DE19541748A1 - Zahnradkasten für kontinuierlich variables Getriebe - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Zahnradkasten für ein kontinuierlich variables Getriebe, wobei eine, von einem Kasten unterstützte, von einer Hauptantriebswelle angetrie­ bene Eingangswelle und einer angetriebenen Ausgangswelle unmittelbar oder mittelbar mit wenigstens einem Zahnrad gekuppelt sind, wobei des weiteren zumindest ein Zahnrad vorhanden ist, das mit einem oder mehreren der genannten Zahnräder in Eingriff steht und mit einer variablen Drehzahl angetrieben werden kann.

Bei einem solchen bekannten Zahnradkasten können die Zahnräder ein Planetenradsystem enthalten. Dabei kann bei­ spielsweise die Eingangswelle mit einem Zahnrad mit einer Innenverzahnung gekuppelt sein, das mit den Planetenräder die die Ausgangswelle mittels eines auf dieser Welle vorhan­ denen Zahnrades antreiben, zusammenarbeitet. Die Plane­ tenräder sind auf einer Scheibe angeordnet, deren Drehzahl regelbar ist.

Ein Nachteil dieses bekannten Zahnradkastens ist der relativ große Durchmesser des Zahnrades mit der Innenverzah­ nung, die für die Übertragung einer bestimmten Leistung erforderlich ist. Auch ist die Herstellung eines solchen Zahnradkastens teuer, da genaue Toleranzen eingehalten werden müssen um einen zu großen Verschleiß der miteinander zusammenarbeitenden Zahnräder zu verhindern. Die Einhaltung von genauen Toleranzen gilt sowohl der Fertigung der Zahnrä­ der an sich als auch der gegenseitigen Anordnung der Zahnrä­ der im Zahnradkasten.

Bei einem anderen bekannten Zahnradkasten werden Ke­ gelräder verwendet, so daß eine Art Differentialgetriebe erhalten wird. Dabei stehen die Wellen der miteinander in Eingriff stehenden Kegelräder rechtwinklig zueinander.

Auch die Herstellung eines solchen Zahnradkastens ist relativ teuer, da die Kegelräder an sich hohen Genauig­ keitsanforderungen genügen müssen, so wie auch die Unter­ stützung der Kegelräder, da die Verzahnungen der Kegelräder genau in Eingriff sein müssen.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, einen Zahnradkasten der obengenannten Art zu schaffen, wobei keine hohen Genau­ igkeitsanforderungen genügt werden müssen so daß die Kosten davon erheblich herabgesetzt werden können.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst, indem das unmittelbar oder mittelbar mit der Eingangs- oder mit der Ausgangswelle gekuppelte Zahnrad von einem Kronenrad gebildet wird, das mit wenigstens einem Ritzel zusammenar­ beitet, dessen Drehachse rechtwinklig zu der des Kronenrads steht und das an einem Ritzelträger angeordnet ist, der mit der anderen der beiden genannten Wellen gekuppelt ist, und welches Ritzel mit einem Kronenrad, das mit einer variablen Drehzahl angetrieben werden kann, zusammenarbeitet.

Bei der Herstellung der damit zu verwendenden Kro­ nenräder und der ein oder mehreren, an dem Ritzelträger angeordneten, Ritzel, kann mit weiten Toleranzen gearbeitet werden. Des weiteren ist die Lage der Ritzel, in dessen Axialrichtung gesehen, viel weniger kritisch als dies bei die Anwendung von Kegelrädern wie bei dem oben beschriebenen Zahnradkasten der Fall ist.

Wenn vom Antreiben des Kronenrads mit einer variablen Drehzahl gesprochen wird, dann ist auch die Möglichkeit, daß das Kronenrad in zwei unterschiedlichen Richtungen gedreht wird, darin mit einbegriffen.

Eine vorteilhafte Ausführungsform wird erzielt, wenn wenigstens eines der Kronenräder mit einer zusätzlichen Verzahnung die mit einem sekundären Ritzel zusammenarbeiten kann, versehen ist.

Ein solches Ritzel kann zum Beispiel für den Antrieb mit variabler Drehzahl des betreffenden Kronenrads dienen.

Insbesondere kann dabei die zusätzliche Verzahnung am Außenumfang des Kronenrads angeordnet sein, derart, daß die Achse des sekundären Ritzels im wesentlichen parallel zu der Achse der Kronenräder verlaufen wird.

Es ist jedoch auch möglich, die zusätzliche Verzahnung zu erzielen indem zumindest eines der Kronenräder doppelt ausgeführt ist, das heißt, auf beiden radialen Flächen mit einer Verzahnung versehen ist, so daß die nicht mit dem Ritzel zusammenarbeitende Verzahnung mit einem sekundären Ritzel, dessen Achse im wesentlichen rechtwinklig zu der Achse der Kronenräder verläuft, zusammenarbeiten kann.

Selbstverständlich ist es auch möglich, die zusätzliche Verzahnung unter einem schrägen Winkel an die Kronenräder anzuordnen.

Dabei kann vorgesehen werden, daß das Kronenrad, das mit variabler Drehzahl angetrieben werden können muß, mit einem sekundären Ritzel, dessen Antrieb über einen in Dreh­ zahl regelbaren Hydromotor, Elektromotor oder dergleichen stattfindet, in Eingriff ist.

Die Energie für den Antrieb des sekundären Ritzels, das mit dem Kronenrad, dessen Drehzahl variiert werden können muß, in Eingriff steht, kann erhalten werden indem auch das andere Kronenrad mit einem sekundären Ritzel, das dem An­ trieb einer Hydropumpe, eines Generators oder dergleichen dient, in Eingriff steht.

Wenn zum Beispiel die Eingangswelle des Zahnradkastens von einem Verbrennungsmotor angetrieben wird, kann das unmittelbar angetriebene Kronenrad über ein sekundäres Ritzel eine Hydropumpe antreiben. Die Hydropumpe liefert dann über eine Regelvorrichtung hydraulisches Medium an einem Hydromotor, der für den Antrieb mit regelbarer Dreh­ zahl des anderen Kronenrads sorgt. Die Energie die eventuell für den Antrieb mit regelbarer Drehzahl des betreffenden Kronenrads benötigt ist, kann dadurch vom ersten Kronenrad abgenommen werden, so daß nur wenig Energie verloren gehen wird.

Wenn man von einem Regelbereich von 25% und einer Nutzleistung einer Hydropumpe mit Hydromotor von 80% aus­ geht, wird der Nutzleistungsverlust bei den äußersten Regel­ positionen nur 5% betragen. Dies ist besonders vorteilhaft für einen Zahnradkasten mit mechanisch-variablem Getriebe.

Es wird deutlich sein, daß auch die dabei angewandten sekundären Ritzel keine hohen Genauigkeitsanforderungen genügen müssen und daß auch deren Position in Axialrichtung in Bezug auf die damit in Eingriff stehenden Kronenräder nicht kritisch ist.

Die Erfindung wird näher erläutert anhand von Ausführ­ ungsbeispielen, dargestellt in der Zeichnung, in der:

Fig. 1 schematisch eine Ansicht und Teildurchschnitt einer Ausführungsform eines Zahnradkastens gemäß der vorlie­ genden Erfindung zeigt;

Fig. 2 und 3 schematisch Anordnungen von Systemen zeigen, in deren ein Zahnradkasten gemäß Fig. 1 angewandt ist; und

Fig. 4, 5 und 6 schematisch einige andere Ausführungs­ formen eines Zahnradkastens gemäß der Erfindung zeigen.

Der in Fig. 1 gezeigte Zahnradkasten enthält den Kasten 1 in dem eine hohle Eingangswelle 2 von nicht näher angege­ benen Lager drehbar gelagert ist. Die Welle 2 kann über den Flansch 3 und die Welle 4 mit einem Motor, wie zum Beispiel einem hier nicht näher angedeuteten Verbrennungsmotor, ver­ bunden werden.

Der Kasten 1 und die Welle 2 dienen zugleich der, mittels nicht näher angedeuteter Lager, drehbaren Lagerung der Ausgangswelle 5, die mit einem, hier nicht näher ange­ deuteten anzutreibenden Werkzeug, verbunden werden kann.

Die Welle 2 ist mit einem Kronenrad 6 verbunden, das auf einer Radialfläche mit einer Kronenverzahnung 7 und auf der Umfangsfläche mit einer zusätzlichen Verzahnung 8 verse­ hen ist. Die Verzahnung 7 ist mit Ritzel 9 in Eingriff, die an einem Ritzelträger 10 drehbar angeordnet sind. Der Rit­ zelträger 10 ist mit der Ausgangswelle 5 fest verbunden, wie mittels eines Keiles oder dergleichen.

Die Ritzel 9 sind mit der Kronenverzahnung 11 eines Kronenrades 12 in Eingriff, dessen Umfangsfläche mit der zusätzlichen Verzahnung 13 versehen ist. Das Kronenrad 12 ist mittels nicht näher angedeuteter Lager auf der Ausgangs­ welle 5 drehbar montiert. Die Drehzahl des Kronenrads 12 kann noch auf eine später zu beschreibende Weise variiert werden.

Wenn das Kronenrad 12 in einer festen Position gehalten wird, wird die Drehzahl der Ausgangswelle 5 der Hälfte der Drehzahl der Eingangswelle 2 entsprechen. Bei gleichbleiben­ der Drehzahl der Eingangswelle 2 kann durch Drehung des Kronenrads 12 in die eine Richtung die Drehzahl der Aus­ gangswelle 5 erhöht und durch Drehung in die andere Richtung gesenkt werden.

Mit der zusätzlichen Verzahnung 8 des Kronenrades 6 ist ein sekundäres Ritzel 14 in Eingriff, das mit einer Hydro­ pumpe 15 verbunden ist. Das von der Pumpe 15 verpumpfte hydraulische Medium wird über eine Regelvorrichtung 16 einem Hydromotor 17 zugeführt. Der Hydromotor 17 treibt ein sekundäres Ritzel 18 an, das mit der zusätzlichen Verzahnung 13 des Kronenrades 12 in Eingriff ist. Mittels der Regelvor­ richtung 16 kann die Drehzahl und zugleich die Drehrichtung des Kronenrades 12 und damit die Drehzahl der Ausgangswelle geregelt werden.

Wie schon oben gesagt, kann die Hydropumpe 15 von einem Generator und die Hydromotor 17 von einem Elektromotor er­ setzt werden, wobei denn eine elektrische Regelvorrichtung 16 verwendet werden kann. Wenn eine schon vorhandene Span­ nungsquelle verwendet werden kann, kann der Generator auch weggelassen werden. Das sekundäre Ritzel 14 und die zusätz­ liche Verzahnung 8 sind dann ebenfalls überflüssig.

Fig. 2 zeigt einen Anwendungsfall eines Zahnradkastens 19 gemäß der vorliegenden Erfindung bei Antrieb einer Schraube 20 und einer Sandpumpe 21 mittels eines Verbren­ nungsmotors 22. Der Motor 22 kann, wenn dies erforderlich ist, über ein Getriebe die Schraube 20 antreiben, während zwischen der Sandpumpe 21 und dem Motor 22 der Zahnradkasten 19 zwischengeschaltet ist.

Eine solche Anordnung kann zum Beispiel auf einem Klapprahmsaugbagger verwendet werden. Bei einer konstanten Drehzahl des Verbrennungsmotors 22 kann der Antrieb mit der verstellbaren Schraube 20 geregelt werden, während die Drehzahl der Pumpe 21 mit dem Zahnradkasten 19 geregelt werden kann. Beim Saugbetrieb wird die Schraube 20 angetrie­ ben und wird für die Pumpe 21 eine relativ geringe Drehzahl und eine relativ geringe Leistung angewandt werden. Beim zum Ufer pressen des Baggergemisches wird nicht gefahren werden und wird die Pumpe mit einer höheren Drehzahl angetrieben werden müssen und eine höhere Leistung erfordern. Diese Leistung kann dann mit der Hydropumpe 15 abgenommen und mit der Hydromotor 17 wieder zugeführt werden, wodurch zugleich die Drehzahl der Pumpe erhöht werden kann.

Fig. 3 zeigt die Möglichkeit den Motor 22 zu verwenden für den Antrieb einer Schraube 20 und eines Generators 23.

Bei einem Generator ist es wesentlich daß dessen Drehzahl so konstant wie möglich gehalten wird und dies kann mit Hilfe des Zahnradkastens 19 erzielt werden.

Fig. 4 zeigt eine Ausführungsform eines Zahnradkastens 19 wobei die Kronenräder 6 und 12 doppelt ausgeführt sind, das heißt, daß die zusätzlichen Verzahnungen 8 und 13 als Kronenverzahnungen auf den Seitenflächen vom Kronenrad 6 bzw. Kronenrad 12 angeordnet sind. Die Achsen 24 der mit den Kronenradern 6 und 12 zusammenarbeitenden Ritzel 14 bzw. 18, die mit der Hydropumpe 15 bzw. dem Hydromotor 17 gekuppelt sind, verlaufen jetzt rechtwinklig zu der Achse 25 der Wellen 4 und 5. Dies kann vorteilhaft sein, wenn die axiale Länge des Zahnradkastens 19 so viel wie möglich beschränkt werden soll.

Fig. 5 zeigt eine Ausführungsform eines Zahnradkastens 19 die in großem Umfang mit der gemäß Fig. 1 übereinstimmt. Dabei ist jedoch die (angetriebene) Eingangsachse 2 mit dem Kronenrad 6 nicht unmittelbar verbunden, sondern beabstandet davon im Gehäuse 1 drehbar angeordnet. Die Welle 2 ist jetzt mit einem Ritzel 26 verbunden, das mit der zusätzlichen Verzahnung 8 des Kronenrads 6 in Eingriff steht. Das Kronen­ rad 6 ist drehbar auf der Welle 5, die vom Gehäuse 1 des Zahnradkastens 19 drehbar gelagert ist.

Auf diese Weise kann ein anderes Übertragungsverhältnis realisiert werden.

Schließlich zeigt Fig. 6 noch eine Ausführungsform wobei die (angetriebene) Eingangswelle 2 nicht mit dem Kronenrad 6, sondern mit dem Ritzelträger 10 verbunden ist. Der Ritzelträger 10 ist jetzt mit der zusätzlichen Verzah­ nung 8 versehen, die mit dem Ritzel 14 für den Antrieb der Hydropumpe 15 zusammenarbeitet. Die Pumpe 15 ist ihrerseits mit dem Hydromotor 17 verbunden, der mittels des Ritzels 18 und der Verzahnung 13 das Kronenrad 12 antreibt. Durch Änderung der Drehzahl des Kronenrads 12 wird die Drehzahl des Kronenrads 6 geändert, das jetzt mit der Ausgangswelle 5 fest verbunden ist und für deren Antrieb sorgt. Bei still­ stehendem Kronenrad 12 beträgt die Drehzahl der Ausgangswel­ le 5 jetzt das doppelte von der Drehzahl der Eingangswelle 2.

Es wird deutlich sein, daß nur einige mögliche Ausfüh­ rungsformen einer Vorrichtung gemäß der Erfindung und einige Anwendungsfälle davon in der Zeichnung illustriert und oben beschrieben sind und daß viele Änderungen gemacht werden können ohne daß diese außerhalb der Erfindungsgedanke fal­ len.

So kann im Zahnradkasten gemäß der vorliegenden Erfin­ dung noch ein weiteres Zahnradsystem für die Realisierung des gewünschten Gesamtübertragungsverhältnisses unterge­ bracht sein. Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 6 kann zum Beispiel die Ausgangswelle 5 exzentrisch angeordnet sein und über ein Ritzel und eine zusätzliche Verzahnung auf dem Kronenrad 6 angetrieben werden.

Claims (6)

1. Zahnradkasten für ein kontinuierlich variables Getriebe, wobei eine, von einem Kasten (1) unterstützte, von einer Hauptantriebswelle angetriebene Eingangswelle (2) und einer angetriebenen Ausgangswelle (5) unmittelbar oder mittelbar mit wenigstens einem Zahnrad (6, 9) gekuppelt sind, wobei zumindest ein weiteres Zahnrad (12) vorhanden ist, das mit einem oder mehreren der genannten Zahnräder (6, 9) in Eingriff steht und mit einer variablen Drehzahl ange­ trieben werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß das unmit­ telbar oder mittelbar mit der Eingangs- (2) oder mit der Ausgangswelle (5) gekuppelte Zahnrad von einem Kronenrad (6) gebildet wird, das mit wenigstens einem Ritzel (9) zusammen­ arbeitet, dessen Drehachse rechtwinklig zu der des Kronen­ rads (6) steht und das an einem Ritzelträger (10) angeordnet ist, der mit der anderen (2, 5) der beiden genannten Wellen gekuppelt ist, und welches Ritzel (9) mit einem Kronenrad (12), das mit einer variablen Drehzahl angetrieben werden kann, zusammenarbeitet.

2. Zahnradkasten gemäß Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß wenigstens eines der Kronenräder (6, 12) mit einer zusätzlichen Verzahnung (8, 13) die mit einem se­ kundären Ritzel (14, 18) zusammenarbeiten kann, versehen ist.

3. Zahnradkasten gemäß Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die zusätzliche Verzahnung (8, 13) am Außenum­ fang des Kronenrads (6, 12) angeordnet ist, derart, daß die Achse (24) des sekundären Ritzels im wesentlichen parallel zu der Achse (25) der Kronenräder (6, 12) verläuft.

4. Zahnradkasten gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die zusätzliche Verzahnung erzielt ist indem zumindest eines der Kronenrader (6, 12) doppelt aus­ geführt ist, das heißt, auf beiden radialen Flächen mit einer Verzahnung (7, 8; 11, 13) versehen ist, so daß die nicht mit dem Ritzel (9) zusammenarbeitende Verzahnung mit einem sekundären Ritzel (14, 18), dessen Achse (24) im wesentlichen rechtwinklig zu der Achse (25) der Kronenräder (6, 12) verläuft, zusammenarbeiten kann.

5. Zahnradkasten gemäß einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Kronenrad (12), das mit variabler Drehzahl angetrieben werden kann, mit einem sekundären Ritzel (18), dessen Antrieb über einen in Dreh­ zahl regelbaren Hydromotor (17), Elektromotor oder derglei­ chen stattfindet, in Eingriff ist.

6. Zahnradkasten gemäß Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Energie für den Antrieb des sekundären Ritzels (18), das mit dem Kronenrad (12), dessen Drehzahl variiert werden können muß, in Eingriff steht, erhalten wird indem auch das andere Kronenrad (6) mit einem sekundären Ritzel (14), das dem Antrieb einer Hydropumpe (15), eines Generators oder dergleichen dient, in Eingriff steht.