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Umlaufräder- oder Mehrweggetriebe mit Schrägverzahnung Bei jeweils
aus mehreren mit einem Zentralrad im Eingriff stehenden Zweig- bzw. Umlaufrädern
bestehenden Mehrweggetrieben mit Schrägverzahnung ist es infolge der bei der Herstellung
der Verzahnung unvermeidlichen Fehler und sonstiger Toleranzen nicht möglich, eine
gleichmäßige übertragung des Kraftflusses zu erreichen.
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Es sind daher eine Vielzahl von Getriebekonstruktionen bekanntgeworden,
bei denen durch mechanische oder hydraulische Hilfsmittel eine gedämpfte und gleichmäßige
Kraftübertragung erzielt und eine schädliche überbelastung einzelner Räder und Wellen
vermieden werden soll.
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So ist es bei der ersten Stufe eines Zweigweggetriebes bekannt, für
den Drehmomentausgleich in beiden Drehrichtungen den Axialschub von zwei schräg
verzahnten Zweigrädern auszunutzen, welche in axialer Richtung verschiebbar gelagert
sind und gemeinsam mit einem axial unverschiebbaren Antriebsritzel im Eingriff stehen.
über ein hydraulisches System sind beide Zweigräder miteinander verbunden.
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Bei einem derartigen Drehmomentausgleich herrscht über das hydraulische
System zwischen allen im Eingriff stehenden Zahnflanken ein gleicher axialer Anpreßdruck.
Die einzelnen, jeweils periodisch in Abhängigkeit von der Drehzahl und dem übersetzungsverhältnis
im Zahneingriff zwischen dem jeweiligen Zweigrad und dem Zentralrad sich auswirkenden
Verzahnungsfehler verursachen somit über das hydraulische System eine axiale Lageänderung
des anderen, ebenfalls an der Übertragung des Kraftflusses beteiligten Zweigrades,
und zwar unabhängig davon, welche Eingriffsverhältnisse dort herrschen. So wirkt
beispielsweise bei einem positiven Verzahnungsfehler auch auf das vom Fehler nicht
betroffene Zweigrad ein höherer axialer Anpreßdruck, während bei einem negativen
Verzahnungsfehler ein niedrigerer axialer Anpreßdruck sich einstellt.
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Eine gleiche oder annähernd gleiche Lastverteilung auf die Umlaufräder
von einfach schrägverzahnten Umlaufrädergetrieben ist auch schon dadurch angestrebt
worden, daß ein oder beide Zentralräder mit dem ihr Drehmoment aufnehmenden Teil
pendelnd verbunden wurden. Die zu diesem Pendeln erforderliche Beweglichkeit der
Zentralräder wird durch eine kardanische oder kegelgelenkige Aufhängung erreicht
oder mittels einer sternförmigen Feder, welche unter der Wirkung der axialen Schubkräfte
nachgibt.
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Die Ausgleichsbewegungen der Zweigräder mittels aufwendiger mechanischer
und hydraulischer Mittel zu koppeln, ist auch bei Getrieben bekannt, bei denen jeweils
die Zweigwellen axial verschiebbar angeordnet sind.
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Die übertragung von durch Verzahnungsfehler verursachter Laständerungen
von einer Getriebestufe auf die andere tritt ferner bei Mehrweggetrieben auf, bei
denen die Zweigräder der ersten und zweiten Getriebestufe starr miteinander gekoppelt
sind.
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Auch ist bei einstufigen und nicht gleichachsig zum Abtrieb angetriebenen
Getrieben versucht worden, eine gleichmäßige Verteilung des zu übertragenden Kraftflusses
auf mehrere einzelne Zahnräderpaare, die auf zwei Wellen drehfest nebeneinander
angeordnet und gleichartig ausgebildet sind, dadurch zu erzielen, daß entgegengesetzt
schräge Zähne und auf der einen Welle axial entgegen dem Druck einer oder mehrerer
Federn verschiebbare Räder verwendet werden.
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Bei einer ähnlichen Anordnung für zweistufige Getriebe wird schließlich
ein gleichmäßiges Anliegen sämtlicher Räder dadurch erreicht, daß lediglich eines
von zwei auf einer Zwischenwelle eines übersetzungsradsatzes drehfest angeordneten
Zahnrädern jeweils entgegen dem Druck einer Feder axial verschiebbar ist, während
das zweite auf der Zwischenwelle angeordnete Rad jeweils ohne Verwendung einer Feder
und nur in kleinem Ausmaß entweder auf der Welle oder gemeinsam mit der Welle axial
verschiebbar ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei Mehrweggetrieben mit
schrägverzahnten, miteinander im Eingriff stehenden Zahnräderpaaren die von der
Schrägverzahnung herrührenden Axialkräfte mit einfachen Mitteln auszugleichen und
die von Verzahnungsfehlern verursachten Lastdruckschwankunaen zu verhindern, wobei
die Mittel für eine serienmäßige Herstellung besonders geeignet sein und vor allem
kleine Abmessungen aufweisen sollen.
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Ausgehend von einem Umlaufräder- oder Mehrweggetriebe mit Schrägverzahnung
und mindestens zwei Zweig- bzw. Umlaufrädern, welche auf ihren
Zweigwellen
relativ zur Lage des axial unverschiebbaren Zentralrades zum Zwecke eines laufenden
Lastdruckausgleiches in axialer Richtung gegen die Wirkung von Federn verschiebbar
sind, ist diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß jedes Zweig- bzw.
Umlaufrad durch mindestens zwei doppeltwirkend unter Vorspannung angeordnete Tellerfedern
jeweils gesondert in seiner axialen Bewegung begrenzt ist und daß jeweils die auf
einer gemeinsamen Zweigwelle angeordneten Zweig- bzw. Umlaufräder mittels Verzahnungskupplungen
miteinander drehfest gekuppelt sind.
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Durch diese Anordnung wird ein Lastdruckausgleich zwischen allen im
Eingriff stehenden Räderpaaren unabhängig von der Stellung anderer Räder und der
Anzahl der Getriebestufen in beiden Richtungen erzielt. Der Ausgleich der an der
jeweiligen Eingriffsstelle auftretenden Verzahnungsfehler erfolgt außerdem für jedes
im Eingriff stehende Räderpaar einzeln. Sämtliche miteinander kämmenden Zahnflanken
berühren sich unter der Wirkung der Tellerfedern in allen Betriebszuständen nahezu
spiellos, so daß sich jedes Getriebeglied unabhängig von anderen laufend auf wechselnde
Betriebsbedingungen einstellt, bei stoßweiser Belastung eine Ausweichbewegung vollführt
und hierbei gedämpft wird, so daß jeweils zwischen zwei im Eingriff stehenden Zahnrädern
ein Gleichgewichtszustand herrscht. Diese Maßnahme wirkt sich besonders günstig
auf die Laufruhe und damit die Lebensdauer der Getriebeanordnung aus.
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Die für eine serienmäßige Fertigung vorteilhafte gedrängte Bauweise
ist nach der Erfindung dadurch erreichbar, daß die die Zweig- bzw. Umlaufräder untereinander
drehfest, aber axial verschiebbar verbindenden einfachen Verzahnungskupplungen innerhalb
des von der Verzahnungsbreite eines der Zweig-bzw. Umlaufräder abgedeckten Raumes
vorgesehen sind.
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Somit ermöglicht die Erfindung mit raumsparenden und einfachen Mitteln
die Verwendung von Umlaufrädergetrieben als Leistungsverzweigungsgetriebe, bei denen
eine beliebige Anzahl von Umlaufrädern die Funktion der Zweigräder erfüllt, auch
in den Grenzfällen der Betriebsbereiche, in denen bisher teure Pfeilverzahnungen
und komplizierte gelenkige Doppelzahnkupplungen oder Drehstäbe als Belastungsausgleich
erforderlich waren. Der Belastungsausgleich nach der Erfindung ist außerdem keinen
drehzahlbedingten Einflüssen unterworfen und gestattet, wesentlich größere Leistungen
auch bei sehr hohen Drehzahlen zu übertragen.
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Die doppeltwirkend und unter Vorspannung angeordneten Tellerfedern
sind vorteilhaft so zu bemessen, daß bereits ein bestimmter Teil der aus der maximal
übertragbaren Umfangskraft resultierenden axialen Schubkraft ausreicht, um entsprechend
der Drehrichtung nach beiden Seiten ein axiales Ausweichen eines Zweig- bzw. Umlaufrades
zu ermöglichen.
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Der der Größe dieser axialen Ausweichbewegung proportionale Federhub
ist einmal durch die Qualität der Verzahnung bestimmt, welche Aufschluß über das
aus allen Einbau- und Verzahnungsfehlern und sonstigen Toleranzen resultierende
Flankenspiel gibt und zum anderen durch die Wahl eines geeigneten Schrägungswinkels
festgelegt.
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Eine den Betriebebedingungen entsprechende Federkennlinie muß sich
demnach zweckmäßigerweise aus einem annähernd linearen und einem progressiven Ast
zusammensetzen, wobei sie im Bereich der zur Ausschaltung des Zahnspiels erforderlichen
axialen Verschiebung möglichst flach verläuft.
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Durch das progressive Ansteigen der Federkennlinie gegen Hubende ist
gleichzeitig eine Art überlastungsschutz gegen stoßartig auftretende Belastungen
gegeben.
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In der Zeichnung ist als Ausführungsbeispiel ein zweistufiges Umlaufrädergetriebe
mit dem erfindungsgemäßen Belastungsausgleich teilweise im Schnitt schematisch dargestellt.
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Eine das Reaktionsmoment eines umlaufenden Getriebegehäuses 1 aufnehmende
Welle 2 ist - wie in der Zeichnung durch eine Stützfläche 3 angedeutet -in beliebiger
Art festgelegt. Auf diese feststehende Welle stützt sich über ein beispielsweise
als Wälzlager ausgebildetes Lager 4 das in axialer Richtung festgelegte Getriebegehäuse
1. Dieses dient als Träger für eine beliebige Anzahl von Unilaufräderwellen
5 und gleichzeitig mittels mehrerer Keilriemen 35 als Abtrieb des Kraftflusses.
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Eine mit einem hier nicht dargestellten Antrieb verbundene Welle 6
ist über ein Lager 7 in axialer Richtung im Getriebegehäuse 1 festgelegt und wird
mittels eines weiteren Lagers 8 im Ende der Welle 2 geführt. Die Welle 6 ist mit
einem Zentralrad 9, die Welle 2 mit einem Zentralrad 10 starr verbunden.
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Diese Zentralräder stehen jeweils mit mehreren einfach schrägverzahnten
Umlaufrädern 11 und 12 im Eingriff und bilden mit diesen eine erste bzw. eine zweite
Getriebestufe. Dabei ist die Schrägung der Verzahnung der zweiten Getriebestufe
in ihrer Wirkung der der ersten Getriebestufe entgegengerichtet.
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Jeweils zwei der Umlaufräder 11 und 12 sind auf einer der Umlaufräderwellen
6, vbrzugsweise mittels Schiebsitzpassung unabhängig voneinander in axialer Richtung
verschiebbar angeordnet und mittels einer Verzahnungskupplung 14 miteinander drehfest
verbunden. Doppeltwirkende und unter Vorspannung angeordnete Tellerfedern
16, 17 und 26, 27 begrenzen jeweils die axiale Bewegung der Unilaufräder
11 und 12.
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Zu diesem Zwecke stützt sich in der ersten Getriebestufe mindestens
jeweils eine Tellerfeder 16 mit ihrem Innenring gegen eine Schulter 15 einer Umlaufräderwelle
5 und mindestens eine Tellerfeder 17 mit ihrem Innenring gegen ein Lager 18 dieser
Umlaufräderwelle 5. Die äußeren, einander zugewandten Ringe dieser Tellerfedern
liegen auf einem Stützring 19 auf, der jeweils in einer gleichachsigen Ausnehmung
des betreffenden Umlaufrades 11 form- und kraftschlüssig angeordnet ist: Für die
zweite Getriebestufe ist eine analoge Anordnung der Tellerfedern 26 und 27 an der
dem Getriebegehäuse 1 zugewandten Seite in einer entsprechenden Ausnehmung des jeweiligen
Umlaufrades 12 vorgesehen. Die zugehörige Schulter der Welle ist in der Zeichnung
mit 25, das Lager mit 28 und der Stützring mit 29 bezeichnet.
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Zwecks Vereinfachung der Beschreibung der Wirkungsweise sei festgelegt,
daß der Antrieb des Umlaufrädergetriebes mit Blick in Richtung des durch einen Pfeil
30 symbolisierten Kraftflusses in! Uhrzeigersinn erfolgt.
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Der von der Welle 6 übertragene Kraftfluß verteilt sich über das Zentralrad
9 auf eine beliebige Anzahl von Vorlaufrädern 11. Dabei ist es gleichgültig, ob
die
an der Übertragung des Kraftflusses beteiligten Umlaufräder 11 gleichmäßig über
dem Umfang des Zentralrades verteilt im Eingriff stehen oder nicht. Der Zahneingriff
erfolgt hierbei unter der Wirkung der Vorspannung der Tellerfedern 16, 17
in allen Betriebszuständen nahezu spiellos. Infolge der Schrägverzahnung wirkt bei
der Drehmomentübertragung auf jedes Umlaufrad 11 eine der übertragenen Umfangskraft
proportionale axiale Schubkraft in Richtung des Pfeiles 31. Diese verschiebt jeweils
das betreffende Umlaufrad relativ gegenüber dem Zentralrad 9, bis sich Gleichgewicht
zwischen der Federkraft und der axialen Schubkraft eingestellt hat. In diese Gleichgewichtsbetrachtung
sind die Reibungskräfte als ein Teil der Federkräfte mit einbezogen.
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Jeder im Zahneingriff zur Wirkung kommende Verzahnungsfehler stört
diesen Gleichgewichtszustand und wird mittels einer in einen neuen Gleichgewichtszustand
überführenden axialen Bewegung des betreffenden Umlaufrades 11 ausgeglichen. So
weicht beispielsweise ein Umlaufrad bei einem positiven Verzahnungsfehler in Richtung
des Pfeiles 31 aus und bei einem negativen Verzahnungsfehler in Gegenrichtung.
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Dieser selbsttätige Ausgleich der Verzahnungsfehler sowie der sonstigen
Toleranzen erfolgt weich und kontinuierlich und gewährleistet jeweils für jedes
im Eingriff stehende Räderpaar eine gleichmäßige Drehmomentübertragung. Auf diese
Weise ist ein vollständiger Belastungsausgleich zwischen mehreren an der Übertragung
des Kraftflusses beteiligten Umlaufrädern 11 gegenüber einem gemeinsamen Zentralrad
9 erzielt. Außerdem ist durch die Anordnung der gegeneinanderwirkenden Tellerfedern
16, 17 der selbsttätige Belastungsausgleich auch bei Änderung der Drehrichtung des
Getriebes sichergestellt.
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Der Belastungsausgleich der zweiten Getriebestufe erfolgt analog dem
zur ersten Getriebestufe beschriebenen. Der Kraftfluß wird über die einzelnen Umlaufräder
12 zusammengefaßt und über das umlaufende Getriebegehäuse 1 mittels der Keilriemen
35 weitergeleitet. Das Zentralrad 10 wirkt hierbei als feststehendes Reaktionsglied.
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Durch die gleichgerichtete Schrägung der Verzahnungen der Umlaufräder
der ersten und zweiten Getriebestufe wirken die axialen Schubkräfte der Umlaufräder
11 (vgl Pfeil 31) den axialen Schubkräften der Umlaufräder 12 entgegen (vgl. Pfeil
32).
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Um am Getriebegehäuse 1 angreifende Reaktionskräfte zu vermeiden,
ist der Schrägungswinkel der zweiten Getriebestufe auf die Schrägung der Verzahnung
der ersten Getriebestufe so abgestimmt, daß trotz der durch die Übersetzung bedingten
unterschiedlichen Umfangskräfte sich jeweils annähernd gleiche axiale Schubkräfte
an den Umlaufrädern 11 und 12 einstellen. Daraus ergibt sich als weiterer Vorteil,
daß die Tellerfedern 16, 17 und 26, 27 gleich und somit gegeneinander austauschbar
sind. Ferner ermöglicht die Einbeziehung der Verzahnungskupplungen 14 und der unter
Vorspannung stehenden Tellerfedern 16, 17 und 26, 27 in gleichachsige Ausnehmungen
der Umlaufräder 11 und 12 bei richtiger Ausnutzung des gesamten im Getriebegehäuse
verfügbaren Raumes für die Zahnbreite eine gedrängte Bauweise und vor allem kurze
Umlaufräderwellen.