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Die
Erfindung betrifft einen Zahnradkasten für ein kontinuierlich variables
Getriebe, wobei eine, von einem Kasten unterstützte, von einer Hauptantriebswelle
angetriebene Eingangswelle und eine angetriebene Ausgangswelle mittelbar
mit wenigstens einem ersten Zahnrad gekuppelt sind, wobei zumindest
ein weiteres zweites Zahnrad vorhanden ist, das mit einem der genannten
Zahnräder
in Eingriff steht und mit einer variablen Drehzahl angetrieben werden kann,
das mittelbar mit der Eingangs- und mit der Ausgangswelle gekuppelte
erste Zahnrad mit wenigstens einem Ritzel zusammenarbeitet, dessen Drehachse
rechtwinklig zu der des ersten Zahnrads steht und das an einem Ritzelträger angeordnet
ist, der mit der anderen der beiden genannten Wellen gekuppelt ist,
wobei das Ritzel mit einem zweiten Zahnrad, das mit einer variablen
Drehzahl angetrieben werden kann, zusammenarbeitet.
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Bei
einem bekannten Zahnradkastenkönnen die
Zahnräder
ein Planetenradsystem enthalten. Dabei kann beispielsweise die Eingangswelle
mit einem Zahnrad mit einer Innenverzahnung gekuppelt sein, das
mit den Planetenrädern,
die die Ausgangswelle mittels eines auf dieser Welle vorhandenen
Zahnrades antreiben, zusammenarbeitet. Die Planetenräder sind
auf einer Scheibe angeordnet, deren Drehzahl regelbar ist.
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Ein
Nachteil dieses bekannten Zahnradkastens ist der relativ große Durchmesser
des Zahnrades mit der Innenverzahnung, 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 für die Fertigung der Zahnräder an sich
als auch die gegenseitige Anordnung der Zahnräder im Zahnradkasten.
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Bei
einem bekannten Zahnradkasten nach der
DE 40 05 204 A1 werden Kegelräder verwendet, so
daß eine
Art Differentialgetriebe erhalten wird. Dabei stehen die Wellen
der miteinander in Eingriff stehenden Kegelräder rechtwinklig zueinander.
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Auch
die Herstellung eines solchen Zahnradkastens ist relativ teuer,
da die Kegelräder
an sich hohen Genauigkeitsanforderungen genügen müssen, so wie auch die Unterstützung der
Kegelräder,
da die Verzahnungen der Kegelräder
genau in Eingriff sein müssen.
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Aus
der WO 90/08 271 A1 ist weiterhin ein ähnlicher Zahnradkasten wie
eingangs beschrieben bekannt, bei dem es zwei konzentrische, in
entgegengesetztem Drehsinn arbeitende Wellen gibt, deren eine hohl
ist und die andere aufnimmt. Die eine ist die Antriebswelle und
mit einem Motor verbunden, und beide Wellen sind durch den Zahnradkasten
verbunden. Es sind zwar zwei Kronenräder angeordnet, die mit Ritzeln
kämmen,
und die Achsen der Ritzel stehen senkrecht auf den Achsen der konzentrischen Wellen.
Jedes Kronenrad hat aber nur eine Verzahnung auf einer Radi alfläche. Deshalb
können
mit Nachteil nicht mechanische zusätzliche Signale von den Kronenrädern abgenommen
werden, so daß die Steuerungsmöglichkeiten
verhältnismäßig gering sind.
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Weiterhin
ist aus der
DE 88 03
194 U1 ein Ruderpropeller für den Antrieb eines Fahrzeuges
bekannt, wobei eine Schraube auf einer Antriebswelle montiert ist.
Zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle ist eine rechtwinklige
Zahnradübersetzung
angebracht, die als Kronenradübersetzung
ausgeführt
ist, aber nur mit einem auf der Antriebswelle montierten Ritzel
kämmt. Ähnlich liegen
die Verhältnisse
im Fall von zwei Abtriebswellen, die jeweils mit einem Kronenrad
versehen sind, das aber wieder nur mit dem auf der Antriebswelle
montierten Ritzl in Eingriff steht. Außerdem hat das jeweilige Kronenrad
nur auf einer Radialfläche
eine Verzahnung mit der Folge, daß es wieder weniger Steuer-
und Variationsmöglichkeiten
für die
bekannte Zahnradübersetzung gibt.
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Weiterhin
ist aus der WO 92/01 877 A1 ein Differentialgetriebe bekannt, welches
zwischen eine Antriebswelle und zwei Abtriebswellen angeordnet werden
kann. Auch hier sind zwar wieder zwei Kronenräder im Einsatz, diese haben
aber nur auf einer Radialfläche
eine Verzahnung, so daß die
Steuerungsmöglichkeiten
beschränkt
sind.
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Es
ist die Aufgabe der Erfindung, einen Zahnradkasten der obengenannten
Art zu schaffen, wobei keinen hohen Genauigkeitsanforderungen genügt werden
muß, so
daß die
Kosten davon erheblich herabgesetzt werden können.
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Gemäß der Erfindung
wird diese Aufgabe bei einem Zahnradkasten mit den Merkmalen des
Oberbegriffs nach Anspruch 1 dadurch gelöst, daß das erste und das zweite
Zahnrad als i Kronenrad ausgebildet sind und wenigstens eines der
Kronenräder
mit einer zusätzlichen
Verzahnung, die mit einem sekundären
Ritzel zusammenarbeiten kann, versehen ist.
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Bei
der Herstellung der damit zu verwendenden Kronenräder und
des wenigstens einen an dem Ritzelträger angeordneten Ritzels kann
mit weiten Toleranzen gearbeitet werden. Des weiteren ist die Lage
der Ritzel, in dessen Axialrichtung gesehen, viel weniger kritisch,
als dies bei der Anwendung von Kegelrädern, wie bei dem oben beschriebenen
Zahnradkasten, der Fall ist.
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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.
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Ein
solches Ritzel, wie es vorstehend als sekundäres Ritzel bezeichnet ist,
kann zum Beispiel dem Antrieb des betreffenden Kronenrads mit variabler
Drehzahl dienen.
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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.
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Es
ist jedoch auch möglich,
die zusätzliche Verzahnung
zu erzielen, indem zumindest eines der Kronenräder doppelt ausgeführt ist,
d.h., 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.
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Selbstverständlich ist
es auch möglich,
die zusätzliche
Verzahnung unter einem schrägen
Winkel an den Kronenrädern
anzuordnen.
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Dabei
kann vorgesehen werden, daß das Kronenrad,
das mit variabler Drehzahl antreibbar sein muß, mit einem sekundären Ritzel,
dessen Antrieb über
einen in Drehzahl regelbaren Hydromotor, Elektromotor oder dergleichen
stattfindet, in Eingriff ist.
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Die
Energie für
den Antrieb des sekundären Ritzels,
das mit dem Kronenrad, dessen Drehzahl variiert werden können muß, in Eingriff
steht, kann dadurch erhalten werden, daß auch das andere Kronenrad
mit einem sekundären
Ritzel, das dem Antrieb einer Hydropumpe, eines Generators oder
dergleichen dient, in Eingriff steht.
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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 einen Hydromotor, der für den Antrieb
mit regelbarer Drehzahl des anderen Kronenrads sorgt. Die Energie,
die eventuell für
den Antrieb mit regelbarer Drehzahl des betreffenden Kronenrads
benötigt
wird, kann dadurch vom ersten Kronenrad abgenommen werden, so daß nur wenig
Energie verloren geht.
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Wenn
man von einem Regelbereich von 25% und einer Nutzleistung einer
Hydropumpe mit Hydromotor von 80% ausgeht, beträgt der Nutzleistungsverlust
bei den äußersten
Regelpositionen nur 5%. Dies ist besonders vorteilhaft für einen
Zahnradkasten mit mechanisch-variablem Getriebe.
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Man
erkennt deutlich, daß auch
die dabei angewandten sekundären
Ritzel keinen hohen Genauigkeitsanforderungen genügen müssen und
daß auch
deren Position in Axialrichtung in Bezug auf die damit in Eingriff
stehenden Kronenräder
nicht kritisch ist.
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Die
Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung
mit den anliegenden Zeichnungen näher erläutert. Dort zeigen:
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1 schematisch eine Ansicht
mit Teilschnitt einer Ausführungsform
eines Zahnradkastens gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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2 und 3 schematisch Anordnungen von Systemen,
in denen ein Zahnradkasten gemäß 1 angewandt ist; und
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4, 5 und 6 schematisch
einige andere Ausführungsformen
eines Zahnradkastens gemäß der Erfindung.
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Der
in 1 gezeigte Zahnradkasten
enthält den
Kasten 1, in dem eine hohle Eingangswelle 2 in nicht
näher angegebenen
Lagern 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, verbunden werden.
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Der
Kasten 1 und die Welle 2 dienen zugleich der Drehlagerung
der Ausgangswelle 5, die mit einem hier nicht näher angedeuteten
anzutreibenden Werkzeug verbunden werden kann wobei die Drehlagerung
der Ausgangswelle 5 nicht näher angedeutet ist.
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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 versehen ist. Die Verzahnung 7 ist
mit Ritzeln 9 in Eingriff, die an einem Ritzelträger 10 drehbar
angeordnet sind. Der Ritzelträger 10 ist
mit der Ausgangswelle 5 fest verbunden, zum Beispiel mittels
eines Keiles oder dergleichen.
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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 Ausgangswelle 5 drehbar montiert. Die Drehzahl
des Kronenrads 12 kann noch auf eine später zu beschreibende Weise
variiert werden.
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Wenn
das Kronenrad 12 in einer festen Position gehalten wird,
entspricht die Drehzahl der Ausgangswelle 5 der Hälfte der
Drehzahl der Eingangswelle 2. Bei gleichbleibender Drehzahl
der Eingangswelle 2 kann durch Drehung des Kronenrads 12 in
die eine Richtung die Drehzahl der Ausgangswelle erhöht und durch
Drehung in die andere Richtung gesenkt werden.
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Mit
der zusätzlichen
Verzahnung 8 des Kronenrads 6 ist ein sekundäres Ritzel
in Eingriff, das mit einer Hydropumpe 15 verbunden ist.
Das von der Pumpe 15 gepumpte hydraulische Medium wird über eine
Regelvorrichtung 16 einem Hydromotor zugeführt. Der
Hydromotor 17 treibt ein sekundäres Ritzel 18 an,
das mit der zusätzlichen
Verzahnung 13 des Kronenrades 12 in Eingriff ist.
Mittels der Regelvorrichtung 16 kann die Drehzahl und zugleich
die Drehrichtung des Kronenrades 12 und damit die Drehzahl der
Ausgangswelle 5 geregelt werden.
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Wie
schon oben gesagt, kann die Hydropumpe 15 von einem Generator
und der Hydromotor 17 von einem Elektromotor ersetzt werden,
wobei dann eine elektrische Regelvorrichtung 16 verwendet
werden kann. Wenn eine schon vorhandene Spannungsquelle verwendet
werden kann, kann der Generator auch weggelassen werden. Das sekundäre Ritzel 14 und
die zusätzliche
Verzahnung 8 sind dann ebenfalls überflüssig.
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2 zeigt einen Anwendungsfall
eines Zahnradkastens 19 gemäß der vorliegenden Erfindung
bei Antrieb einer Schraube 20 und einer Sandpumpe 21 mittels
eines Verbrennungsmotors 22. Der Motor 22 kann,
wenn dies erforderlich ist, über
ein Getriebe die Schraube antreiben, während zwischen der Sandpumpe 21 und
dem Motor 22 der Zahnradkasten 19 zwischengeschaltet
ist.
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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 angetrieben
und wird für
die Pumpe 21 eine relativ geringe Drehzahl und eine relativ
geringe Leistung angewandt werden. Wenn das Baggergemisch zum Ufer
gepreßt
wird, wird nicht gefahren, und die Pumpe muß mit einer höheren Drehzahl
angetrieben werden und erfordert eine höhere Leistung. Diese Leistung
kann dann mit der Hydropumpe 15 abgenommen und mit dem
Hydromotor wieder zugeführt
werden, wodurch zugleich die Drehzahl der Pumpe erhöht werden
kann.
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3 zeigt die Möglichkeit
den Motor 22 für den
Antrieb einer Schraube 20 und eines Generators 23 zu
verwenden. 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.
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4 zeigt eine Ausführungsform
eines Zahnradkastens 19, wobei die Kronenräder 6 und 12 doppelt
ausgeführt
sind, d.h., daß die
zusätzlichen Verzahnungen 8 und 13 als
Kronenverzahnungen auf den Seitenflächen des Kronenrades 6 bzw.
Kronenrades 12 angeordnet sind. Die Achsen 24 der
mit den Kronenrädern 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 klein wie möglich gehalten werden soll.
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5 zeigt eine Ausführungsform
eines Zahnradkastens 19, die in großem Umfang mit der gemäß 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 Kronenrad 6 ist drehbar auf der Welle 5 gelagert,
die am Gehäuse 1 des
Zahnradkastens 19 drehbar gelagert ist.
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Auf
diese Weise kann ein anderes Übertragungsverhältnis realisiert
werden.
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Schließlich zeigt 6 noch eine Ausführungsform,
bei welcher die (angetriebene) Eingangswelle 2 nicht mit
dem Kronenrad 6, sondern mit dem Ritzelträger 10 verbunden
ist. Der Ritzelträger 10 ist jetzt
mit der zusätzlichen
Verzahnung 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 stillstehendem Kronenrad 12 beträgt die Drehzahl
der Ausgangswelle 5 jetzt das Doppelte der Drehzahl der
Eingangswelle 2.
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Es
versteht sich, daß nur
einige mögliche Ausführungsformen
einer Vorrichtung gemäß der Erfindung
und nur einige Anwendungsfälle
in der Zeichnung illustriert und oben beschrieben sind und daß viele Änderungen
gemacht werden können,
ohne daß diese
außerhalb
des Schutzumfanges der Erfindung fallen.
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So
kann im Zahnradkasten gemäß der vorliegenden
Erfindung noch ein weiteres Zahnradsystem für die Realisierung des gewünschten
Gesamtübertragungsverhältnisses
untergebracht sein. Bei der Ausführungsform
gemäß 6 kann zum Beispiel die
Ausgangswelle 5 exzentrisch angeordnet sein und über ein
Ritzel und eine zusätzliche
Verzahnung auf dem Kronenrad 6 angetrieben werden.