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Vorrichtung zum Einstellen des Zahnspiels bei Getrieben Die Erfindung
bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Einstellen des Zahnspiels bei Getrieben mit
zur Änderung des Zahnspiels leicht kegelig ausgebildeten Zahnrädern, von denen eins
axial gegenüber dem anderen verschiebbar ist, um bei niedriger Drehzahl das Zahnspiel
klein und bei hoher Drehzahl das Zahnspiel größer zu gestalten. An Stelle der Drehzahl
kann das Zahnspiel auch in Abhängigkeit von einer anderen Betriebsgröße, z. B. der
Temperatur oder der Belastung, einstellbar sein. Das Zahnspiel zwischen den einzelnen
Rädern des Getriebes soll verändert und dem jeweils herrschenden Betriebszustand
angepaßt werden.
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Es sind verschiedene Ausführungen bekannt, die diese Möglichkeit bieten,
z. B. mittels einer exzentrischen Lagerung eines Rades oder mittels gegeneinander
versetzter Zahnräder. So ist beispielsweise ein Zahnrädergetriebe bekannt, bei dem
mindestens einem Zahnrad während des Betriebes eine zusätzliche axiale Bewegung
in der Weise erteilt wird daß durch sie immer andere Stellen der Zahnflanken in
Eingriff gebracht werden. Bei dieser Vorrichtung wird eine Zwischenwelle während
des Betriebs ständig axial um einen geringen Hub hin- und herbewegt, so daß niemals
die gleichen Stellen der miteinander kämmenden Zahnräder in Eingriff gelangen. Dadurch
soll ein einseitiger Verschleiß vermieden werden.
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Es sind auch schon mehrfach Anordnungen zur Regelung der Leistungsverteilung
auf die einzelnen Verzweigungen eines mechanischen Getriebes bekannt. Dabei wird
den Zahnrädern der Zwischenwellen eine Axialverschiebung entsprechend den im Getriebe
auftretenden Unregelmäßigkeiten bezüglich der Lastverteilung entweder mit Hilfe
eines hydraulieh betätigten Getriebes oder auf rein mechanischem Wege mittels Schraubkeilwellen,
Axiallagern und einer Wippe aufgezwungen. Eine Verschiebung eines Zahnrades gegenüber
dem anderen Zahnrad eines Zahnradpaares ist hierbei nicht vorgesehen.
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Bei einer bekannten, nach dem Abwälzverfahren hergestellten Stirnwand-Evolventenverzahnung
wird der Achsabstand der beiden im Eingriff befindlichen Zahnräder vergrößert und
das sich dabei ergebende Flankenspiel durch Verschieben eines Zahnrades ausgeglichen.
Dadurch wird aber die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe, bei einer Vorrichtung
zum Einstellen des Zahnspiels bei Getrieben mit zur Änderung des Zahnspiels leicht
kegelig ausgebildeten Zahnrädern, von denen eins axial gegenüber dem anderen verschiebbar
ist, das Zahnspiel jederzeit dem augenblicklichen Betriebszustand anpassen zu können,
d. h. sowohl während des Betriebs als auch im Stillstand des Getriebes, nicht
gelöst, weil eine Verschiebung des einstellbaren Zahnrades durch Verdrehen eines
Gewinderinges nur bei Stillstand des Getriebes, d. h. bei stillstehender
Welle, möglich ist. Der Gewindering ist nämlich axial unverschieblich auf der Welle
gehaltert, so daß er mit der Welle umläuft. Eine kontrollierte axiale Einstellung
des axial verschiebbaren Zahnrades bei umlaufender Welle ist deshalb nicht möglich.
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Bekannt ist ferner ein Geschwindigkeitswechselgetriebe mit zwei Schraubenrädern,
von denen das eine auf einer Welle axial verschiebbar gelagert ist. Da dieses Schraubenrad
außerdem schmaler ist als das andere und mittels eines Freilaufs auf der Welle in
nur einer Drehrichtung beweglich gelagert ist, kann mit diesem Getriebe eine oszillierende
Bewegung in eine Drehbewegung übertragen werden. An die Einstellung des Zahnspiels
ist hierbei nicht gedacht.
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An einen bekannten hydraulischen Antrieb mit offenem Flüssigkeitskreislauf
sind eine Flüssigkeitspumpe, ein Flüssigkeitsmotor, ein Hauptsteuerschieber und
ein Vorsteuerschieber angeschlossen. Der Vorsteuerschieber wird elektromagnetisch
betätigt, wobei die Steuerimpuls e von Endschaltern ausgehen, die von dem Flüssigkeitsmotor
geschaltet werden.
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Eine andere bekannte hydraulische Steuerung, die eine Servowirkung
zur Unterstuzung eines von Hand zu betätigenden Hebels ausübt, besteht aus einer
Flüssigkeitspumpe, einem Flüssigkeitsmotor und einem Hauptsteuerschieber, die mittels
Flüssigkeitsleitungen miteinander verbunden und an ein Flüssigkeitsreservoir angeschlossen
sind, so daß sich ein offener Flüssigkeitskreislauf ergibt. Beim Betätigen eines
Handhebels wird ein Kolben in gleicher Richtung mittels des von der Pumpe geförderten
Druckmittels bewegt. Beim Anh-alten des Handhebels bleibt auch der Kolben stehen,
und beim Bewegen des Handhebels in umgekehrter Richtung bewegt sich der Kolben in
gleicher Weise. Derartige hydraulische
Servosteuerungen dienen zum
Verstellen von Maschinenteilen, wenn die Handkraft nicht mehr ausreicht.
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Es ist auch schon eine Bremseinrichtung für Fahrzeuge bekannt, bei
welcher der Strom von einer von den Fahrzeugachsen angetriebenen Dynamomaschine
oder der als Stromerzeuger wirkenden Antriebselektromotoren zur Bremsung benutzt
ist, bei welcher der Bremsstrom und damit die Bremsung, sobald die Räder auf den
Schienen oder der Strecke zu gleiten beginnen, selbsttätig unterbrochen und, sobald
dann die Räder wieder die der augenblicklichen Fahrzeuggeschwindigkeit entsprechende
Drehzahl erreicht haben, von neuem selbsttätig geschlossen wird. Die Änderung des
Zahnspiels in Abhängigkeit von einer bestimmten Betriebsgröße, z. B. der Drehzahl,
der Temperatur oder Belastung axial zu verschieben, ist mit dieser Einrichtung nicht
möglich.
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Bei einem als Zweiwegegetriebe ausgebildeten zweistufigen Stirnrad-Untersetzungsgetriebe
ist es bekannt, den Kraftfluß auf die beiden Wege des Getriebes aufzuteilen und
damit einen vollständigen Drehmomentausgleich zu erreichen. Bei dieser Aufteilung
des Kraftflusses und diesem Ausgleich der Drehmomente zwischen den schrägverzahnten
zylindrischen Stirnrädem werden gleichzeitig auch die axial verschiebbar angeordneten
Zahnräder axial in Abhängigkeit von einer bestimmten Betriebsgröße, z. B. der Belastung,
verschoben werden. Die Erfindung soll aber nicht mit einer solchen axialen Verschiebung
von Zahnrädern eine Aufteilung des Kraftflusses und ein Ausgleich der Drehmomente
erreicht werden, sondern das Zahnspiel soll einstellbar sein. Es soll also nicht
mit zunehmender Belastung immer geringer werden, wie es bei dem bekannten Untersetzungsgetriebe
der Fall zu sein scheint, sondern beispielsweise mit zunehmender Belastung ständig
größer werden oder bis zu einer bestimmten Belastung größer und anschließend wieder
kleiner werden. Das ist etwas anderes, als wenn bei einem Drehmomentenausgleich
gleichzeitig auch das Zahnspiel in einer ganz bestimmten Weise mitbeeinflußt wird.
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Im übrigen ist die Erfindung bei Getrieben mit zylindrischen Stir-nrädern,
gleichgültig, ob schräg- oder stirnverzahnt, nicht anwendbar, weil sonst bei einer
Relativdrehung der beiden Wellen, auf denen die Zahnräder angeordnet sind, die Zahnräder
durch die axiale Verschiebung außer Eingriff kommen könnten. Die Erfindung wird
deshalb durch dieses bekannte Getriebe weder vorweggenommen noch nahegelegt.
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Aufgabe der Erfindung ist es, bei einer Vorrichtung zum Einstellen
des Zahnspiels bei Getrieben mit zur Änderung des Zahnspiels leicht kegelig ausgebildeten
Zahnrädern, von denen eins axial gegenüber dem anderen verschiebbar ist, das Zahnspiel
jederzeit dem augenblicklichen Betriebszustand anpassen zu können, d. h.
sowohl während des Betriebs als auch im Stillstand des Getriebes. Diese Aufgabe
wird durch die Erfindung dadurch gelöst, daß das axial verschiebbare Zahnrad, wie
an sich bekannt, in Abhängigkeit von einer bestimmten Betriebsgröße, z. B. der Drehzahl,
der Temperatur oder der Belastung axial verschiebbar ist. Diese Lösung hat gegenüber
bereits bekannten Vorrichtungen der beanspruchten Gattung den Vorteil, daß mit ihrer
Hilfe das Zahnspiel auch während des Betriebs entsprechend den auftretenden Betriebsbedingungen
eingestellt werden kann. Die zahlreichen bekannten Vorrichtungen lassen auch vermuten,
daß zur Schaffung des Erfindungsgegenstandes ein erfinderischer Schritt notwendig
war. Trotz zahlreicher Anregungen ist es nämlich dem Durchschnittsfachmann bis zum
Anmeldetag nicht gelungen, die Erfindung zu machen. Der Durchschnittsfachmann hätte,
wenn überhaupt, dann erst nach geraumer Zeit bis zu der Erfindung vorstoßen können.
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Zweckmäßig ist das axial verschiebbare Zahnrad mit einem von Hand
zu betätigenden Hebelgestänge mit einer Skalenteilung versehen, wobei die Skalenteilung
nach dem gewünschten Betriebszustand geeicht ist, z. B. nach der Drehzahl, der Temperatur
oder der Belastung. Dabei ist es z. B. auch möglich, mit Hilfe von geeignet positionierten
Nocken Endschalter zu betätigen, die eine elektrische Verriegelung derart herstellen,
daß bei kleinstem Zahnspiel nicht mit höchster Drehzahl gefahren werden kann.
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In Weiterentwicklung der Erfindung kann aber auch eine Vorrichtung
zur selbsttätigen Einstellung des Zahnspiels geschaffen werden, und zwar derart,
daß das axial verschiebbare Zahnrad durch ein Stellglied, z. B. einen hydraulischen
Arbeitskolben, selbsttätig verstellbar ist, der über ein Steuerglied, z. B. einen
magnetisch betätigten Schieber, beaufschlagt ist, wobei dieses Steuerglied durch
einen Geber, z. B. einen Fliehkraftregler, ein Thermoelement oder durch Dehnungsmeßstreifen
verstellbar ist.
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Das axial verschiebbare Zahnrad kann natürlich auch mit anderen Mitteln,
z. B. mittels eines Stellmotors, verstellt werden. Der Vorteil liegt dabei darin,
daß das Zahnspiel selbsttätig dem jeweiligen Betriebszustand angepaßt wird, wodurch
ein eventuell möglicher Verschleiß der Räder verringert und das Getriebe geräuscharmer
wird.
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In der Zeichnung ist schematisch ein Ausführungsbeispiel einer elektrohydraulischen
Vorrichtung zum Einstellen des Zahnspiels dargestellt, wobei als Bezugsgröße die
Drehzahl des Getriebes abgegriffen wird.
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Um bei niedriger Drehzahl das Zahnspiel klein und bei hoher Drehzahl
des Zahnspiel größer zu gestalten, werden in an sich bekannter Weise die Stirnräder
1 und 2 des Getriebes leicht kegelig ausgeführt, so daß man durch axiales
Verschieben des Stirnrades 2 auf seiner Welle 3 das Zahnspiel einstellen
kann.
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Im Ruhezustand oder bei niedriger Drehzahl wird ein Arbeitskolben
4 durch eine Feder 5 mit einer bestimmten Vorspannkraft nach rechts gedrückt.
Hierdurch wird das Zahnrad 2 mittels einer Schaltgabel 6,
die auf einer Welle
7 gleitet, ebenfalls nach rechts gedrückt, wodurch die Zahnflanken der Stirnräder
1
und 2 in Anlage zueinander gebracht werden, so daß das Zahnspiel praktisch
Null ist.
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Der Zylinder 8 des Arbeitskolbens 4 steht in Verbindung mit
einem Zylinder 9 mit einem Magnetschieberkolben 10. In der geschilderten
Lage bei niedriger Drehzahl befindet sich der Kolben 10 in einer Lage, bei
der das öl aus dem Zylinderraum 8 a
und durch den Zylinderraum
9a und über ein überdruckventil 11 in den ölvorratsbehälter 12 abfließen
kann. Dieses überdruckventil 11 ist so eingestellt, daß es durch die Vorspannkraft
der Feder 5 bei kleinstem Zahnspiel geöffnet werden kann.
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Bei Erhöhung der Drehzahl wird durch einen Fliehkraftregler
13, der sich auf der Welle 3 des Getriebes befindet, ein Widerstand
14 verändert. Hierdurch
wird eine Spule 15 beaufschlagt,
die den Kern 16 und damit den Kolben 10 nach links zieht, wodurch
der ölabfluß zu dem überdruckventil 11 abgeschlossen wird. Gleichzeitig wird
durch den Kolben 10 a die Druckleitung 17 der ölpumpe
18 mehr oder weniger geöffnet, je nach der Drehzahl der Welle
3.
Das Öl, das durch die Zahnradpumpe 18 gefördert wird, fließt
nun durch den Magnetschieberzylinder 9
in den Arbeitszylinder 8 und
drückt den Arbeitskolben 4 und damit das, Stimrad 2 nach links und vergrößert dadurch
das Zahnspiel.
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Wird die Drehzahl kleiner, so wird der Ölzufluß verringert bzw. ganz
unterbrochen und der ursprüngliche Zustand wiederhergestellt. Das von der Zahnradpumpe
weiterhin geförderte Öl fließt über das Höchstdruckventil 19 wieder
in den Behälter 12 zurück. Dieses Höchstdruckventil ist dabei so eingestellt, daß
es von der Vorspannkraft der Feder 5 und dem öldruck, der zur Verstellung
des Stimrades 2 notwendig ist, nicht geöffnet werden kann.
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In der elektrischen Leitung ist ein Schalter 20 vorgesehen, der lediglich
die Aufgabe hat, den Stromkreis für die Anlage zu schließen. Die Feder 21 in dem
Magnetschieberzylinder 9 bewirkt die Rückstellung des Kolbens 10,
wenn die Spule 15 stromlos ist.
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Das Zahnspiel ist in dem gezeichneten Beispiel eine Funktion der Drehzahl
des Getriebes. Man kann das Zahnspiel aber auch über den Magnetschieberkolben
10 durch ein Thermoelement und einen entsprechenden Verstärker beaufschlagen
lassen, oder man verwendet Dehnungsmeßstreifen auf der Welle 3 oder einer
Meßnabe, so daß als Bezugsgröße das Drehmoment benutzt wird.
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In den Fällen, in denen der Aufwand einer selbsttätigen Regelung des
Zahnspiels nicht getrieben werden kann, besteht die Möglichkeit, z. B. mittels Handverstellung
durch axiales Verschieben eines auf einer Welle festgekeilten, leicht kegeligen
Rades die Einstellung des Zahnspiels zu erreichen. In diesen Fällen erfolgt die
Handverstellung z. B. mittels eines Hebels nach einer Skala, deren Einteilung der
Darstellung eines bestimmten Zahnspiels entspricht. In diesem Fall kann durch Anordnung
von Endschaltern an geeigneter Stelle verhindert werden, daß bei kleinstem Zahnspiel
die höchste Drehzahl der entsprechenden Welle eingestellt wird.