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Umlaufrädergetriebe Die Erfindung bezieht sich auf Umlaufrädergetriebe
mit einem Umlaufräderträger, der wenigstens drei um seine feste Drehachse verteilt
angeordnete Umlaufrädergruppen trägt und bei dem ein gegen Drehung festgehaltenes
äußeres Zentralrad und ein drehbares inneres Zentralrad mit entsprechenden Verzahnungen
der Umlaufrädergruppen kämmen.
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Die Verhältnisse in einem solchen Getriebe sind sehr kompliziert,
und die Beanspruchung der einzelnen Teile ist sehr unterschiedlich und komplex.
Daher kann der Wirkungsgrad infolge kleiner Herstellungsfehler hinsichtlich der
Lager und der Zahnform und Zahnradteilung durch erhöhte Reibung sehr verschlechtert
werden.
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Um solche Fehler auszugleichen und die Belastung der Zahnräder zu
vergleichmäßigen, ist es bereits bekannt, einzelnen Bauteilen eines Umlaufrädergetriebes
eine freie Einstellmöglichkeit in radialer Richtung zu geben.
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So ist ein Umlaufrädergetriebe bekannt, bei dem das innere Zentralrad
derart auf einer kurzen Welle angeordnet ist, die mit ihrem einen Ende über eine
winkelbewegliche Kupplung mit der Eingangswelle des Getriebes verbunden ist, daß
das Zentralrad in allen zu seiner Drehachse senkrechten Richtungen begrenzte Bewegungen
ausführen kann. Neuere Untersuchungen haben ergeben, daß eine freie radiale Beweglichkeit
des inneren Zentralrades die bei diesen Rädern auftretende schraubenförmige Verformung
der Zähne bei Belastung zwar an sich auszugleichen vermag, daß dieser Ausgleich
aber nur sehr unvollkommen ist, da diese Verformung des inneren Zentralrades sich
mit der aufgebrachten Belastung ändert.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Umlaufrädergetriebe der eingangs
bezeichneten Art zu schaffen, bei dem ein Belastungsausgleich auch bei veränderlicher
Belastung gewährleistet ist.
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Das Umlaufrädergetriebe mit einem Umlaufräderträger, der wenigstens
drei um seine feste Drehachse verteilt angeordnete Umlaufrädergruppen trägt und
bei dem ein gegen Drehung festgehaltenes äußeres Zentralrad und ein drehbares inneres
Zentralrad mit entsprechenden Verzahnungen der Umlaufrädergruppen kämmen, wobei
das innere Zentralrad auf einer kurzen Welle angeordnet ist, die mit ihrem einen
Ende über eine winkelbewegliche Kupplung mit der Eingangswelle des Getriebes verbunden
ist, ist gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß der radialen Bewegungsmöglichkeit
des inneren Zentralrades Federmittel entgegenwirken, welche in der Weise ausgebildet
und in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilt zwischen dem der winkelbeweglichen Kupplung
entgegengesetzten Ende der Welle des inneren Zentralrades und dem Umlaufräderträger
angerodnet sind, daß sie das innere Zentralrad in einer mit der festen Drehachse
des Umlaufräderträgers konzentrischen Lage zu halten trachten.
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Durch die genau vorherbestimmbare nachgiebige Unterstützung des inneren
Zentralrades mittels zwischen -dem inneren Zentralrad und dem Umlaufräderträger
angeordneter Federmittel wird erreicht, daß sich das Zentralrad stets wieder selbsttätig
relativ zum Umlaufräderträger zentriert und daß es bei Belastung entgegen der Federwirkung
stets eine durch die jeweilige Größe der Belastung und der Federkraft bestimmte
Lage einnehmen kann, in welcher die durch Verformung hervorgerufenen Belastungsunterschiede
ausgeglichen werden.
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Es sind zwar bereits seit langem Umlaufrädergetriebe bekannt, bei
denen das äußere Zentralrad kardanisch in dem Getriebegehäuse aufgehängt ist und
die in dem Gehäuse gelagerten Kardanzapfen elastisch abgestützt sind. Die Beanspruchung
und Verhaltensweise des äußeren Zentralrades eines Umlaufrädergetriebes sind von
denen des inneren Zentralrades jedoch derart verschieden, daß eine Übertragung dieser
für äußere Zentralräder bekannten Anordnung auf das innere Zentralrad nicht den
gewünschten Erfolg zeigt.
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Die Erfindung kann mit Vorteil bei solchen Umlaufrädergetrieben angewendet
werden, bei denen jede Umlaufrädergruppe zwei starr miteinander verbundene Umlaufräder
verschiedenen Durchmessers aufweist und das äußere Zentralrad jeweils mit dem näher
der Eingangswelle des Getriebes liegenden Umlaufrad und das innere Zentralrad jeweils
mit dem anderen, von der Eingangswelle des Getriebes entfernt liegenden Umlaufrad
jeder Umlaufgruppe kämmt. Bei einem
solchen Umlaufrädergetriebe
ist die kurze Welle des inneren Zentralrades gemäß der Erfindung in der Nähe ihrer
Enden von zwei Lagern unterstützt, von denen das eine Lager in der Nähe der winkelbeweglichen
Kupplung eine im wesentlichen feste Drehachse hat, während das andere Lager durch
die Federmittel unterstützt ist und das innere Zentralrad näher dem nachgiebig unterstützten
Lager auf der Welle befestigt ist.
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Durch die Anordnung des inneren Zentralrades in der Nähe des nachgiebigen
Lagers ist der Hebelarm, an dem die Federkraft wirkt, nur kurz, so daß die bei Belastung
auf das Zentralrad zur Einwirkung kommende Einstellkraft gegenüber der Federkraft
groß ist. Infolge des großen Abstandes zwischen Zentralrad und winkelbeweglicher
Kupplung führt die Achse an der beweglichen Lagerstelle auch bei großen Auswanderungen
des Zentralrades nur kleine Winkelbewegungen aus, so daß gewöhnliche Kugellager
verwendet werden können und Pendellager nicht erforderlich sind. Außerdem ist die
Biegebeanspruchung der Welle klein, da das Zentralrad in der Nähe des nachgiebigen
Lagers angeordnet ist.
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Vorzugsweise ist bei einem Getriebe nach der Erfindung auch der Zahnkranz
so angeordnet, daß er begrenzte Bewegungen in allen Richtungen radial zur Drehachse
des Umlaufräderträgers ausführen kann.
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Das erfindungsgemäße Getriebe läßt sich auf verschiedene Weise ausführen;
die schematischen Zeichnungen zeigen ein Ausführungsbeispiel in Form eines Umlaufräder-Untersetzungsgetriebes
für die Verwendung zwischen dem Rotor und der Luftschraubenwelle eines Flugzeugtriebwerkes,
dessen Kraftmaschine als Gasturbine ausgebildet ist, d. h. als ein sogenanntes »Turbo-Propeller-Triebwerk«.
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Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch denjenigen Teil des Triebwerks,
der das Untersetzungsgetriebe umfaßt; Fig.2 ist eine in größerem Maßstab gezeichnete
Schnittdarstellung der Unterstützung des einen Endes der Welle des inneren Zentralrades
der in Fig. 1 dargestellten Konstruktion; Fig. 3 ist ein Querschnitt längs der Ebene
3-3 in Fig. 2.
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Bei der in den Figuren dargestellten Konstruktion ist die Luftschraubenwelle
des Triebwerks mit A bezeichnet. Sie verläuft gleichachsig mit der Rotorwelle der
Gasturbine (nicht dargestellt), die mit einem Ende einer Hohlwelle verbunden ist,
während ihr anderes Ende bei B angedeutet ist. Die Wellen A und
B sind durch ein Umlaufräder-Untersetzungsgetriebe gemäß der Erfindung miteinander
verbunden.
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Das Umlaufräder-Untersetzungsgetriebe umfaßt einen Umlaufräderträger,
der aus den beiden Teilen C und Cl besteht, wobei der Bauteil Cl zusammen mit der
Luftschraubenwelle A eine Einheit bildet, während der andere Bauteil C einen Nabenteil
bzw. Ansatz C2 besitzt, der innerhalb des Motorgehäuses D in Kugel- bzw. Rollenlagern
C3 bzw. C4 gelagert ist. Da die Luftschraubenwelle A naturgemäß innerhalb des Motorgehäuses
D in bekannter Weise in Lagern gelagert ist, ist der zweiteilige Umlaufräderträger
an seinen beiden Enden durch Lager gegenüber dem Gehäuse D abgestützt. Die beiden
Bauteile C und C1 des Umlaufräderträgers sind durch drei in Umfangsrichtung verteilte
säulenartige Ansätze, von denen einer in Fig. 1 bei C5 angedeutet ist, starr miteinander
verbunden. Zwischen diesen Verbindungsteilen befinden sich drei in Umfangsrichtung
verteilt angeordnete Umlaufrädergruppen mit jeweils einer Welle E. deren Enden in
den beiden Bauteilen des Umlaufräderträgers durch Lager F bzw. F1 unterstützt sind
und welche jeweils mit einem verhältnismäßig großen Umlaufrad El aus einem Stück
besteht, das in der Nähe des vorderen Endes der Welle E angeordnet ist; ferner ist
auf jeder Welle E in der Nähe ihres hinteren Endes ein verhältnismäßig kleines Umlaufrad
E2 befestigt.
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An dem Gehäuse D ist ein mit den Zähnen der kleineren Umlaufräder
E2 kämmender Zahnkranz bzw. äußeres Zentralrad G angebracht. dem gegebenenfalls
eine Drehmoment-Meßeinrichtung zugeordnet sein kann. Dieser Zahnkranz ist so angeordnet,
daß er zwar keine Drehbewegung um die Drehachse des Umlaufräderträgers ausführen
kann, sich jedoch in begrenztem Ausmaß gegenüber dieser Achse allseitig radial bewegen
kann. Zu diesem Zweck sind Federn vorgesehen, die das Bestreben haben, den Zahnkranz
in eine mit der erwähnten Achse konzentrische Lage zurückzuführen. Bei dem dargestellten
Ausführungsbeispiel ist der Zahnkranz G in bekannter Weise mit einem Ring G1 so
verbunden, daß der Zahnkranz gegenüber dem Ring eine begrenzte radiale Bewegung
ausführen kann. Der Ring G1 ist mit dem Gehäuse D durch Paßstifte G2 verbunden.
Zwischen dem Zahnkranz G und dem Ring G1 sind mehrere Blattfedern G3 angeordnet,
die bestrebt sind, den Zahnkranz G in einer zu dem Ring G1 konzentrischen Lage zu
halten.
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Bei der dargestellten Anordnung ist der Zahnkranz G also mit dem Gehäuse
D derart verbunden, daß er sich nicht um die Drehachse des Umlaufräderträgers drehen
kann und die bei G3 angedeuteten Federn den Zahnkranz festhalten und bestrebt sind,
ihn ständig annähernd konzentrisch mit der Achse des Umlaufräderträgers C, Cl zu
halten.
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Innerhalb des Umlaufräderträgers ist eine innere Zentralradanordnung
unterstützt, die eine hohle Zentralradwelle H aufweist, deren rückwärtiges Ende
innerhalb des Bauteils C des Umlaufräderträgers durch ein Kugellager J unterstützt
ist, wobei die Laufringe des Kugellagers jeweils starr mit der Zentralradwelle bzw.
dem Umlaufräderträger verbunden sind Das Kugellager J ist so ausgeführt, daß es
eine gewisse Pendelbewegung der Welle zuläßt. Als Unterstützung des vorderen Endes
der Zentralradwelle H dient ein Rollenlager K, dessen Konstruktion zusammen mit
den zugeordneten Bauteilen in den Fig. 2 und 3 in größerem Maßstab dargestellt ist.
Das Rollenlager K ist in dem Bauteil Cl des Umlaufräderträgers nachgiebig unterstützt.
Zu diesem Zweck wird die innere Lauffläche des Rollenlagers K durch eine Verlängerung
Hl am vorderen Ende der Zentralradwelle H gebildet, und der äußere Laufring K1 ist
starr innerhalb eines Tragringes L befestigt, an dessen Außenseite zwei in Umfangsrichtung
verlaufende Flansche L1 und L2 ausgebildet sind. Außerhalb der Umfangsfläche des
Flansches L1 und in einem Abstand von ihr befindet sich ein Ring 3-I mit vier in
Umfangsrichtung verteilt angeordneten und sich in axialer Richtung erstreckenden
Fingern Ml, die in Richtung auf den Flansch L2 weisen; der Ring 31 ist fest
mit einem Gehäuseteil N verbunden, der seinerseits starr innerhalb des Bauteils
Cl des Umlaufräderträgers befestigt ist. Man erkennt, daß der Ring L und damit auch
der äußere Laufring KI des Lagers K eine begrenzte radiale Bewegungsfreiheit gegenüber
dem Umlaufräderträger C, Cl aufweist. Der zwischen den Flanschen L1 und L2 liegende
Teil der Umfangsfläche des Ringes L weist vier erhöhte Abschnitte L3 auf
(s.
Fig.3), und zwischen den beiden Flanschen sind vier nachgiebige Stäbe P derart angeordnet,
daß die Enden dieser Stäbe an den Fingern M1 angreifen, während sich ihre Mittelabschnitte
an den erhöhten Abschnitten L3 abstützen, so daß die Stäbe P als Blattfedern wirken,
die bestrebt sind, den Ring L innerhalb des Umlaufräderträgers zu zentrieren, wobei
sie gleichzeitig zulassen, daß sich der Ring L in einem begrenzten Ausmaß gegenüber
dem Umlaufräderträger in radialer Richtung bewegt. Die Flansche L 1 und L 2 besitzen
radial nach außen ragende Fortsätze L4, durch welche die radiale Bewegung des Ringes
L begrenzt wird, während eine Drehbewegung dieses Ringes durch einen Bolzen L5 verhindert
wird.
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Die Welle des inneren Zentralrades H ist über eine lose Zahnkupplung
B1 mit der Eingangswelle B verbunden, und an ihrem Umfang ist eine innere Zentralradverzahnung
H2 ausgebildet, welche in die größeren Umlaufräder El eingreift, so daß Kraft von
der Welle B über das innere Zentralrad H2 auf die Umlaufräder El und somit auch
auf die Umlaufräder E2 übertragen wird, wobei die zuletzt genannten Räder mit dem
Zahnkranz G zusammenwirken, der die erforderlichen Gegenkräfte aufbringt, um eine
Drehbewegung des Umlaufräderträgers C, Cl und der mit diesem verbundenen Luftschraubenwelle
A gegenüber der Welle B hervorzurufen, wobei sich ein geeignetes Untersetzungsverhältnis
ergibt.
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Das gesamte Umlaufrädergetriebe wird zweckmäßigerweise so ausgeführt,
daß die Anordnung das Bestreben zeigt, die Zähne des Zentralrades H2 trotz der schraubenden
Verformung dieses Rades bei Belastung in richtigem Eingriff mit den Zähnen der Umlaufräder
E1 zu halten.
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Man erkennt aus der vorstehenden Beschreibung, daß bei einem gemäß
der Erfindung ausgeführten Umlaufgetriebe sowohl das innere Zentralrad H2 als auch
das äußere Zentralrad G bei einer Belastung das Bestreben zeigen, sich gegenüber
einem gedachten Zylinder zu zentrieren, auf welchem die Achsen der Umlaufräderwellen
E liegen, was auf die gleich großen radialen Schubkräfte zurückzuführen ist, die
durch die Umlaufräder automatisch auf sie übertragen werden; ferner erkennt man,
daß die nachgiebige Unterstützung des vorderen Endes der Welle H des inneren Zentralrades
einen derartigen Zentriervorgang während des Betriebes unter Last gestattet, während
diese Unterstützung gleichzeitig bestrebt ist, zu verhindern, daß sich das Zentralrad
H2 während des Betriebes unter geringer oder vernachlässigbar kleiner Last oder
während der Lastumkehr aus seiner richtigen Lage herausbewegt.