möglich, einen Auslöser zu verwenden, der über eine eigene Vorrichtung verfügt, um die Kugel 36 wieder in die Kopplungsposition zu bringen.
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Außerdem hat jeder Auslöser 35 eine als „Außenhöhe H1“ bezeichnete Höhe entlang der Drehachse AX, und zwar in einer Richtung parallel zur Drehachse AX. Die Außenhöhe H1 kann die größte Höhe des Auslösers und z. B. des Gehäuses 350 sein.
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Die Anzahl der Auslöser 35 kann in Abhängigkeit von der gewünschten Drehmomentschwelle festgelegt werden.
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Zusätzlich und mit Bezug auf 4 können die Sicherheitskupplungen 30 und insbesondere die Auslöser 35 azimutal gleichmäßig um die Drehachse AX verteilt sein.
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Insbesondere können die Sicherheitskupplungen 30 Paare bilden, wobei sich zwei Sicherheitskupplungen 30 eines Paares diametral zur Drehachse AX gegenüberliegen.
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Zusätzlich zu den Sicherheitskupplungen 30, die die erste Welle 5 und die zweite Welle 10 drehfest miteinander verbinden, solange der Wert des übertragenen mechanischen Drehmoments unterhalb einer Drehmomentschwelle liegt, verfügt das Getriebesystem 1 über ein einzelnes Lager 20 zur Übertragung hoher Kräfte, insbesondere zwischen der Abtriebswelle 10 und der Antriebswelle 5.
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Das Lager 20 umfasst einen Innenring 22 und einen Außenring 23, die jeweils um die Drehachse AX zentriert sind. Der Außenring 23 umgibt den Innenring 22. Außerdem umfasst das Lager 20 Wälzkörper 24, die zwischen dem Innenring 22 und dem Außenring 23 angeordnet sind. Die Wälzkörper 24 können in einem Käfig angeordnet sein. Das Lager 20 kann vorgespannt sein, um Spiel zwischen dem Innenring 22 und dem Außenring 23 aufzuheben.
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Unter Bezugnahme auf 5 ist das Lager ein Kreuzrollenlager 21. Das Kreuzrollenlager 21 umfasst Rollen 25, 26, die gekreuzt, d.h. in unterschiedlichen Richtungen ausgerichtet sind. Ein erster Typ von Rollen 26 kann eine erste Abwinklung theta1 zu einer zur Drehachse AX parallelen Richtung aufweisen, und ein zweiter Typ von Rollen 25 kann eine zweite Abwinklung theta2 entgegengesetzt zur ersten Abwinklung theta1 zu einer zur Drehachse AX parallelen Richtung haben, wobei jede Rolle 26 des ersten Typs azimutal zwischen zwei Rollen 25 des zweiten Typs angeordnet ist.
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Der Innenring 22 und/oder der Außenring 23 können jeweils zwei Teilringe umfassen, um die Montage des Lagers 20 zu ermöglichen.
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Wiederum mit Bezug auf 2 ist das Lager 20 axial entlang der Drehachse AX zwischen der ersten Welle 5 und der zweiten Welle 10 und radial in einer zur Drehachse AX orthogonalen Ebene P1 angeordnet. Das Lager 20 ist somit in der Lage, Kräfte von der Abtriebswelle 10 auf die Antriebswelle 5 und ggf. in umgekehrter Richtung entlang der Drehachse Z und orthogonal X, Y zur Drehachse und Momente orthogonal X, Y zur Drehachse zu übertragen.
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Außerdem ist der Innenring 22 fest mit der zweiten Welle 10 und der Au-ßenring 23 fest mit der ersten Welle 5 verbunden. Die Wälzkörper 24 ermöglichen dann eine Drehung der zweiten Welle 10 relativ zur ersten Welle 5 um die Drehachse AX, wobei wenn nötig die von der Abtriebswelle 10 aufgenommenen Kräfte zumindest entlang der Drehachse AX oder auch orthogonal zur Drehachse AX von der Abtriebswelle 10 auf die Antriebswelle 5 entlang der Achsen X, Y präzise übertragen werden.
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Einem weiteren Aspekt zufolge hat das Lager 20 eine Höhe entlang der Drehachse AX, die der Einfachheit halber als „Lagerhöhe H2“ bezeichnet wird. Der Begriff „Lagerhöhe H2“ steht z. B. für die größte Höhe des Lagers in einer zur Drehachse parallelen Richtung, z. B. die Höhe des Innenrings 22. Die Lagerhöhe H2 kann gleich der Außenhöhe H1 plus oder minus zehn Prozent sein.
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Zusätzlich kann der Innenring 22 zur Befestigung an der zweiten Welle 10 mittels eines unteren Sperrrings 45 an der zweiten Welle 10 verriegelt werden.
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Insbesondere kann der Innenring 22 um einen zweiten inneren Ring 501 der zweiten Welle 10 gelegt werden. Dieser zweite innere Ring 501 kann mit dem Ausgangsabschnitt 505 fest verbunden und vom zweiten äußeren Ring 503 umgeben sein. Der Innenring 22 stützt sich dann radial an einer Seitenfläche 11 dieses zweiten Innenrings 501 ab. Dadurch ist der Innenring 22 radial zur Drehachse AX fixiert.
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Zusätzlich kann der Innenring 22 axial, d.h. entlang der Drehachse AX, zwischen einer Schulter 12 der zweiten Welle 10 und dem unteren Sperrring 45 arretiert sein. Der Innenring 22 stützt sich an der Schulter 12 und dem unteren Sperrring 45 ab. Der untere Sperrring 45 liegt außerdem der Unterseite 13 des zweiten inneren Rings 501 gegenüber, wobei zwischen dem unteren Sperrring 45 und der Unterseite 13 ein kleines Spiel von einigen Zehntel Millimetern besteht, um sicherzustellen, dass der untere Sperrring 45 an dem Innenring 22 anliegt. Außerdem ist der untere Sperrring 45 tatsächlich in einer von der ersten Welle 5 zur zweiten Welle 10 verlaufenden Höhenrichtung 250 unter dem Innenring 22 angeordnet.
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Abschließend wird der untere Sperrring 45 auf herkömmliche Weise mit der zweiten Welle 10 fest verbunden. Im gezeigten Beispiel ist der untere Sperrring 45 mit dem zweiten inneren Ring 501 durch Schrauben verbunden.
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Um an der ersten Welle 5 befestigt zu werden, kann der Außenring 22 durch einen oberen Sperrring 46 an der ersten Welle 5 fixiert werden. Insbesondere kann die erste Welle 5 einen Eingangsabschnitt 506 aufweisen, der fest mit einem ersten Ring 502 verbunden ist, der radial zwischen dem zweiten inneren Ring 501 und dem zweiten äußeren Ring 503 angeordnet ist. Dieser erste Ring 502 kann die Flansche 31 der Sicherheitskupplungen 30 enthalten.
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Der Außenring 23 kann in den ersten Ring 502 eingeschrieben sein, indem er radial zur Drehachse AX an einer Seitenfläche 6 dieses ersten Rings 502 anliegt. Der Außenring 23 ist somit radial fixiert.
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Zusätzlich kann der Außenring 23 axial, d.h. entlang der Drehachse AX, zwischen einer Schulter 7 des ersten Rings 502 und dem oberen Sperrring 46 fixiert/geklemmt werden. Der Außenring 23 liegt an der Schulter 7 des ersten Rings 502 und dem oberen Sperrring 46 an. Der obere Sperrring 46 liegt dann der Oberseite 8 des ersten Rings 502 gegenüber, wobei zwischen dem oberen Sperrring 46 und der Oberseite 8 ein geringes Spiel von einigen Zehntel Millimetern besteht, um sicherzustellen, dass der obere Sperrring 46 an dem Außenring 23 anliegt. Außerdem ist dann der obere Sperrring 46 in Höhenrichtung 250 oberhalb des Außenrings 23 angeordnet.
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Abschließend wird der obere Sperrring 46 auf herkömmliche Weise mit der ersten Welle 5 verbunden. Im gezeigten Beispiel ist der obere Sperrring 46 mittels Schrauben und Muttern mit dem ersten Ring 503 verbunden.
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Zusätzlich kann sich der obere Sperrring 46 radial an der zweiten Welle 10 abstützen, insbesondere an dem zweiten inneren Ring 501 mit der Schulter 12. Zwischen dem oberen Sperrring 46 und der zweiten Welle 10 kann mindestens eine Dichtung 47 angeordnet sein. Ebenso kann zwischen dem oberen Sperrring 46 und der ersten Welle 5, insbesondere zwischen dem oberen Sperrring 46 und dem ersten Ring 502, mindestens eine Dichtung 48 angeordnet sein.
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Darüber hinaus kann die zweite Welle 10 mindestens eine Öffnung 14 gegenüber dem oberen Sperrring 46 aufweisen. Jede Öffnung 14 ermöglicht den Zugang zu einem Schraubmittel 50, das den oberen Sperrring 46 mit der zweiten Welle 10 verbindet. Diese Öffnung 14 mündet ebenfalls in einen Raum 200, in dem die Kugeln 36 angeordnet sind. Um diesen Raum 200 von einer Umgebung EXT außerhalb des Getriebesystems 1 zu isolieren, kann mindestens ein oberer Stopfen 15 mindestens eine Öffnung 14 verschließen.
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Entsprechend kann ein ringförmiger unterer Stopfen 55 zwischen der ersten Welle 5 und der zweiten Welle 10 angeordnet werden, um diesen Raum 200 zu isolieren, wobei der untere Stopfen 55 insbesondere zwischen dem ersten Ring 502 und dem zweiten äußeren Ring 503 angeordnet sein kann, wie im Beispiel gezeigt.
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Zusätzlich kann das Getriebesystem 1 ein Hydrauliksystem zur Schmierung des Lagers 20 aufweisen.
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Daher kann das Getriebesystem 1 einen geschlossenen oder ringförmigen Hydraulikraum 60 aufweisen, in dem sich die Wälzkörper 24 bewegen. Ein unter Druck stehendes Hydraulikfluid 65 füllt dann diese Hydraulikkammer 60.
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Die Hydraulikkammer 60 kann z. B. in mehrere Volumina unterteilt sein, die hydraulisch miteinander kommunizieren.
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So kann die Hydraulikkammer 60 ein erstes Volumen 61 aufweisen, das in Fluidverbindung mit einem zweiten Volumen 62 steht, wobei ein drittes Volumen 63 direkt mit dem zweiten Volumen 62 und indirekt mit dem ersten Volumen 61 über einen im zweiten inneren Ring 501 vorgesehenen Kanal 68 in Fluidverbindung steht.
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Das erste Volumen 61 ist somit radial zur Drehachse AX zwischen der ersten Welle 5 und der zweiten Welle 10, insbesondere zwischen dem zweiten inneren Ring 501 und dem ersten Ring 502, angeordnet. Das erste Volumen 61 ist axial in Höhenrichtung durch die zweite Welle 10 und den oberen Sperrring 46 begrenzt. Das erste Volumen 61 mündet in einer zur Höhenrichtung entgegengesetzten Richtung in das zweite Volumen 62.
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Dieses zweite Volumen 62 ist in der Höhe entlang der Drehachse AX zwischen dem unteren Sperrring 45 und der ersten Welle 5 und insbesondere deren Eingangsabschnitt 506 angeordnet.
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Schließlich befindet sich das dritte Volumen 63 zwischen der zweiten Welle 10, insbesondere ihrem zweiten inneren Ring 501, und einem inneren Ring 66. Dieser innere Ring 66 ist an der ersten Welle 5 oder an der zweiten Welle 10 befestigt. Gemäß dem gezeigten Beispiel ist der innere Ring 66 mit Schrauben an der ersten Welle 5 befestigt, insbesondere an dem Eingangsabschnitt 506. Der innere Ring 66 ist mit einem Einfüllstopfen 67 versehen, der das Einleiten von Hydraulikfluid 65 in die Hydraulikkammer 60 ermöglicht.
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Darüber hinaus umfasst das Getriebesystem 1 nacheinander, ausgehend von der Drehachse AX und entlang bestimmter Radien, den inneren Ring 66, den zweiten inneren Ring 501, den Innenring 22, einen Wälzkörper, den Außenring 23, den ersten Ring 502, einen Flansch 31 und einen vom zweiten äußeren Ring 503 getragenen Auslöser.
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Unter Bezugnahme auf 6 kann ein solches Getriebesystem 1 auf einem Prüfstand 70 angeordnet werden, der mit einem Krafterzeuger 72 zum Einleiten von Kräften in einen Mast 71 ausgestattet ist, und zwar beispielsweise in einen Mast 71 einer eines Leistungsgetriebes BTP. Die erste Welle 5 ist dann mechanisch mit dem Mast 71 verbunden, während die zweite Welle 10 mit einer Welle verbunden ist, die mit dem Krafterzeuger 72 zusammenwirkt. Ein solcher Krafterzeuger 72 kann eine Mehrzahl von Aktuatoren umfassen.
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Zum Beispiel umfasst der Prüfstand 70 ein erstes Modul 73.
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Dieses erste Modul 73 ist mit einem Hauptrad 74 ausgestattet. Das Hauptrad 74 kann von einem Rahmen des ersten Moduls 73 getragen und in Bezug auf den Rahmen drehbar sein. Das Hauptrad 74 ist konfiguriert, um über das Getriebesystem 1 mechanisch mit dem Mast 71 verbunden zu sein.
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Zusätzlich enthält das erste Modul 73 mindestens ein Belastungssystem 75, z. B. ein Belastungssystem 75 pro Eingang des Leistungsgetriebes. Jedes Belastungssystem 75 kann vom Rahmen getragen sein. Jedes Belastungssystem 75 umfasst ein erstes rotierendes Element 76, das kinematisch mit dem Hauptrad 74 verbunden ist, und ein zweites rotierendes Element 77. Insbesondere kann das erste rotierende Element 76 durch das Hauptrad 74 angetrieben werden, indem es Zähne aufweist, die mit den Zähnen des Hauptrades 74 kämmen. Das Hauptzahnrad 74 kann mehr Zähne haben als das erste rotierende Element 76.
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Jedes Belastungssystem 75 kann von einem der oben beschriebenen Typen sein.
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Eventuell verfügt das erste Modul über zwei permanente Belastungssysteme 75, so dass sowohl ein Getriebe mit einem Eingang als auch eines mit zwei Eingängen ohne Änderung getestet werden kann.
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Einem weiteren Aspekt zufolge umfasst der besagte Prüfstand 70 ein zweites Modul 80 mit Übersetzungsgetrieben. Dieses zweite Modul 80 ist kinematisch mit dem ersten Modul 73, insbesondere mit mindestens einem oder sogar mit jedem Belastungssystem 75, sowie ggf., in Abhängigkeit von der durchgeführten Prüfung, mit mindestens einer oder sogar mit jeder Eingangswelle verbunden. Das zweite Modul 80 kann ein Übersetzungsgetriebemodul sein und kann aus einem Stück bestehen.
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Um das zu prüfende Leistungsgetriebe in Bewegung zu setzen, kann der Prüfstand 70 zusätzlich mindestens einen Motor MOT aufweisen. Gemäß dem Beispiel in 6 kann ein Motor MOT den Antriebsstrang durch Drehen des Hauptrades 74 in Bewegung setzen. Der Motor MOT kann aber auch jedes andere rotierende Teil des Prüfstandes 70 antreiben.
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Gemäß einem anderen Aspekt kann der Prüfstand 70 einen Computer 85 umfassen, der mit jedem Belastungssystem 75 und mit einer Mehrzahl von Drehmomentmessgeräten 86 verbunden ist. Der Rechner 85 kann z. B. mindestens einen Prozessor und mindestens einen Speicher, mindestens eine integrierte Schaltung, mindestens ein programmierbares System, mindestens eine logische Schaltung umfassen; diese Beispiele schränken den Umfang des Begriffs „Rechner“ nicht ein.
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Darüber hinaus kann der Rechner 85 mit einem Display 87 und einem Dateneingabesystem 88, wie z. B. einer Tastatur und/oder Maus, verbunden sein.
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So kann ein Bediener den Rechner 85 steuern, indem er mindestens einen Drehmoment-Sollwert programmiert. Der Rechner 85 ist dann konfiguriert, um jedes Belastungssystem 75 anhand der von den besagten Drehmomentmessern 86 übermittelten Daten und mindestens eines Drehmomentsollwerts zu steuern.
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7 zeigt ein Beispiel für einen Prüfstand 70, der mit einem erfindungsgemäßen Getriebesystem 1 ausgestattet ist und es ermöglicht, ein Getriebegehäuse mit zwei Eingängen, einem Mast und zwei Ausgängen 90 für zwei Propeller zu prüfen. Die gestrichelt dargestellten Zahnräder sind optional.
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Natürlich ist die vorliegende Erfindung in ihrer Ausführung vielen Abwandlungen unterworfen. Obwohl mehrere Ausgestaltungen beschrieben wurden, ist es selbstverständlich nicht denkbar, alle möglichen Modi erschöpfend zu identifizieren. Selbstverständlich ist es denkbar, ein beschriebenes Mittel durch ein gleichwertiges Mittel zu ersetzen, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
