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Die Erfindung bezieht sich auf ein Zahnradgetriebe, bei dem ein außenverzahntes
Antriebsrad und ein außenverzahntes Abtriebsrad von einem mit jedem von ihnen kämmenden
innenverzahnten Zwischenring umfaßt sind. Bei den bekannten Getrieben dieser Art
sind die Umfangsgeschwindigkeiten der Räder und des Zwischenringes gleichgerichtet.
Diese Getriebe können zwar ein großes Drehmoment übertragen, sie neigen aber zur
Geräuschbildung.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Zahnradgetriebe der
eingangs angegebenen Art zu schaffen, bei dem trotz üblicher Ausbildung der Zähne
die Geräuschentwicklung wesentlich vermindert wird. Dieses Ziel wird erfindungsgemäß
dadurch erreicht, daß die Achse des Zwischenringes und die Achsen der mit ihm im
Eingriff stehenden Räder sich unter einem Winkel kreuzen. Hierdurch weisen sie verschiedene
Umfangsgeschwindigkeiten auf, deren geometrische Differenz eine Geschwindigkeitskomponente
in Richtung der Zahnflanken ergibt. Dadurch wird, obwohl mit diesen Getrieben große
Drehmomente übertragen werden können, die Geräuschentwicklung wesentlich vermindert,
da die Längsgleitung sich mit der in Größe und Richtung wechselnden Höhengleitung
zu einer resultierenden Gleitung zusammensetzt und einen ruhigen Lauf ergibt. Ein
derartiges Getriebe läßt eine Profilverschiebung im Sinne einer Verstärkung des
Zahnfußes zu, wobei die erhöhte Geräuschbildung durch die Gleitung kompensiert wird.
Außerdem kann der Zwischenrang auf einer normalen Verzahnungsmaschine hergestellt
werden.
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Es ist bereits ein Planetenradgetriebe bekanntgeworden, bei dem das
Mittenrad, das mit diesem kämmende Planetenrad und der mit dem Planetenrad kämmende
innenverzahnte Ring Zähne mit verschiedenen Schrägungswinkeln aufweisen. Bei diesem
Getriebe kämmt jedoch das Mittenrad mit seiner kleinen Zähnezahl, die eine starke
erhabene Balligkeit der Zahnflanken notwendig macht, mit den ebenfalls erhabenen
Flanken des Planetenrades. Dadurch kann jedoch das Getriebe nur geringe Drehmomente
übertragen.
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Der innenverzahnte Zwischenring wird zweckmäßig nur auf einer verstellbaren
Rolle für jede Drehrichtung abgestützt und durch elastisch gelagerte Gleitstücke
zusätzlich gehalten, die etwa auf der Verbindungslinie von den zwischen dem innenverzahnten
Ring einerseits und den Verzahnungen der beiden außenverzahnten Räder gebildeten
Wälzpunkten der Verzahnungen liegen. Dadurch werden Schwingungen des Zwischenringes
und damit die Bildung von Geräuschen vermieden.
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In der Zeichnung ist die Erfindung in Ausführungsbeispielen dargestellt,
und zwar zeigt A b b. 1 die Gleitkomponenten des erfindungsgemäßen Getriebes, A
b b. 2 die resultierende Gleitung gR auf der Zahnflanke, A b b. 3 das erfindungsgemäße
Getriebe in einem Schnitt nach der Linie III-III der A b b. 5, A b b. 4 das erfindungsgemäße
Getriebe mit geneigtem Zwischenring im Querschnitt, A b b. 5 eine weitere Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Getriebes mit geneigtem Zwischenring im Querschnitt, A b b.
6 eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Getriebes mit rechtwinklig
sich kreuzenden Achsen, A b b. 7 einen Grundriß zu dem in A b b. 6 dargestellten
Getriebe, A b b. 8 das erfindungsgemäße Getriebe in schematischer Darstellung, A
b b. 9 die Lagerung der Stützrollen, teilweise weggebrochen, A b b. 10 einen Querschnitt
zur A b b. 9 und A b b. 11 eine zweite Ausführung der Zwischenringlagerung.
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Bei dem in den A b b. 3 bis 5 dargestellten Ausführungsbeispiel des
erfindungsgemäßen Getriebes sind das Antriebsrad 1 und das Abtriebsrad 2
auf den zueinander parallelen Wellen 5 bzw. 6 in der üblichen Weise beiderseits
in dem Gehäuse 4 gelagert. Diese beiden Rädern kämmen jedoch nicht miteinander.
Die Verbindung des Antriebsrades 1 mit dem Abtriebsrad 2 erfolgt über einen innenverzahnten
Ring 3. Wie insbesondere aus der A b b. 4 ersichtlich, bildet die Achse des Zwischenringes
einen Winkel b mit den Achsen des Antriebsrades 1 und des Abtriebsrades 2. Die Zähne
der außenverzahnten Räder 1, 2 und die Zähne des innenverzahnten Zwischenringes
3 weisen verschiedene Schrägungswinkel ß auf, so daß beim Laufen des Getriebes eine
Gleitkomponente in Längsrichtung der Zahnflanken auftritt.
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Für die Zahnschräge ß3 des Zwischenringes 3 gilt ß3 = ß1 ± b, wobei
das positive Vorzeichen gilt, wenn die Zahnschräge ß1 des Rades 1 und die
Neigung d der Achse des Zwischenringes 3 in demselben Sinne ausgeführt sind.
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Die entstehende Charakteristik des Eingriffes der Zahnräder 1, 2 und
3 des Getriebes ergibt auf den kämmenden Zahnflanken ein Längsgleiten.
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Die Umfangsgeschwindigkeit V3 an dem Zwischenring 3 ist um den Winkel
8 anders gerichtet als diejenige des Rades 1 oder des Rades 2, V1 bzw. V,. Wie aus
den A b b. 1 und 2 ersichtlich, entsteht dadurch eine in der Längsrichtung der Flanken
verlaufende Komponente g1. Diese ist in gleicher Größe über der ganzen Höhe des
Zahnprofils vorhanden, also auch im Wälzkreis. Die Längsgleitung g1 setzt sich mit
der in Größe und Richtung wechselnden Höhengleitung g,, zu einer resultierenden
Gleitung gR zusammen und ergibt einen ruhigen Lauf, da sie sich, wie aus der A b
b. 2 ersichtlich, nach Größe und Richtung weniger ändert als die Höhengleitung allein.
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Das Getriebe mit dem schräggestellten Zwischenring 3 ermöglicht ein
sehr wirkungsvolles Lappen allein schon durch die Längsgleitung in der Verzahnung.
Das Lappen kann im eingebauten Getriebe durchgeführt werden, so daß nicht nur Fehler
der Verzahnung, sondern auch Eigentümlichkeiten der Lagerung verbessert werden.
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Wie insbesondere aus A b b. 3 ersichtlich, wirken bei der angegebenen
Drehrichtung die Umfangskräfte u des Zwischenringes 3 am Rad 1 und am Rad 2 beide
nach oben. Um den Zwischenring 3 nicht so weit nach oben drücken zu lassen, daß
das Flankenspiel beseitigt wird, wird der Ring oben an einer umlaufenden Stützrolle
7 abgestützt, die von einem Bolzen 8 getragen wird. Die Stützrolle 7 weist einen
Bund zur Aufnahme der axialen Kräfte auf, die bei der Schrägverzahnung des Zwischenringes
3 entstehen. Wird das Getriebe auch noch für die andere Drehrichtung verwendet,
muß für die dann nach unten wirkenden Kräfte u die in der A b b. 3 dargestellte
Stützrolle 7' vorgesehen werden.
Bei der gewählten Anordnung hält
der Zwischenring 3 eine Bewegungsfreiheit durch Pendeln um den Punkt B, den Berührungspunkt
mit der Stützrolle 7. Der Zwischenring 3 kann sich also nach den Kräften der Verzahnung
einstellen, so daß einseitige Steigerungen der Kräfte durch Ungenauigkeiten der
Verzahnung vermieden werden. Schwingungen des Zwischenringes 3 werden, wie üblich,
durch eine eingebaute Dämpfung unschädlich gemacht. Bei dem in A b b. 3 dargestellten
Ausführungsbeispiel sind hierzu Gleitstücke 12 vorgesehen, die durch Federn
13 in mit Flüssigkeit gefüllten Zylindern 9 über die Kolben 10 mit ihren
Kolbenstangen leicht gegen den Ring gedrückt werden. Bringen ungleiche Zahnkräfte
den Zwischenring 3 zum Ausschlag um den Punkt B, dann muß Flüssigkeit von der einen
Seite des Kolbens 10 auf die andere durch enge Schlitze oder Bohrungen fließen,
wenn die Gleitstücke 12 nachgeben sollen. Das Entstehen einer Schwingung größeren
Ausmaßes wird dadurch verhindert.
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Die erfindungsgemäße Ausbildung läßt sich auch anwenden, wenn die
Antriebsachse die Abtriebsachse kreuzt. Bei dem in den A b b. 6 und 7 dargestellten
Ausführungsbeispiel kreuzt die Achse 6 des Abtriebes die Antriebsachse 5 des Rades
1 unter einem Winkel von 90°. Der innenverzahnte Zwischenring 3 umfaßt auch hier
die An- und Abtriebswelle. Durch diese Anordnung wird die große Gleitung, die bei
unmittelbarem Kämmen zwischen den sich unter 90° kreuzenden Schraubenrädern auftreten
würde, wesentlich gemildert; denn die Gleitung verteilt sich auf zwei berührende
Flankenteile, vom Rad 1 zum Zwischenring 3 und von diesem zum Abtriebsrad 2, wobei
jeweils nur ein Kreuzungswinkel von 45° auftritt.
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Bei dem in A b b. 8 schematisch dargestellten Getriebe sind die drei
Mittelpunkte Ml, M@ und M3 des Antriebsrades 1, des Abtriebsrades 2 und des Zwischenringes
3 auf einer Geraden gezeichnet. Die Räder selbst sind nur durch die Teilkreise einer
0-Verzahnung dargestellt. Die Teilkreispunkte Cl und C2, die der Zwischenring 3
mit dem Antriebsrad 1 bzw. dem Abtriebsrad 2 gemeinsam hat, liegen dann auf derselben
Geraden. Diese Lage des Zwischenringes 3 stellt sich jedoch bei ganz bestimmter
Größe und Lage der Stützrolle 7 ein. Wird ihr Durchmesser verkleinert oder die Stützrolle
weiter nach oben verrückt, so kommt der Zwischenring in die mit 3' gekennzeichnete
Lage, und sein Mittelpunkt rückt nach Ms,. Die Teilkreispunkte rücken nach Cl, bzw.
Cz,, also in die Zahnlücke des Rades 1 bzw. des Abtriebsrades 2 weiter hinein, d.
h., das tangentiale Zahnspiel verringert sich. Diese Eigenschaft kann dazu benutzt
werden, das Getriebe spielfrei auszuführen. Zu diesem Zwecke der Einstellung können
die Bolzen 8 auf einem Schlitten gelagert werden, der senkrecht zur Achse des Zwischenringes
3 verschiebbar ist. Einfacher ist die Konstruktion nach den A b b. 9 und 10. Hier
sind die Bolzen 8 in einer exzentrischen Büchse 14 gelagert. Um diese Büchsen
drehen zu können, weisen sie je zwei Bohrungen 15 auf, in die Zapfen des Bügels
17 passen. Werden die der Einfachheit halber nur mit Mittellinien dargestellten
Schrauben 16 gelöst, dann kann die Mittellinie beider Bolzen und damit die
Mitte der Stützrolle gleichmäßig verstellt werden. Bei laufendem Getriebe kann somit
die Spielfreiheit der Verzahnung ein- und später nachgestellt werden.
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In A b b. 11, die im übrigen der Konstruktion nach A b b. 3 entspricht,
sind die Stützrollen 7 a und 7 b
für die gezeichnete Drehrichtung dargestellt.
Tritt auch noch die andere Drehrichtung auf, werden noch die gestrichelt gezeichneten
Stützrollen 7 c und 7 d zusätzlich vorgesehen.