DE1173305B - Stirnraeder-Planetengetriebe mit selbsttaetigem Zahndruckausgleich - Google Patents

Description

• Stimräder-Planetengetriebe mit selbsttätigem Zahndruckausgleich Plantagengetriebe zeichnen sich gegenüber anderen Gretrieben bei vorgegebener Baugröße durch hohe Tragfähigkeit aus. Voraussetzung dazu ist jedoch, daß alle für die Kraftübertragung vorgesehenen Zahneingriffe möglichst gleichmäßig belastet sind. Die Stribecksche Wälzpressung soll jeweils, zwischen zwei im Eingriff befindlichen Zähnen entlang der ganzen Zahnbreite in jedem Punkt der Berührungslinie gleich groß sein. Normalerweise stehen diesem Bestreben die fertigungstechnisch bedingten Fehler der einzelnen Getriebeteile sowie elastische Verbiegungen und Verdrehungen während der Kraftübertragung im Getriebe entgegen. Hierbei ist an Teilungs-, Zahndicken-, Zahnform- und Flankenrichtungsfehler bei der Fertigung der Zahnräder sowie Parallelitätsfehler und Achsabstandsfehler bei der Fertigung der Lagerbohrungen, ferner an die Betriebsverformung des Getriebegehäuses und Fundamentes als auch an Richtungsfehler bei der Verbiegung der Zahnradwellen und bei Ritzeln mit einer verhältnismäßig großen Breite zum Durchmesser an die Verdrehung unter dem Drehmoment gedacht.
• Es ist bereits eine Anzahl von Lösungen bekannt, durch konstruktive Maßnahmen einen Zahndruckausgleich zu erreichen.
• Es sind Planetengetriebe mit Pfeilverzahnung be- kannt, bei denen der Belastungsausgleich dadurch erreicht wird, daß mindestens eines der Zentralräder in der Weise unterteilt ist, daß sich zwei schrägverzahnte Räder mit gegeneinander gerichteten Zahnschrägen ergeben und daß diese Verzähnungshälften innerhalb des Getriebegehäuses gelenkig über Zahnkupplungen miteinander und mit dem das Drehmoment des Zentralrades aufnehmenden Teil verbunden sind.
• Eine andere Lösung mit Geradverzahnung sieht vor, daß mindestens ein Zentralrad innerhalb des Getriebegehäuses gelenkig über eine Zahnkupplung mit dem sein Drehmoment aufnehmenden Teil verbunden ist, wobei der Zahneingriff zwischen diesem Zentralrad und den Planeten-rädern leicht ballig ausgebildet ist.
• An Stelle der balligen Zähne wird bei einer ähnlichen Lösung vorgeschlagen, bei mindestens einem Zentralrad das Trägheitsmoment seines Querschnittes so zu bemessen, daß die elastischen Verformungen durch die radialen Zahnkräfte, bezogen auf das Zahnspiel, größer sind als die durch die auftretenden Fehler zu erwartenden Zahnspielunterschiede.
• Bei einer anderen Ausführung mit Schrägverzahnung werden ein oder beide Zentralräder mit dem jeweils sein Drehmoment aufnehmenden Teil innerhalb des Getriebeingüses um die Mitte oder annähernd um die Mitte des Rädersystems kardanisch aufgehängt, so daß die axialen Zahnkräfte sich auf Gleichgewicht einstellen müssen.
• Weiter ist bei Schrägverzahnung eine pendelnde Aufhängung eines Zentralrades innerhalb des Getriebegehäuses bekannt, wobei die axiale Zahnkraft über ein Pendelwälzlager abgestützt und das Drehmoment über eine Zahnkupplung übertragen wird.
• Die winkelbewegliche Aufhängung eines Zentralrades wird in einem anderen Falle dadurch erreicht, daß federnde Elemente die Verbindung nuit dem das Drehmoment aufnehmenden Teil herstellen.
• Von den bekannten Lösungen sei noch eine Ausführung genannt, bei welcher der ungelagerte Planetenradträger mit dem das Drehmoment aufnehmenden Teil durch eine doppelgelenkige Zahnkupplung verbunden ist, während die Zentralräder radial unverschiebbar angeordnet sind. Infolge unterschiedlich gewählter Wälzeingriffswinkel zwischen dem inneren Zentralrad und dem Planetenrad sowie dem äußeren Zentralrad und dem Planetenrad entstehen Differenzkräfte, die den Planetenradträger so verschieben sollen, daß alle Planetenräder gleichmäßig zum Tragen kommen.
• Diese bisher bekannten Ausführungen von Planetengetrieben mit selbsttätigem Lastausgleich sind in ihrer Bauweise verhältnismäßig aufwendig, schwer und teuer.
• Ferner sind Umlaufrädergetriebe bekannt, bei denen alle Teile durch eine elastische Bauweise oder durch Verwendung elastischer Werkstoffe eine gewisse Nachgiebigkeit aufweisen. Hierbei sind- die Verformungsmöglichkeiten zu gering, oder die Getriebe eignen sich nur für kleinere Leistungen.
• Die Erfindung geht aus von einem Stirnräder-Planetengetriebe mit selbsttätigem Zahndruckausgleich zwischen den Umlaufrädem und einem inneren sowie einem äußeren Zentralrad. Sie hat sich zur Aufgabe gestellt, ein Stirnräder-Planetengetriebe zu schaffen, welches weniger aufwendig, leichter und billiger zu bauen ist.
• Erfindungsgemäß sind der treibende und der getriebene Teil gegenüber dem Getriebegehäuse nicht (Y gelagert und durch radial und axial bewegliche elastische Kupplungen mit den angeschlossenen Maschinen verbunden, während der Reaktionsteil mit dem gelenkig oder elastisch gegenüber dem Fundament abgestützten Getriebegehäuse fest verbunden ist.
• Insbesondere sind nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung der Planetenradträger und ein Zentralrad gegenüber dem Getriebegehäuse nicht gelagert, während das andere Zentralrad mit dem Getriebegehäuse fest verbunden ist.
• Bei diesen Ausführungen stellen sich die frei beweglichen Getriebeglieder durch die Zahnkräfte stets auf Gleichgewicht ein, wobei die fertigungstechnisch bedingten Fehler sowie elastische Verbiegungen und Verdrehungen unwirksam werden und ein Abbau der dynamischen Zusatzkräfte eintritt. Die Rotation der Getriebeglieder erfolgt dabei um freie Achsen, die sich nach dem Prinzip des kleinsten Zwanges einstellen.
• In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird das Flankenspiel der Verzahnungen gering gehalten, wo-bei bei allen Zahneingriffen in jedem Betriebszustand noch Kopfspiel vorhanden ist. Auf diese Weise halten sich auch bei abgekuppelter Antriebs- oder Abtriebswelle die Getriebeteile mit den Zabnflanken gegenseitig, ohne daß etwa eine Anlage der Zahnköpfe eintritt.
• Zwischen dem Getriebegehäuse und den Wellen können berührungsfreie Dichtungen vorgesehen sein. Die Kupplungen können drehweich oder drehsteif ausgebildet sein. Sie sollen vorzugsweise die Wirkung von Gelenken aufweisen. Als drehsteife Kupplungen können für die Erfindung z. B. federnde Gelenke in Anwendung kommen.
• Die Verwendung drehweicher Kupplungen, die sich gut zur Stoßdämpfung eignen, hat im vorliegenden Fall den Vorteil, daß die Getriebe besonders geräuscharm laufen, da der Körperschall weitgehend gedämpft wird. Die Auslegung der Federkennlinie ist dabei im Hinblick auf die gekuppelten Massen und die Drehzahl so vorzunehmen, daß keine unzulässigen mechanischen Schwingungen auftreten.
• Als Verzahnung der Getriebeelemente kommt in bekannter Weise entweder die Pfeilverzahnung oder die Geradverzahnung in Frage, wobei im letzteren Falle zur axialen Führung der Antriebs- und der Abtriebswelle gegenüber dem Gehäuse axial verschiebbare Distanzringe dienen.
• Das erfindungsgemäße Getriebe ist auch als Flanschgetriebe dadurch anwendbar, daß der Reaktionsteil mit einem Flansch ausgebildet und die Flanschverbindung gelenkig oder elastisch mit dem Fundament verbunden ist, wobei das Eigengewicht des jeweils frei hängenden Reaktionsteiles durch elastische Auflager abgestützt wird.
• Es können auch mehrere Umlaufrädersätze hintereinandergeschaltet werden, wobei erfindungsgernäß die Abtriebswelle des vorgehenden Umlaufrädersatzes mit der Antriebswelle des nachfolgenden Unflaufrädersatzes Über eine gelenkige oder elastische Kupplung verbunden wird. In den Zeichnungen sind verschiedene Ausfühzungsbeispiele der Erfindung dargestellt.
• F i g. 1 und 2 zeigen ein Getriebe mit stehendem äußerem Zentralrad und umlaufendem innerem Zentrafrad und Planetenradträger mit drehwe 1 ichen Kupplungen; F i g. 3 und 4 zeigen ein Getriebe mit stehendem Planetenradträger und umlaufendern innerem und äußerem Zentralrad mit drehweichen Kupplungen; F i g. 5 zeigt ein Getriebe mit stehendem innerem Zentralrad und umlaufendem Planetenradträger und äußerem Zentralrad mit drehweichen Kupplungen; F i g. 6 und 7 zeigen ein Getriebe wie in F i g. 1, jedoch mit drehsteifen Federlamellenk-upplungen mit einer Lamellenanordnung nach F i g. i: F i g. 8 zeigt ein Getriebe wie in F i g. 1 bzw. 6, welches elastisch an eine Arbeitsmaschine angeflanscht ist; F i g. 9 bis 11 zeigen ein zweistufiges Getriebe, bestehend aus zwei Umlaufrädersätzen entsprechend V i g. 1 mit verschiedener Ausbildung der Zwischenkupplung.
• In F i g. 1 und 2 ist die ungelagerte Antriebswelle 1 mit dem inneren Zentralrad 2 über eine elastische, drehweiche Kupplung 3 an die Schwungscheibe 4 eines Dieselmotors angeflanscht. Das Innere Zentralrad 2 treibt die in Gleitlagern 5 auf den Bolzen 6 des Planetenradträgers 7 gelagerten Planetenräder 8 an, die sich im äußeren Zcntralrad 9 abstützen, wodurch sich der Planetenradträger 7 dreht, der mit der ungelagerten Abtriebswelle 10 verbunden ist. Die Abtriebswelle 10 ist über eine drehweiche, elastische Kupplung 11 mit der Arbeitsmaschine verbunden. Das Getriebegehäuse besteht aus dem äußeren Zentralrad 9 und den mit den Schrauben 12 verbundenen seitlichen Deckeln 13 und 14, welche Füße 15 aufweisen. Letztere sind über elastische Zwischenstücke 16 am Fundament 17 durch Schrauben 18 befestigt. Durch das Reaktionsdrehmoment des Gehäuses werden die Zwischenstücke 16 vorwiegend auf Druck beansprucht. Berührungsfreie Labyrinthdichtungen 19 und 20 zwischen der Antriebswelle 1 und dem Deckel 13 sowie der Abtriebswelle 10 und dem Deckel 14 sorgen für die Abdichtung des Getriebegehäuses. Die axiale Führung der An- und Abtriebswelle ist durch Pfeilverzahnung gegeben. Bei dieser Art Verzahnung werden aus Montagegründen entweder das äußere oder das innere Zentralrad oder die Planetenräder geteilt und verschraubt ausgeführt.
• In F i g. 3 und 4 erfolgt der Antrieb über die ungelagerte Antriebswelle 21, das innere Zentralrad 22 über die Planetenräder 23 auf das äußere Zentralrad 24, welches flanschartig mit der ungelagerten Abtriebswelle 25 verbunden ist. Die Antriebswelle 21 ist durch eine elastische, drehweiche Kupplung 26 mit dem Motor und die ungelagerte Abtriebswelle'25 durch eine elastische, drehweiche Kupplung 27 mit derArbeitsmaschine verbunden. Die Planetenräder23 sind in Nadellagern 28 auf dem Bolzen 29 des Planetenradträgers 30 gelagert, der mit dem Gehäuse 31 verschraubt ist. Die Gehäusefüße 32 sind über elastische Zwischenscheiben 33, 34 durch Schraubün 35 mit dem Fundament 36 verbunden. Die berührungsfreien Labyrinthdichtungen 37 und 38 dichten die Antriebs- und die Abtriebswelle 21 bzw. 25 gegenüber dem Getriebegehäuse 31 ab. Die axiale Führung der Antriebs- und der Abtriebswelle übernehmen verschiebbare Distanzringe 39, 40, 41, 42, 43. Diese Ausführungsform des Getriebes eignet sich besonders für hohe Drehzahlen, da keine Fliehkräfte auf die Lager der Planetenräder wirken. Außerdem wirken sich auch hier die ungelagerte Antriebs- und Abtriebswelle sowie berührungsfreie Dichtungen günstig aus.
• In F i g. 5 ist die ungelagerte Antriebswelle 45 mit dem Planetenradträger 46 verbunden. Die in den Gleitlagem47 auf den Bolzen 48 gelagerten Planetenräder 49 stützen sich an dem fest mit dem Gehäuse 50 verbundenen inneren Zentralrad 51 ab und treiben über das äußere Zentralrad 52 die ungelagerte Abtriebswelle 53 an. Es sind wiederum berührungsfreie Labyrinthdichtungen 54 und 55 vorgesehen. Antriebsmotor und Arbeitsmaschine sind über drehweiche Ausgleichskupplungen 56 und 57 angeschlossen. Die axiale Führung der Antriebs- und der Abtriebswelle ist durch Pfeilverzahnung gegeben.
• In F i g. 6 und 7, in denen zum Teil die Bezeichnungen der vergleichbaren F i g. 1 verwendet werden, sind wiederum die ungelagerte Antriebswelle 1 und Abtriebswelle 10 mit dem Motor bzw. der Arbeitsmaschine verbunden, jedoch durch Feder-Lamellenkupplungen 58 und 59, deren Lamellen 60 z. B. in Form eines Quadrates angeordnet sind. Ebenfalls ist das Getriebegehäuse 61 an eine auf dem Fundament befestigte Stütze 62 durch eine solche Kupplung 63 angeschlossen. Das Eigengewicht des Getriebes wird durch ein elastisches Auflager 64 abgestützt. Diese Ausführung kommt dann in Frage, wenn eine Änderung der Winkelgeschwindigkeit während, der Drehmomentübe,rtragung durch das Planetengetriebe nicht zulässig ist.
• In F i g. 8 ist das Getriebegehäuse 65 über einen elastischen Ring 66 an das Gehäuse 67 einer Arbeitsmaschine, in der Darstellung eine gelagerte Seiltrommel, angeflanscht. Der elastische Ring 66 muß so bemessen sein, daß das Reaktionsdrehrnoment durch Reibung übertragen werden kann. Die Abtriebswelle entfällt bei diesem Getriebe, da der Planetenradträger 7 über eine Kupplung 68 direkt mit der Antriebswelle 69 der Arbeitsmaschine verbunden ist. Das Eigengewicht des Getriebes wird durch ein elastisches Auflager 70 abgestützt.
• In F i g. 9 bis 11 ist die ungelagerte Abtriebswelle des ersten Umlaufrädersatzes 1 durch eine elastische Kupplung mit der ungelagerten Antriebswelle des zweiten Umlaufrädersatzes 11 verbunden. In F i g. 9 erfolgt dies durch eine für beide Drehrichtungen geeignete Schraubenfederkupplung 71, bestehend aus zwei ineinandergesteckten, gegenläufigen und vorgespannten Schraubenfedern, in F ig. 10 durch eine biegeelastische Welle 72 und in F i g. 11 durch eine drehsteife Feder-Lamellenkupplung 73. Die Füße 15 des Getriebegehäuses sind beispielsweise über Tellerfedern 74 mit dem Fundament 17 elastisch verschraubt.
• Die Vorteile des erfindungsgemäßen Stimrad-Planetengetriebes sind nochmals zusammengefaßt folgende: Bei selbsttätigem Belastungsausgleich und bei Abbau dynamischer Zusatzkräfte einfache Bauweise, geringes Gewicht, kleine Baugröße, ge- ringe Herstellkosten, einfache Montage, wenig Verschleißteile, hoher Wirkungsgrad, geringes Geräusch, hohe Drehzahl, großes Dämpfungsvermögen bei drehweicher Kupplung oder konstante Winkelgeschwindigkeit bei drehsteifer Kupplung.

Claims (2)

1. Patentansprüche: 1. Stirnräder-Planetengetriebe mit selbsttätigem Zahndruckausgleich zwischen den Umlaufrädern und einem inneren sowie einem äußeren Zentralrad, dadurch gekennzeichnet, daß der treibende und der getriebene Teil (1, 10, 22, 25, 45, 53) gegenüber dem Getriebegehäuse (13, 14, 31, 50, 61, 65) nicht gelagert und durch radial und axial bewegliche, elastische Kupplungen (3, 11, 26, 27, 56, 57, 58, 59, 68) mit den angeschlossenen Maschinen verbunden sind, während der Reaktionsteil mit dem gelenkig oder elastisch gegenüber dem Fundament (17, 36, 62, 67) abgestützten Getriebegehäuse fest verbunden ist.
2. 2. Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Planetenradträger (7) und ein Zentralrad (2) gegenüber dem Getriebegehäuse (13, 14) nicht gelagert sind, während das andere Zentralrad (9) mit dem Getriebegehäuse (13, 14) fest verbunden ist. 3. Getriebe nach Ansprach 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Flanken-spiel der Verzahnungen gering gewählt wird, wobei bei allen Zahneingriffen in jedem Betriebszustand noch Kopfspiel vorhanden ist. 4. Getriebe nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Getriebegehäuse und den Wellen berührungsfreie Dichtun-(19, 20, 37, 38, 54, 55) vorgesehen sind, 5. Getriebe nach Anspruch 1. bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die elastischen Kupplungen federnde Gelenke (58, 59, 60, 68) aufweisen. 6. Getriebe nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Getrieberäder in an sich bekannter Weise Pfeilverzahnung aufweisen. 7. Getriebe nach Anspruch, 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Getrieberäder in an sich bekannter Weise Geradverzahnung aufweisen, wobei zur axialen Führung der Antriebs- und der Abtriebswelle gegenüber dem Getriebegehäuse axial verschiebbare Distanzringe (39 bis 43) dienen. 8. Getriebe nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktionsteil mit einem Flansch ausgebildet ist und die Flanschverbindung gelenkig oder elastisch mit dem Fundament (62) verbunden ist, wobei das Eigengewicht des jeweils frei hängenden Reaktionsteiles durch elastisch£ Auflager (64, 70) abgestützt wird. 9. Getriebe nach Ansprach 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwei oder mehrere Umlaufrädersätze hintereinandergeschaltet sind, wobei die Abtriebswelle des vorgehenden Umlaufrädersatzes mit der Antriebswelle des nachfolgenden Umlaufrädersatzes über eine gelenkige oder elastische Kupplung (71, 72, 73) verbunden ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 609 654, 814 981, 864 183, 897 500, 1011241; französische Patentschrift Nr. 724 269; USA.-Patentschrift Nr. 1298 401.