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P 1 a n e t eng e t r i e b e Die Erfindung betrifft ein Planetengetriebe
und insbesondere ein Hochleistungsgetriebe oder Getriebe für schwere Beanspruchungen
beispielsweise für Schiffsmaschinen.
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Die Konstruktion aller Getriebe zur Übertragung eines gegebenen Drehmomentes
gehen von der Zahnbeanspruchung aua, die wieder im wesentlichen von dem Teilkreisdurchmesser
und der Breite der Zähne abhängt. Bei Planeten-,etrieben ist nun die Auswahl des
Teilkreisdurchmessers häufig durch die zulässigen Außenmaße des Getriebes begrenzt,
während mehr Freiheit für die Vergrößerung der breite der Zähne in axialer Richtung
zur Verfügung steht. Auch dabei ist allerdings das Problem der Winkelabweichung
längs der Pchse des Sonnenrades zu. beachten, da Winkelabweichungen die Verteilung
der Belastung längs der Zähne in einem solchen Umfange stören oder in Unordnung
bringen
können,- daß dadurch auch die maximal mögliche - Zahnbreitein
axialer Richtung begrenzt wird.
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Man versuchte bisher das Problem der Winkelabweichung zu lösen, indem
man das ringförmige Bauelement oder/ und das Sonnenrad unterteilt und die sich daraus
ergebenden Bauteile mit Hilfe von mechanischen Hilfsmitteln wie beispielsweise einer
Muffe zu einer Baugruppe verbindet, um gleichsam elastische Winkelabweichungsmöglichkeiten
einzubauen. Man sieht dabei ebenfalls getrennte Planetenräder vor, wodurch mehrere
Teilplanetengetriebe entstehen, die für die Lastübertragung parallel--geschaltet
werden. Die durch die bekannten Konstruktionen in begrenztem Umfange erreichbare
Winkelabweichung bringt jedoch wieder andere Schwierigkeiten mit sich, wie beispielsweise
Resonanzerscheinungen, die sehr gefährlich werden können, weil bei einer solchen
Anordnung ein beliebiges Teilgetriebe einen Teil der Belastung abzuwerfen vermag,
so-daß dieser Teil der Belastung von den anderen oder gar nur von einem der anderen
Teilplaneteiigetriebe übernommen wird. Die bekannten Lösungen vermögen also die
Verteilung der Belastung nicht so auszugleichen, wie das bei der Anordnung mehrerer
Einzelbetriebe
der Fall ist.
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Ziel der vorliegenden Erfindung ist eine axiale Unterteilung der nicht
mit umlaufenden Getrieberäder, deren nachgiebige Arretierung gegen Verdrehung und
die Verwendung zusätzlicher Sätze von Planetenrädern für die Vornahme der Verteilung
der Belastung in axialer -Richtung innenhalb des Getriebes, wobei automatisch ein
Ausgleich der Verteilung der Belastung wie zwischen den einzelnen Teil-Cl. erfolL-
en soll.
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@4as die Verteilung der :@elastun- auf die einzelnen Planetenräder
eines Planetenrädergetriebes anbetrifft, erfolgt diese in j;ewissem Maße innerhalb
des Freiheitsgrades der freien iei:er-:erdie sich aus den Fertigungstoleranzen ergeben,
automatisch, und ferner noch in gewissem @iai;e infolge der i@iegung des ringförmigen
Bauelementes, die durch die Konstruktion vergrößert werden kann. Iii einem Getriebe
reit einer breiten Verzahnung begrenzt die axiale :tErrheit oder Steifigkeit des
Sonnenrades den Grad der erreichbaren automatischen Belastungsverteilung.
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Die vorliecende Erfindun= bei:tibt ebeniAls t-iif der Legrenzung,
die
auf axiale Starrheit oder Steifigköit zurückzuführen ist, und hat zum Ziele, eine
eingebaute Bewegungsfreiheit an dem Sonnenrad jedes Planetengetriebes vorzusehen,
um die Starrheit oder Steifigkeit in axialer Richtung zu. verändern, und dadurch
die bekannte automatische Wirkung innerhalb des Getriebes selbst zu benutzen, um
die vorerwähnte Verteilung der Belastung durchzuführen. Die Erfindung bezieht sich
danach auf ein Planetengetriebe, das mehrere nicht mit umlaufende Zahnräder enthält,
ferner , zusätzliche Sätze von Planeten- und Sonnenrädern, die mehrere Teilplanetengetriebe
bilden, in Verbindung mit nachgiebigen Arretierungsvorrichtungen gegen Verdrehung
jedes nicht mit umlaufenden Zahnrades zum Zwecke der Erzeugung einer Belastungsverteilung
in axialer Richtung durch das Getriebe hindurch.
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Die Erfindung ist gekennzeichnet durch Hiifimittel, welche die erwähnten
nachgiebigen Arretierungsvorrichtungen gegen die Verdrehung der axial verschobenen,
nicht mit umlaufenden Zahnräder in einer solchen Weise miteinander verbindet, daß
ein Ausgleich in der Belastungsverteilung dieser Arretierungsvorrichtung bewirkt
wird.
Dbs Planetengetriebe nach der Erfindung kann weiterhin noch
mehrere winkelförmig symmetrisch zueinander versetzte, nachgiebige Arretierungsvorrichtungen
gegen die Verdrehung für jedes nicht mit umlaufende Zahnrad aufweisen, um die Getriebelager
von den sich daraus ergebenden Kräften zu entlasten.
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Ferner kann ein Getriebe nach der Erfindung noch Hilfsmittel aufweisen,
welche diese winkelförmig gegeneinander versetzten Arretierungsvorrichtungen in
einer solchen Weise miteinander verbinden, daß eine im wesentlichen gleiche winkelförmige
Belastungsverteilung dieSEr Arretierungsvorrichtungen bewirkt wird.
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Es kann auch eine hydraulische Kupplung für die stillstehenden Zahnräder
vorgesehen sein. . Entsprechend der Erfindung ist ein Planetengetriebe in der Ausführungsart,
die mehrere ringförmige Bauelemente enthält, von denen jedes mit seiner eigenen
nachgiebigen Arretierungsvorrichtung und einen Satz Planetenräder ausgestattet ist,
durch eine Anordnung von einzelnen Sonnenrädern für jedes Teilplänetengetriebe gekennzeichnet,
das
in dieser Weise. geschaffen wird, sowie durch Hilfsmittel für
die Übertragung des Drehmomentes auf diene Sonnenräder mit zugelassener radialer
Einzelverschiebung für jedes Mittelrad.
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Das vorerwähnte Planetengetriebe kann ferner noch durch Übertragungsmittel
für das Drehmoment gekennzeichnet sein, die eine relative, elastische Winkelabweichungsmöglichkeit
der Achse der Sonnenradanordnung zulassen.
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In den beigefügten Zeichnungen ist ein Planetengetriebe nach der Erfindung
und weitere besondere Ausführungsarten beschriebene und zwar zeigen: Fig. 1 einen
Längsschnitt für ein Ausführungsbeispiel eines Planetengetriebes in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung im Schnitt gemäß der Linie 1-Z der Fig. 2, Fig. 2
ein Querschnitt entsprechend der Linie 2-2 der Fig. 1 Fig. 3 ist ein Längsschnitt
durch eine Abänderung davon. Fig. 4 und 5 stellen Diagramme dar, um den eingebauten
Freiheitsgrad
für die freie Bewegungsmöglichkeit zu erläutern, wobei die freien Bewegungen übertrieben
stark dargestellt sind.
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Fig. 6 ist ein Längsschnitt, der noch eine andere Bauweise des Getriebes
nach Fig. 1 zeigt.
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Wie aus den Figuren 1 und 2 der Zeichnungen hervorgeht, sind von einer
Grundplatte 11 aus Wände lla und 11b hochgeführt, welche das Getriebe tragen, und
ferner noch eine Wand llc vorgesehen, welche eine antreibende Maschinenwelle 12
trägt. Das Getriebe enthält einen Planetenträger 13 und besitzt einen Deckel
10. Anstelle des üblichen gemeinsamen Sonnenrades für vier Teilplanetengetriebe
lind hier vier getrennte Sonnenräder 15a, 15b, 15c und 15d vorhanden, und zwar je
ein lad für jedes Teilplanetengetriebe. Jedes dieser Sonnenräder ist innen längsgenutet
und aneinandergrenzende Mittelräder werden mit Hilfe von freibeweglichen Kupplungsspindeln
16x, 16y und 16z zusammengekuppelt, die außen@an ihren Enden längsgenutet sind,
und zwar zusätzlich zu, den inneren Längskeilnuten der Sonnenräder, wobei jedefreibewegliche
Kupplungsspindel eine keilnabenförmige Eingriffsmöglichkeit
in
ungefähr die Hälfte von zwei nebeneinanderliegenden Sonnenrädern besitzt.
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Ein Einlagestück 26 ist@vorgesehen, das an seinem Außenrand längsgenutet
oder eben bzw. glatt ist. Der Bau der Anordnung für die Steuerung der axialen Bewegung
schließt, was die Arbeitsspiele anbetrifft, die bekannten konstruktiven Grundsätze
ein. Eine treibende Welle 16, die aus Gründen der Gewichtseinsparung einer Hohlwelle
sein kann, besitzt an-, e einem Wellenende einen Satz Längskeilnuten 16a in Ergänzung
zu den inneren Längskeilnuten des Sonnenrades 15d und einen anderen Satz von Längskeilnuten
16b in Ergänzung zu den Tnnenkeilnuten eines Atitriebsflan$ches 17, der
die. eine Hälfte einer Antriebskupplung bildet, von welcher der andere Flansch
18 auf dem Wellenende der Antriebsmaschinenwelle 12 befestigt ist.
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Die getrennten Sonnenräder und frei beweglichen Kupplungsspindeln
bilden zusammen eine frei bewegliche Sonnenradanordnung mit den einzelnen Sonnenrädern
und den in Reihe liegenden Drehmomentenkupplungen. Planetenräder 19a, 19b, 19c und
19d sind in drei Gruppen vorgesehen, wie aus der Fig. 2 hervorgeht, und die vier
Planetenräder jeder Gruppe.
werden auf einer gemeinsamen Welle
20 gelagert, die durch den Planetenträger 13 gehalten wird. Gemeinsam ist für jeden
dieser Planetenradsätze ein ringförmiges Bauelement mit Außenverzahnung 21a, 21b,
21c und 21d vorgesehen, von denen jedes mit diametral einander gegenüber angeordneten
Verzahnungen 22 als Ergänzung zu Zahnstangen 23 ausgestattet ist, die gleitbar in
Lagern 24 angebracht sind, welche von dem Deckel 10 und der Grundplatte 11 gehalten
werden. Auf jedem Ende der Zahnstangen 23 befinden sich Luftfaltenbä,lge
25, um eine Nachgiebigkeit in der Achsrichtung für diese Zahnstangenwund eine Nachgiebigkeit
gegen die Verdrehung für das ringförmige Bauelement mit der Außenverzahnung hervor-
i zurufen. Es könnten auch drei solcher Zahnstangen-mit einer gegenseitigen Winkelabweichung
von 120o vorgesehen werden. Um die Verteilung der Belastung an dem ringförmigen
Bauelement mit Außenverzahnung vorzusehen, werden diese Luftblasebalge beispielsweise
in der nur schematisch dargestellten Weise miteinander in Gruppen durch eine Druckluftroh@-leiturig
25a und 25 b verbunden.
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Wie aus der Fig. 1 hervorgeht, erreicht im Betrieb das
Antriebsdrehmoment
von der Antriebsmaschinenwelle 12 ausgehend das Sonnenrad 15d unmittelbar über die
Längskeil-
nuten 16a. Das danebenliegende Sonnenrad 15c erhält sein
Drehmoment
jedoch indirekt, und zwar.von dem Sonnenred 15d über die freibewegliche Kupplungsspindel
16z usw. bis zu dem letzten Sonnenrad 15a indirekt über alle drei Kupplungsspindeln
16x,16y,16z. Da jedoch eine solche Kupplung durch Längskeilnuten noch dazu von dem
Radeingriff eines Getrie-
bes getrennt ist, stellt es keine Schwierigkeit
dar, die
Längskeilnuten bei 16a so zu bemessen, daß das ganze Drehmoment übertragen
wird, unabhängig davon, ob es auf die
anderen Mittelräd"tverteilt wird oder
nicht. In Wirklich-' keit können aufgrund dieses Festigkeitsfaktors allein wesentlich
mehr als vier solcher Sonnenräder in dieser Weise miteinander gekuppelt werden.
Eine größere Aufteilung der Belastung wird durch diese Konstruktion geschaffen,
da sie einen Fveiheitsgrad der radialen Bewegung an jedem Mittelraderzeugt, weil
ja der Wellenstumpf der Welle 16 und-alle Kupplungsspindeln frei beweglich sind,
so daß die Teile jedes Teil lanetengetriebes auf automatischem Wege die
Lege
mit der ge*ingsten Belastung annehmen und dadurch
die automatische
Verteilung der Belastung innerhalb jedes Teilplanetengetriebes benutzt wird, die
bis jetzt nicht nur durch die verhältnismäßig große Starrheit der Wellen 20, welche
die Planetenräder tragen, begrenzt war, sondern auch durch die mit dem üblichen
Sonnenrad zusammenhängende Starrheit.
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Nach Fig. 3 ist jedes ringförmige Bauelement mit-der Außenverzahnung
(beispielsweise 21c) mit einem Paar Aussparungen oder Ringnuten an dem Außenrand
ausgestattet, in die ein Gabelring 26a eingesetzt ist, der außen mit Zähnen oder
mit Zahnsegmenten 22a ähnlich den Zähnen 22 in den Figuren 1 und 2 in Ergänzung
zu den vorher erwähnten Zahnstangen 23 ausgestattet ist. In jedem Seitenteil
des gabelartigen Ringes 26a befinden sich mehrere Paare von Kupplungskolben 27,
die so ausgebildet sind, daß sie hydraulisch durch Kanäle 28 betätigt werden können,
um eine Reibungskupplung zu schaffen.
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Wie in den schematischen Darstellungen der Figuren 4 und 5 gezeigt
ist, stellt die Linie 16a' die Mittellinie der treibenden Uelle dar, während die
Linie 16x', 16y' und 16z'
die Mittellinien der entsprechenden frei
beweglichen Kupplungsspindeln 16x, 16y und 16z andeuten. Diese Abbildungen zeigen,
daß die verschiedenen Mittellinien in radialer Richtung oder in-der Vinkellage verschoben
werden können. Das heißt, sie können zueinander geneigt werden oder sie können eine
beliebige Kombination solcher Bewegungen aufweisen, wie von den Teilen jedes Teilplanetengetriebes
für die automatische Verteilung der Belastung verlangt werden kann. Diese Verlagerung
ist allerdings hier übertrieben dargestellt, um den wesentlichen Punkt deutlich
vor Augen zu führen. Der von dem Abwurf der Belastung getrennte Ausgleich der Verteilung
der Belastung wird durch die gegenseitige Verbindung der nachgiebigen Arretierungsvorrichtu.ngen
gegen die Verdrehung der einzelnen ringförmigen Bauelemente 21a, 21b, 21c und 21
d hervorgerufen.
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Nach Fig. 6 weist das Planetengetriebe die meisten Bauteile wieder
auf, wie sie schon in der Fig. 1 zu. finden sind.
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Es wurden daher die gleichen Bezugszahlen übernommen. Der hauptsächliche
konstruktive Unterschied besteht darin, daß anstelle der frei beweglichen Anordnung
von Kupplungspindeln
16x, 16y und 16z und der Sonnenräder 15a,
15b, 15c und 15d nur ein einziges Sonnenrad 15 vorhanden ist, welches mit Hilfe
von Längskeilnuten in der Mitte seiner Bohrung mit den längsgenuteten Wellenstumpf
der ?delle 16 gekuppelt ist. Der Außenrand dieses Nonnenrades 15 ist durch Ringnuten
15e unterteilt. Senn auch eine solche Bauweise eine Verteilung der Belastung auf
den verschiedenen ringförmigen Bauelementen mit der Außenverzahnung gemäß fig. 1
vorsieht, weist sie doch den Nachteil der Starrheit oder Steifigkeit an dem Sonnenrad
auf, im Gegensatz zu der vorerwähnten frei beweglichen Anordnung von getrennten
Sonnenrädern für jedes ringförmige Bauelement und von frei beweglichen Kupplungsspindeln
zwischen den einzelnen Sonnenrädern.