DE19821813C1 - Planetenzahnradgetriebe für hohe Drehzahlen und zu übertragende niedrige Drehmomente - Google Patents
Planetenzahnradgetriebe für hohe Drehzahlen und zu übertragende niedrige DrehmomenteInfo
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Abstract
Ein spielarmes Planetenzahnradgetriebe für hohe Drehzahlen und zu übertragende niedrige Drehmomente mit Wälzlagerungen der sich innerhalb des Getriebes drehenden Teile soll für eine hohe wartungsfreie Lebensdauer bei Dauerbetrieb mit hohen Antriebsdrehzahlen ausgelegt werden. DOLLAR A Zu diesem Zweck zeichnet sich ein solches Getriebe durch folgende Merkmale aus DOLLAR A - die Laufflächen zumindest einzelner der Zahnräder sind beschichtet, DOLLAR A - die Laufflächen-Schichten besitzen eine höhere Verschleißbeständigkeit und einen niedrigeren Reibungskoeffizienten als das jeweils zugehörige Grundmaterial, DOLLAR A - alle gegeneinanderlaufenden Flächen des Getriebes sind mit Abschluß der Getriebemontage dauerlauffähig, DOLLAR A - innerhalb des Getriebes zirkuliert während des Getriebebetriebes kein einem Schmierölsammelraum entstammendes, einzelne der sich bewegenden Teile des Getriebes frei umströmendes Schmieröl.
Description
Die Erfindung betrifft ein Planetenzahnradgetriebe mit den
Merkmalen a) und f) des Patentanspruchs 1.
Ein derartiges Getriebe ist aus DE 40 36 209 C1 bekannt. Zur
Erzielung einer dauerbetriebsfesten Dichtung des Getriebein
nenraumes werden bei jenem bekannten Getriebe Labyrinthdich
tungen eingesetzt. Die Schmierung der Zahnräder erfolgt
durch in dem Getriebegehäuse vorgesehenes Schmieröl, das in
einer derart geringen Menge eingesetzt wird, das ein sich in
dem Gehäuseinneren bildender Schmierölsumpf stets sicher un
terhalb der Labyrinthdichtungen zu liegen kommt. Hierdurch
wird vermieden, daß Schmieröl die Labyrinthdichtungen zum
Getriebeäußeren hin durchdringen kann. Die Labyrinthdichtun
gen sowie eine geringe Schmierölmenge dienen dem Zweck, ei
ner Erwärmung des Getriebes während dessen Dauerbetriebes
entgegenzuwirken. In beiden Fällen geschieht dies durch eine
Reibungsverminderung, die bei den Labyrinthdichtungen durch
fehlende Gleitflächen und bei dem Schmieröl durch ein klei
nes Schmieröl-Planschvolumen erreicht wird.
Aus der Veröffentlichung Sauer, Rainer "Gleiten ohne Schmie
ren" in "Der Konstrukteur", 1997, Nr. 10, S. 50, 52 sind
verschleißvermindernde Beschichtungen von Zahnrädern be
kannt. Derartige Beschichtungen werden dort insbesondere für
Getriebe empfohlen, die anwendungsbedingt schmierstofffrei
arbeiten müssen sowie für Getriebe, bei denen durch das Ver
schleißverhalten der Zahnräder insbesondere bei ungewolltem
Schmiermittelausfall noch gute Notlaufeigenschaften sicher
gestellt sein sollen.
Die Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, ein spielar
mes, für einen langen, wartungsfreien Dauerbetrieb geeigne
tes Planetenzahnradgetriebe mit den Merkmalen a) und f) des
Patentanspruchs 1 zu schaffen, bei dem der Dauerbetrieb vor
allem bei hohen Drehzahlen und zu übertragenden niedrigen
Drehmomenten sicher gewährleistet ist. Ein besonderes Augen
merk richtet die Erfindung dabei auf die Problematik, die
sich bei einem Dauerbetrieb eines solchen Getriebes durch
vorzeitig ausfallende Dichtungen ergibt, durch die der Ge
triebeinnenraum nach außen gedichtet wird.
Gelöst wird dieses Problem durch ein Planetenzahnradgetriebe
mit sämtlichen Merkmalen des Patentanspruchs 1.
Durch die erfindungsgemäße Beschichtung der Zahnflanken der
Getrieberäder kann überraschenderweise auch bei einem auf
einen Dauerbetrieb mit hohen Drehzahlen ausgelegten Getriebe
ein wartungsfreier Betrieb über die gesamte Betriebszeit si
chergestellt werden. Die hierdurch erreichbaren Dauerbe
triebszeiten liegen bei mehreren 100 Stunden und gehen ins
besondere nach oben bis zu Dauerbetriebszeiten von über
30.000 Stunden.
Wegen vorzeitig ausfallender, den Getriebeinnenraum nach au
ßen dichtender Gleitdichtungen waren bisher derartig hohe
Dauerbetriebszeiten wartungsfrei nicht zu erreichen. Der
vorzeitige Ausfall der Gleitdichtungen beruhte bei den vor
bekannten Ausführungen auf einer jeweils zu hohen Wärmebela
stung dieser Dichtungen.
Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der
Unteransprüche, auf die bei der Beschreibung eines Ausfüh
rungsbeispieles noch näher eingegangen wird.
Die Erfindung beruht in erster Linie auf dem allgemeinen Ge
danken, auf die bisher übliche Flüssigkeitsschmierung der
Getrieberäder wie sie dem Prinzip nach auch noch bei dem
eingangs zum Stand der Technik angegebenen Getriebe nach
DE 40 36 209 C1 trotz der dort gewählten geringen Flüssig
keitsmenge noch gegeben ist, ganz zu verzichten und hier
durch geringe Betriebstemperaturen auf eine überraschend
einfache Weise zu ermöglichen.
Die wesentliche Maßnahme zur Erniedrigung der Betriebstempe
ratur des Getriebes besteht darin, daß die ineinandergrei
fenden Zahnräder an ihren Laufflächen nicht durch im Getrie
beinneren frei zirkulierendes, einem Schmierölsammelraum
entstammendes Schmieröl geschmiert werden. Bei einem frei
zirkulierenden Schmieröl wird nämlich allein aufgrund der
Planschbewegung des Schmieröles bereits eine relativ hohe
thermische Verlustleistung erzeugt. Daher sind die Zahnrad
flanken erfindungsgemäß mit reibungsarmen, verschleißfesten
Beschichtungen überzogen, wodurch die Zahnräder ohne eine
Schmierölzirkulation schmierölfrei oder zumindest schmier
mittelarm dauergeschmiert mit einem hervorragenden Wirkungs
grad ineinanderkämmen können.
Die antriebs- und abtriebsseitigen Wälzlager für die An- bzw.
Abtriebswelle können fettgeschmierte Lebensdauer-Wälzlager
sein.
Für die Lagerung der Planetenräder auf den Planetenradbolzen
sind vorteilhafterweise Nadellager eingesetzt.
Wegen einer bei der erfindungsgemäßen Getriebeausführung feh
lenden Schmierung durch frei zirkulierendes, einem Schmieröl
sammelraum entstammendes Schmieröl sind die an- und ab
triebsseitigen Dichtungen nicht mehr mit Bezug auf eine
Schmieröldichtung auszulegen. Dadurch können Radialdichtun
gen eingesetzt werden, die lediglich äußerst geringe bis
überhaupt keine Reibungsverluste erzeugen.
Als verschleißfeste, reibungsarme Laufschichten auf den
Zahnrad-Laufflächen eignen sich insbesondere sogenannte PVD
-Schichten (PVD = Physical Vapor Deposition) aus einem oder
mehreren der Materialien Silver TIN, TICN, TIC, Wolframcarbid
oder Gold TIN. Diese Schichtmaterialien sind an sich bereits
bekannt und zwar sowohl bezüglich der Art, wie sie als PVD-
Schichten aufzubringen sind als auch bezüglich ihrer
reibungsarmen und verschleißfesten Eigenschaften. Die
erfindungsgemäßen Laufschichten werden jeweils auf ein fertig
bearbeitetes Teil aufgebracht.
Um in Fällen, in denen für einzelne Teile des Getriebes
geringe Mengen an Dauer-Schmiermitteln vorgesehen werden,
diese Mengen im Bereich der betreffenden Teile (beispielsweise
der Zahnräder einerseits und der an- und abtriebsseitigen
Wälzlager andererseits) dauerhaft halten zu können, sind diese
Teile vorteilhafterweise in möglichst weitgehend voneinander
getrennten Kammern untergebracht. Von diesen drei Kammern
nimmt eine die Zahnräder und die beiden anderen jeweils ein
an- bzw. abtriebsseitiges Wälzlager auf. Als an- und
abtriebsseitiges Wälzlager sind hier jeweils die gesamten an-
bzw. abtriebsseitig erforderlichen Wälzlagermittel zu
verstehen.
Ein nachstehend noch näher beschriebenes Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt.
Diese zeigt in
Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein Planetengetriebe.
In einem schematisch dargestellten Getriebegehäuse 1 ist ei
ne Antriebswelle 2 mit einem Antriebsritzel 3 in Wälzlagern
4 axial fixiert gelagert. Das Antriebsritzel 3 treibt über
sich in einem gehäusefesten Hohlrad 5 abstützende Planeten
räder 6 einen fest mit einer Abtriebswelle 7 verbundenen Um
laufträger 8 an. Die aus dem Umlaufträger 8 und der Ab
triebswelle 7 bestehende Einheit ist innerhalb des Getriebe
gehäuses 1 über Wälzlager 9 axial fixiert gelagert.
Die tragenden Zahnflächen des Antriebsritzels 3, der Plane
tenräder 6 sowie des Hohlrades 5 sind jeweils mit einer der
eingangs angegebenen, nach dem PVD-Beschichtungsverfahren
aufgebrachten Laufflächenschicht überzogen. Es können alter
nativ alle Zahnräder 3, 6 und 5 oder nur die Planetenräder 6
oder nur die Planetenräder 6 und das Ritzel 3 beschichtet
sein.
Die Wälzlager 4 und 9 sind fettgeschmierte Lebensdauer-
Lager.
Die Zahnräder 3, 6 und 5 greifen im Getriebebetrieb ohne ei
ne Schmierung durch zirkulierendes Schmieröl ineinander ein.
Zur Schmierung kann eine minimale Menge an Fett dienen.
Die Planetenräder 6 sind auf Planetenradbolzen über Nadella
ger 11 gelagert.
Die An- und Abtriebswelle 2 bzw. 7 ist jeweils durch einen
Labyrinthdichtring 13 gegenüber dem Getriebegehäuse 1 ge
dichtet. Abtriebsseitig kann alternativ auch ein Radialwel
lendichtring eingebaut sein.
Innerhalb des Getriebegehäuses 1 sind insgesamt drei, mög
lichst weitgehend voneinander getrennte Kammern 10, 12 und
14 vorgesehen. Von diesen Kammern nehmen die Kammer 12 die
Zahnräder 3, 5, 6 und die Kammern 10 und 14 jeweils die
Wälzlager 4 bzw. 9 auf. Die drei Kammern 10, 12 und 14 sind
konstruktiv derartig voneinander getrennt, daß dort jeweils
vorgesehene geringe Dauerschmiermittelmengen innerhalb des
betreffenden Kammerraumes verbleiben können.
Das beschriebene Planetenzahnradgetriebe kann insbesondere
mit Antriebsdrehzahlen von über 6.000 U/min wartungsfrei
über die gesamte Getriebelaufzeit betrieben werden. Aufgrund
der erfindungsgemäß niedrig gehaltenen Reibungsverluste er
folgt bei hohen Drehzahlen selbst bei Dauerbetrieb keine le
bensdauervermindernde Erwärmung des Getriebes.
Praxisversuche mit einem erfindungsgemäßen Planetenzahnrad
getriebe haben eine überraschend lange Lebensdauer bewiesen.
Claims (5)
1. a) Für einen langen, wartungsfreien Dauerbetrieb ausge
legtes Planetenzahnradgetriebe mit einem Antriebsrit
zel (3), einem Hohlrad (5) und gleichzeitig in dem An
triebsritzel (3) und dem Hohlrad (5) kämmenden Plane
tenrädern (6) mit hohen Drehzahlen und zu übertragen
den niedrigen Drehmomenten mit Wälzlagerungen (4, 9,
11) der sich innerhalb des Getriebes drehenden Teile,
bei dem
- a) das Getriebe spielarm ausgelegt ist,
- b) von den Zahnrädern (3, 5, 6) zumindest die Zahnflanken der Planetenräder (6) beschichtet sind,
- c) die Zahnflanken-Schichten eine höhere Verschleißbe ständigkeit und einen niedrigeren Reibungskoeffizien ten als das jeweils zugehörige Grundmaterial besitzen,
- d) die Zahnräder (3, 5, 6) schmiermittelfrei oder schmiermittelarm zahnflankenbezogen dauergeschmiert laufen,
- e) alle Wälzlager (4, 9, 11) eigenständig dauergeschmiert sind,
- f) innerhalb des Getriebes sich kein auch nur eines der sich bewegenden Teile (insbesondere 3, 5, 6, 4, 9, 11) während des Getriebebetriebes auch nur bereichsweise umströmendes, flüssiges Schmiermittel befindet.
2. Getriebe nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß zumindest die Planetenräder (6) und das Hohlrad (5)
zahnflankenbeschichtet sind.
3. Getriebe nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß alle Zahnräder (3, 5 und 6) zahnflankenbeschichtet sind.
4. Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Zahnflanken-Schichten der Zahnräder (3, 5, 6) als
PVD-Schichten (PVD = Physical Vapor Deposition) aus einem
oder mehreren der Materialien Silver TIN, Gold TIN, TICN,
TIC oder Wolframcarbid ausgebildet sind.
5. Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß innerhalb des Getriebegehäuses (1) insgesamt drei, mög
lichst weitgehend voneinander getrennte Kammern (10, 12, 14)
vorgesehen sind, von denen die erste Kammer (12) die Zahnräder (3,
5, 6) und die beiden weiteren Kammern (10, 14) jeweils die Wälzlager (4)
bzw. (9) für die Antriebswelle (2) bzw. die Abtriebswelle
(7) aufnehmen.
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---|---|---|---|
8100 | Publication of the examined application without publication of unexamined application | ||
D1 | Grant (no unexamined application published) patent law 81 | ||
8363 | Opposition against the patent | ||
R010 | Appeal proceedings settled by withdrawal of appeal(s) or in some other way | ||
R037 | Decision of examining division or of federal patent court revoking patent now final | ||
R107 | Publication of grant of european patent rescinded |
Effective date: 20130926 |