DE19734474A1 - Zahnradgetriebegruppe zum Koppeln zweier konzentrischer Wellen mit einer einzelnen Antriebswelle - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zahnradgetriebegruppe zum Koppeln zweiter konzentrischer Wellen mit einer einzelnen Antriebswelle.

Bekanntlich wird die Leistung von einer Maschine auf ein Fluid oder von einem Fluid auf eine Benutzereinrichtung mit höherem Wirkungsgrad übertragen, wenn man zwei gegensinnig rotierende Propeller verwendet. Bisher wurde Energie von ei­ nem Motor auf ein Fluid (Luft) durch Verwendung zweier Moto­ ren übertragen, die so ausgebildet sind, daß sie jeweils un­ abhängig voneinander einen Propeller antreiben. Oder man hat einen einzelnen Motor verwendet, dessen Abtrieb jedoch über ein Planetengetriebe läuft, das im Prinzip ähnlich dem Diffe­ rentialgetriebe eines Kraftfahrzeuges ist.

Die Verwendung eines solchen Getriebes aber hat den Nachteil, daß die einzige Eingangsantriebswelle immer rechtwinklig oder parallel zu den beiden Abtriebswellen ist. Zusätzlich zu den bekannten Nachteilen aufgrund der Gesamtabmessungen, des Ge­ wichtes und der mechanischen Komplexität wegen der Verwendung von Kegelzahnrädern begrenzt dies die Anzahl der geeigneten Anwendungen erheblich.

Darüber hinaus ist es unmöglich, die Drehung der Antriebs­ welle gleichsinnig mit einer der beiden Zwillingswellen zu wählen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine neue Zahnrad­ getriebegruppe mit Stirnrädern zur Kopplung zweier konzentri­ scher und entgegengesetzt drehender Wellen (Zwillingswellen) mit einer Einzelwelle anzugeben, bei der eine Parallelität zwischen den Achsen der Antriebswelle und der Zwillingswellen gewährleistet ist.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, eine Zahnradgetriebe­ gruppe anzugeben, mit der Leistung auf eine der drei Wellen (entweder die Zwillingswellen oder die Antriebswelle) über­ tragen und von den anderen beiden abgenommen werden oder mit der Leistung auf zwei der Wellen übertragen und von der drit­ ten Welle abgenommen werden kann, d. h. bei dem ein vollstän­ dig reversibler Betrieb möglich ist.

Schließlich ist es ein Ziel der Erfindung, eine Zahnradge­ triebegruppe anzugeben, die einfach im Aufbau ist, um so me­ chanische Einfachheit mit hoher Zuverlässigkeit zu kombinie­ ren.

Diese und weitere Aufgaben, die im folgenden noch erläutert werden, werden durch eine Zahnradgetriebegruppe gelöst umfas­ send zwei zueinander konzentrische Zwillingswellen, nämlich eine innere und eine äußere Welle, ein Hauptzahnrad für jede Zwillingswelle, das mit dieser drehfest verbunden ist, eine Einzelwelle mit einem ersten Kopplungszahnrad, das mit dem Zahnrad der inneren oder der äußeren Welle kämmt, und mit ei­ nem zweiten Kopplungszahnrad, und mindestens eine Zwischen­ welle, die drehfest mit zwei Kopplungszahnrädern verbunden ist, die mit dem zweiten Kopplungszahnrad der Einzelwelle bzw. dem Hauptzahnrad der inneren oder äußeren Welle kämmen.

Vorzugsweise sind die Zwillingswellen parallel zur Einzel­ welle und der Zwischenwelle gerichtet und die Zahnräder alle Stirnräder.

Weitere Merkmale und Vorteil der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen, die in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind. Es zeigen:

Fig. 1 eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer ersten Ausführungsform einer Zahnrad­ getriebegruppe mit parallelen Wellen und Stirnrädern, wobei eine gleichsinnige Dre­ hung der Einzelwelle und der äußeren Zwil­ lingswelle erreicht wird,

Fig. 2 eine schematische Endansicht der Zahnradge­ triebegruppe gemäß Fig. 1,

Fig. 3 eine teilweise geschnittene Unteransicht der Zahnradgetriebegruppe gemäß Fig. 2,

Fig. 4 und 5 teilweise geschnittene Seitenansicht zweier möglicher Ausführungsvarianten von Zahnrä­ dern, in denen die verdeckte Kopplung an der Seite des inneren oder des äußeren Hauptzahnrades erfolgt,

Fig. 6 eine Seitenansicht einer Ausführungsform einer Zahnradgetriebegruppe, bei der alle Abtriebe auf derselben Seite angeordnet sind,

Fig. 7 eine Ansicht einer weiteren Ausführungsform der Zahnradgetriebegruppe, bei welcher die Einzelwelle und das innere Hauptzahnrad gleichsinnig rotieren,

Fig. 8 und 9 eine Endansicht bzw. eine Seitenansicht ei­ ner Zahnradgetriebegruppe mit zwei Zwi­ schenwellen,

Fig. 10 und 11 schematische Darstellungen einer Zahnradge­ triebegruppe mit Kegelzahnrädern und schräg zueinander gerichteten Wellen mit den bei­ den allein möglichen Stellungen für die verdeckte Kopplung, wobei die Einzelwelle und die äußere Zwillingswelle gleichsinnig rotieren,

Fig. 12 eine Ausführungsform einer Zahnradgetriebe­ gruppe mit Kegelzahnrädern, bei der alle Abtriebe auf derselben Seite liegen,

Fig. 13 eine schematische Darstellung einer Varian­ te gemäß Fig. 10, bei welcher die Einzel­ welle und die innere Zwillingswelle gleich­ sinnig rotieren,

Fig. 14 eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer Zahnradgetriebegruppe mit einem Über­ tragungsverhältnis von 1 : 1, bei welcher ein direkter Abtrieb an dem inneren Hauptzahn­ rad vorgesehen ist, und

Fig. 15 eine perspektivische Ansicht einer Verwen­ dung einer erfindungsgemäßen Zahnradgetrie­ begruppe, wie sie beispielsweise in Fig. 6 dargestellt ist, bei einer Lehren- oder Greiferanordnung.

Gleiche oder ähnliche Teile oder Komponenten sind in den ver­ schiedenen Figuren der beigefügten Zeichnungen mit denselben Bezugszeichen versehen.

In den Fig. 1 bis 3 erkennt man, daß eine Zahnradgetriebe­ gruppe 1 gemäß der vorliegenden Erfindung zwei konzentrische Zwillingswellen, nämlich eine innere Welle 2 und eine äußere rohrförmige Welle 3 hat, wobei jede Welle drehfest mit einem Hauptzahnrad 4 bzw. 5 verbunden ist. Nach der relativ zu den Zwillingswellen 2 und 3 entgegengesetzten Seite erstreckt sich eine Einzelwelle 6, auf der ein erstes Kopplungszahnrad 7, das mit dem Hauptzahnrad 4 an der inneren Welle 2 kämmt, und ein zweites Kopplungszahnrad 8 verkeilt oder auf andere Weise befestigt sind. Schließlich umfaßt die Zahnradgetriebe­ gruppe 1 eine Zwischenwelle 9, die ihrerseits drehfest mit zwei Kopplungszahnrädern 10 und 11 verbunden ist, von denen das Zahnrad 10 mit dem zweiten Kopplungszahnrad 8 auf der Einzelwelle 6 kämmt, während das anderen Zahnrad 11 mit dem Hauptzahnrad 5 der Außenwelle 3 kämmt. Man erkennt, daß bei dieser Zahnradgetriebegruppe ein direkter Zahneingriff zwi­ schen dem Zahnrad 7 und dem Hauptzahnrad 4 (innerer Ein­ griff), zwischen dem Zahnrad 8 der Einzelwelle 6 und dem Zahnrad 10 auf der Zwischenwelle (verdeckter Eingriff) und zwischen dem Zahnrad 11 auf der Zwischenwelle 9 und dem äuße­ ren Hauptzahnrad 5 (äußerer Eingriff) besteht.

Ferner besteht ein direkter Eingriff zwischen der Einzelwelle 6 mit einer der beiden Zwillingswellen über das innere Haupt­ zahnrad 4, um so eine gleichsinnige Drehung der Einzelwelle und der äußeren Zwillingswelle zu erreichen.

Die Zahnräder 4, 5, 7, 8, 10 und 11 sind alle Stirnzahnräder, so daß die Zwillingswellen 2 und 3 parallel zur Einzelwelle 6 und zur Zwischenwelle 9 sind.

Eine Zahnradgetriebegruppe der vor stehend beschriebenen Art hat viele praktische Anwendungen. So kann beispielsweise die Einzelwelle durch eine Antriebsquelle angetrieben werden, beispielsweise einen Elektromotor und kann eine Bewegung auf zwei gegenläufig rotierende Propeller übertragen, die an den beiden Zwillingswellen 2 und 3 befestigt sind. Ferner kann ein System der vorstehend genannten Art dazu dienen, Energie aus Wind aufzunehmen und auf einen elektrischen Generator zu übertragen. In beiden Anwendungsbeispielen wird ein hoher Wirkungsgrad durch die Verwendung von gegenläufig rotierenden Propellern erreicht.

Wenn man dieselbe Drehgeschwindigkeit für die Einzelwelle und die Zwillingswellen 2 und 3 erzielen will, sollten die Zahn­ räder 7 und 8 auf der Einzelwelle identisch mit den Haupt­ zahnrädern 4 und 5 sein. Wenn man dagegen eine Erhöhung oder Verringerung der Drehgeschwindigkeit erreichen will, sollten die Zahnräder auf der Einzelwelle größer bzw. kleiner als die Hauptzahnräder sein.

Ein gleicher Modul der Drehgeschwindigkeiten der beiden Zwil­ lingswellen 2 und 3 wird mit Hilfe dreier Zahnradpaare er­ reicht, von denen jedes aus zwei identischen Zahnrädern be­ steht, während die Zahnräder 7 und 8 der Einzelwelle kleiner als die Zahnräder der Zwischenwelle 9 sind, die ihrerseits kleiner als die Hauptzahnräder 4 und 5 sind.

Wenn man die beiden Hauptzahnräder 4 und 5 näher zusammen­ rücken will, kann der verdeckte Kopplungseingriff zwischen der Einzelwelle 6 und der Zwischenwelle 9 entweder in Rich­ tung auf das innere Hauptzahnrad (siehe Fig. 4) oder in Richtung auf das äußere Hauptzahnrad 5 verschoben werden, wie dies in Fig. 5 dargestellt ist.

Die von der inneren Welle 2 der Einzelwelle 6 gebildeten Ab­ triebe können anders als bei den in den Fig. 1 bis 5 dar­ gestellten Ausführungsformen auch beide auf derselben Seite angeordnet sein, wie dies Fig. 6 zeigt.

Fig. 7 zeigt eine Ausführungsform, bei der ein direkter Ein­ griff zwischen der Einzelwelle 6 und einer der beiden Zwil­ lingswellen 2 und 3 durch Zahnradeingriff mit dem äußeren Hauptzahnrad 5 erfolgt, so daß die Einzelwelle 6 und die in­ nere Zwillingswelle 2 gleichsinnig rotieren.

Die in den Fig. 8 und 9 dargestellte Ausführungsform um­ faßt zwei Zwischenwellen 9 und 9′, von denen jede drehfest mit zwei Zahnrädern 10, 10′ bzw. 11, 11′ ist, die auf bezüg­ lich der Einzelwelle 6 entgegengesetzten Seite angeordnet sind. Mit anderen Worten heißt dies, daß die Anzahl der Zwi­ schenwellen mit ihren jeweiligen Zahnrädern verdoppelt oder auf andere Weise erhöht werden kann, um die Last auf die Zahnräder der Zahnradgruppe besser zu verteilen.

Die in den Fig. 10 bis 13 dargestellten Ausführungsformen betreffen Zahnradgruppen, die Kegelzahnräder beinhalten, wo­ durch innerhalb weiter Grenzen der Neigungswinkel zwischen der Achse der Einzelwelle 6 und den Achsen der Zwillingswel­ len 2 und 3 variiert werden kann.

Die Fig. 10 und 11 zeigen insbesondere zwei Ausführungs­ formen, bei denen zwei koaxiale und gegenläufig umlaufende Zwillingswellen 2 und 3 mittels einer Einzelwelle angetrieben werden können, die relativ zu den Zwillingswellen geneigt ist, wobei die Neigung durch den Kegelwinkel der Hauptzahnrä­ der 4 und 5 und der Zahnräder 8 (Fig. 10) und 7 (Fig. 11) auf der Einzelwelle 6 sowie des Zahnrades 11 auf der Zwi­ schenwelle 9 bestimmt wird. Dies ist nur möglich, wenn die Achsen der Zwillingswellen 2 und 3, der Einzelwelle 6 und der Zwischenwelle 9 alle in derselben Ebene liegen.

Im Gegensatz zu den Ausführungsformen mit geraden Stirnzahn­ rädern gibt es nur zwei mögliche Stellungen für den verdeck­ ten Eingriff.

Fig. 12 zeigt eine Ausführungsform, bei der alle Abtriebe nach einer Seite weisen. Auch bei diesem Beispiel gibt es nur zwei mögliche Varianten für den verdeckten Eingriff.

Die in der Fig. 13 dargestellte Ausführungsform zeigt, daß man die Drehrichtung der Einzelwelle 6 mit jeder von beiden Zwillingswellen 2 und 3 gleichmachen kann, indem man die Po­ sition der Einzelwelle 6 mit jener der Zwischenwelle 9 ver­ tauscht.

Wenn man die Drehgeschwindigkeit beim Übergang von der Ein­ zelwelle 6 zu den Zwillingswellen 2 und 3 reduzieren oder steigern will, ist es wie im Falle, in dem nur zylindrische Zahnräder verwendet werden, ausreichend, die an der Einzel­ welle vorgesehenen Zahnräder kleiner bzw. größer als die Hauptzahnräder 4 und 5 zu machen. Um ein Geschwindigkeitsver­ hältnis von 1 : 1 zu erhalten, müssen die Zahnräder 7 und 8 identisch mit den Hauptzahnrädern sein.

Fig. 14 zeigt eine Ausführungsform einer Getriebegruppe, in welcher ein 1 : 1 Reduktionsverhältnis dadurch erreicht wird, daß man die Abtriebsleistung direkt an dem inneren Hauptzahn­ rad 4 abgreift.

Unter Beibehaltung der unterschiedlichen Drehrichtungen der Zwillingswellen ist es auch möglich, ihre Geschwindigkeit so zu ändern, daß eine Welle sich langsamer dreht als die ande­ re. Dies kann durch folgende Lösungen erreicht werden:

• - durch Vorsehen unterschiedlicher Abmessungen der Zahnrä­ der auf der Einzelwelle 6;
• - oder durch Vorsehen unterschiedlicher Abmessungen der Zahnräder auf der Zwischenwelle;
• - oder durch Vorsehen unterschiedlicher Abmessungen für die Hauptzahnräder;
• - oder sogar durch Verwendung einer Kombination der oben genannten Lösungen.

Die durch die ebene Anordnung der Achsen der Zwillingswellen, der freien Welle und der Zwischenwelle gesetzte Grenze macht es dagegen unmöglich, zusätzliche Zwischenwellen neben der Welle 9 vorzusehen.

Weitere Ausführungsformen einer Zahnradgruppe der oben be­ schriebenen Art sind Anwendungen im Schiffsbau zum Antrieb zweier gegenläufig rotierender Propeller zum Vortreiben von motorisch angetriebenen Wasserfahrzeugen. Ein Wasserfahrzeug, das mit einem derartigen Zahnrad-Getriebe versehen ist, ist leichter zu steuern, da sein Verhalten für Drehungen nach Backbord und Steuerbord aufgrund des gegenseitigen Ausglei­ ches der Drehmomente der beiden Propeller gleichförmig ist. Jedes unerwünschte überschießende Drehmoment, das in der zur Drehrichtung eines Propellers entgegengesetzten Richtung wirkt, wird auch eliminiert. Außerdem kann man durch die Ver­ wendung zweier Antriebspropeller anstelle eines einzigen ei­ nen wesentlich höheren Wirkungsgrad erreichen, der auf eine Größenordnung von mehr als 10% geschätzt werden kann.

Ähnliche Betrachtungen gelten für Luftfahrzeuge.

Schließlich kann eine Zahnradgetriebegruppe gemäß der vorlie­ genden Erfindung mit Vorteil für die Betätigung eines Lehren oder Greifermechanismus verwendet werden, bei dem zwei Backen 12 und 13 einer Lehre, die auf der äußeren Zwillingswelle 3 bzw. der inneren Zwillingswelle 2 verkeilt sind, wie dies in Fig. 15 schematisch dargestellt ist, gleichzeitig betätigt werden müssen. In diesem Fall ist ein Betätigungshebel 14 drehfest mit der Einzelwelle 6 verbunden und kann entweder manuell oder durch eine geeignete Kraftquelle betätigt wer­ den.

Claims (7)

1. Zahnradgetriebegruppe, gekennzeichnet durch zwei konzen­ trische Zwillingswellen (2, 3), nämlich eine innere und eine äußere Welle, ein Hauptzahnrad (4, 5) für jede Zwil­ lingswelle (2, 3), das mit dieser drehfest verbunden ist, eine Einzelwelle (6) mit einem ersten Kopplungszahnrad (7), das mit einem Hauptzahnrad (4, 5) der inneren oder äußeren Welle (2, 3) kämmt, und mit einem zweiten Kopp­ lungszahnrad (8), und mindestens eine Zwischenwelle (9), die drehfest mit zwei Kopplungszahnrädern (10, 11) ver­ bunden ist, die mit dem zweiten Kopplungszahnrad (8) der Einzelwelle (6) bzw. dem Hauptzahnrad (4, 5) der inneren oder äußeren Welle (2, 3) kämmen.

2. Zahnradgetriebegruppe nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Zwillingswellen (2, 3) parallel zur Einzelwelle (6) und zur Zwischenwelle (9) sind und daß die Kopplungszahnräder (7, 8, 9, 10) Stirnräder sind.

3. Zahnradgetriebegruppe nach Anspruch 1 oder 2, gekenn­ zeichnet durch eine Mehrzahl von Zwischenwellen (9, 9′), von denen jede drehfest mit zwei jeweiligen Kopplungs­ zahnrädern (10, 11; 10′′, 11′) verbunden ist.

4. Zahnradgetriebegruppe nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß mindestens zwei Paare der Kopplungszahnrä­ der Kegelzahnräder (5, 11, 4, 7; 5, 11, 4, 8) sind und daß die Einzelwelle (6) relativ zu den Zwillingswellen (2, 3) in einem Winkel geneigt ist, der eine Funktion der Verjüngung der Kegelzahnräder ist, wobei die Achsen aller Wellen (2, 3, 6, 9) in derselben Ebene liegen.

5. Zahnradgetriebegruppe nach einem der vorangegangenen An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwillingswellen (2, 3) und die Einzelwelle (6) nach derselben Seite oder nach einander entgegengesetzten Seiten gerichtet sind.

6. Fahrzeug, gekennzeichnet durch eine Zahnradgetriebegruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche.

7. Lehrenmechanismus, gekennzeichnet durch eine Zahnradge­ triebegruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche.