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Zahnradbefestigung Zum Antrieb eines Portalkranes auf einem Hochseeschif
wurde ein Antriebsritzel zum Eingriff mit einer auf dem Schiff angeordneten Zahnatange,
die sich ungefähr 200 m weit über die Schiffslänge erstreckt, benötigt. Die Anforderungen
an das Ritzel waren derart, daß es Variationen von ungefähr 12 mm der Mittellinie
und einen Bereich von ungefähr 60 winkliger Verschiebung der Zahnstange aufnehmen
musste. Derartige Anforderungen bei einer Inwendung mit einem derartig hohen Drehmoment
bedingen extrem schwere Belastungen der Kanten der Zähne des Ritzels und der Zahnstange
und verlangen eine Zehnform, die eine Vergrëßerung der Berüh@@@g@fläch@ @@@ @@@@
@@@ größerung der Zahnfestigkeit ermöglicht, die ausreicht, um derartigen Belastungen
zu widerstehen. Nach dem Stand der Technik würde dieses Problem lediglich durch
Vergrösserung der ibmessungen der Getriebeelemente gelöst, um die Last zu verteilen
und um die Festigkeit der Getriebeedlemente zu vergrößern, un den geschätzten Belastungen
widerstehen zu können, die unter Wirkung der variation des mittellinienabstandes
und der winkligen Fluchtungsfehler
auftreten kann.
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Das in der Vergrößerung der Abmessungen bestehende Vorgehen kPnn innerhalb
gewisser Grenzen eine zufriedenstellende Lösung darstellen, Jedoch wenn immer größere
Größen und Belastungen auftreten, wird diese konventionelle Lösung nicht mehr praktikabel.
Es gibt eine praktische Grenze der Getrieberäder und Zahnstangen, die mit einer
vorhandenen Betriebsausstattung hergestellt werden können, jedoch führt die konventionelle
Konstruktionspraxis schon vor Erreichen dieser Grenze zu überaus unhandlichen Getriebesystemen
mit geringem Wirkungsgrad. Folglich war ein neuer Weg zur Berücksichtigung und lösung
dieser Probleme notwendig und die vorliegende Erfindung stellt eine derartige lösung
dar.
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Die Erfindung betrifft eine Befestigung zum Montieren eines Zahnrades
auf einer Welle, bei der eine begrenzte winklige Einstellbarkeit des Zahnrades in
Bezug zur Welle zugelassen wird. Insbesondere besteht die Erfindung aus der Konbination
eines Nabenkörpers, der auf einer Welle befestigt werden kann und der eine Reihe
außenliegender Nuten aufweist, die um ihn herum mit gerundeten, an beiden Seiten
der Nutenreiin Richtung der Welle abfallenden Schultern ausgeformt d, und einem
ringförmigen Zahnrad mit einer Außenversahnung, welches innere Federn oder Nuten
um seinen Innenuifang aufweist} die mit den äußeren Federn oder Daten des Nabenkörpers
ineinandergreifend zusammenpassen und der auf beiden Seiten der inneren Pedern oder
Häuten Tragflächen aufweist, die eine Gleitpassung mit den gerundeten Schultern
des Nabenkörpers bilden.
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Ein aus der im vorigen Absatz beschriebenen Kombination bestehendes
Zahnrad kann sich auf winklige Fluchtungsfehler
zwischen dem Zahnrad
und dem dazugehörigen Getriebebauteil einstellen, unabhängig davon, ob der dazugehörige
Getriebebauteil eine Zahnstange oder ein anderes Zahnrad ist. Folglich kann das
Zahnrad gegen den dazugehörigen Getriebebauteil gedrängt werden, um gleichzeitig
die winklige Fluchtung der ineinandergreifenden Zähne und eine kleine Entfernungstoleranz
der Mittellinien der beiden ineinandergreifenden Bauteile aufrecht zu erhalten.
Die maximale Berührungsfläche wird hierbei erreicht und die Belastung an den Kanten
ist so klein als möglich gehalten.
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Dadurch wird die Notwendigkeit der Vergrößerung der Abmessungen der
Bestandteile des Getriebesystems vermieden, wodurch eine wesentliche Größen- und
Materialersparnis erreicht wird. Weiterhin ermöglicht die Erfindung die Verwendung
von Zahntrieben in Fällen, in denen nach dem Stand der Technik Größen notwendig
wär-en, deren Herstellung nicht sinnvoll wäre. Somit ist eine nach der Erfindung
ausgebildete Bauweise ausgesprochen anpassungsfähig und insbesondere vorteilhaft
bei Anwendungsfällen, in denen relativ niedrige Geschwindigkeiten mit hohem Drehmoment
verbunden auftreten.
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Nach der Erfindung besteht die Zahnradbefestigung zum Befestigen eines
Zahnrades auf einer Welle mit geführter winkliger Einstellung in Bezug auf dievDrehachse
der Welle aus einem Nabenkörper, welcher gegen Drehung festgehalten auf der Welle
angeordnet ist und ist dadurch gekennzeichnet, daß er Nabenkörper,eine Reihe äußerer
Keilzähne mit gerundeten Schultern zwischen den Enden der Keilzähne und den Enden
des Nabenkörpers aufweist, wobei die gerundeten Schultern Segmente einer Kugel sind,
deren Mittelpunkt in der Rotationsachse der Welle liegt, wobei 9auteileMOberflächen
in Gleitpassung auf den gerundeten Schultern
aufweisen und ein ringförmiges
Zahnrad eine um diese Bauteile herum angeordnete Außenverzahnung und innere Keilnuten
zum Eingriff mit den äußeren Keilzähnen des Nabenkörpers aufweist.
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Im folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung unter
Bezugnahme auf die Zeichnungen, in denen diese beispielhaft veranschaulicht ist,
näher erläutert.
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Es zeigt: Fig. 1 eine perspektivische Ansichtteilweise aufgebrochenßeines
erfindungsgemäßen Ritzels in antriebsmässigem Eingriff mit einer Zahnstange; Fig.
2 die Seitenansicht des Ritzels von Figur 1 teilweise aufgebrochen; Fig. 3 die Seitenansicht
im Schnitt des in den Figuren 1 und 2 veranschaulichten Ritzels; Fig. 4 die perspektivische
Ansicht des in der in den Figuren 1 bis 3 veranschaulichten Befestigung verwendeten
Nabenkörpers; und Fig. 5 eine Seitenansicht im Schnitt der in der in den Figuren
1 bis 3 veranschaulichten Zahnradbefestigung verwendeten lagerteile In Figur 1 ist
im antriebsmässigen Eingriff mit einer Zahnstange 2 ein erfindungsgemässes Ritzel
1 veranschaulicht. Wie in Figur 1 veranschaulicht, ist das Ritzel 1
teilweise
aufgebrochen, um die Befestigung des Ritzels 1 auf seiner Welle zu veranschaulichen.
Ein Nabenkörper 4 ist direkt auf der Welle 3 befestigt und der Nabenkörper 4 weist
eine Reihe außenliegender Keilzähne 5 auf, die in der Mitte zwischen seinen Enden
um seinen Außenumfang mit gerundeten in Richtung der Welle 3 auf gegenüberliegenden
Seiten der Reihe außenliegender Keilzähne 5 abfallenden Schultern 6 und 7 angeordnet
ist. Im Abstand von der Reihe außenliegender Keilzähne ist auf den gerundeten Schultern
6 und 7 des Nabenkörpers 4 ein Paar ringförmiger Lagerteile 8 und 9 mit ausgerundeten
Innenflächen 10 bzw. 11 und flachen zylindrischen Außenflächen 12 bzw.
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13 angeordnet.
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Ein ringförmiges Zahnrad 14 ist die zylindrischen Außenflächen 12
und 13 der Lagerteile 8 bzw. 9 umfassend angeordnet und weist eine Reihe innerer
Keilzähne 15 auf, die in der Mitte vor seine Innenfläche 16 vorstehen. Um den Außenumfang
des ringförmigen Zahnrades 14 sind konventionelle Getriebezähne 17 ausgeformt und
stehen in Eingriff mit den Zahnstangenzähnen 18 der Zahnstange 2. Auf beiden Seiten
des Ritzels 1 sind Radwände 19, 20 derart angeordnet, daß sie im wesentlichen im
Abstand von der Zahnstange 2 verlaufen. Die Radwandungen 19, 20 sind an den Seiten
des ringförmigen Zahnrades 14 mittels einer Anzahl von Bolzen 21 und 22 befestigt,
und die Lagerteile 8 und 9 sind an den entsprechenden Radwandungen 19, 20 durch
Riegelstifte 23 bzw. 24 befestigt.
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Der Nabenkörper 4 ist mit der Welle 3 kraftschlüssig durch zwei Passfedern
25 und 26 verbunden, die,wie in den Figuren 2 und 3 veranschaulicht, um 90° über
den Wellenumfang versetzt
angeordnet sind. Wie aus Figur 3 ersichtlich,
ist das Ende 27 der Welle 3 auf dem der Nabenkörper angeordnet ist, konisch ausgebildet
und der Nabenkörper 4 wird auf das konische Ende 27 mittels einer großen flachen
Scheibe 28 und einem Paar Befestigungsbolzen 29, 30 in Preßsitz gebracht. Der Nabenkörper
4 und das konische Ende 27 der Welle 3 sind in ihren Abmessungen derart ausgebildet,
daß ein kleiner Raum zwischen dem Ende der Welle 3 und der flachen Scheibe 28 freigelassen
wird, so daß der Nabenkörper immer fest auf das konische Ende 27 der Welle 3 aufgezogen
ist.
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Aus der in Figur 3 veranschaulichten Schnittansicht des Nabenkörpers
4 und der perspektivischen Ansicht, von Figur 4 ist ersichtlich, daß die gerundeten
Schultern 6 und 7 auf beiden Seiten der Reihe außenliegender Xeilzähne 5 Segmente
einer Kugel bilden, deren Mittelpunkt in der Mitte zwischen den Enden 31 und 32
des Nabenkörpers 4 auf der Achse der Welle 3 liegt. Die äußeren Keilzähne 5 des
Nabenkörpers 4, wie besonders in dem aufgebrochenen Teil von Figur 2 ersichtlich,
sind
Evolutenzähne und die Figuren 1, 3 und 4 veranschaulichen, dass die Zähne 5 gewölbt
ausgebildet sind. Der Mittelpunkt der Radien der Wölbungen der Zähne 5 ist der Mittelpunkt
der Kugel, die die gerundeten Schultern 6 und 7 bildet. In dieser besonderen veranschaulichten
Ausführungsform sind 27 1eiUahne 5 vorseisen, di. Zähne 5 weisen eisen Rruckwinkel
von 300 auf und sind für Plucbtfehler von + oder -3° gewölbt. Die Länge des Nabenkörpers
4 von einem Ende zum anderen beträgt ungefähr 17,78 cm, die leilzähne sind 6,35
ci breit und die abstände der Zähne von den Enden 31 und 32 des Nabenkörpers 4 sind
gleich. Der maximale Druchmesser der gerundeten Schultern 6 und 7 beträgt ungefähr
25,4 cm und der
kleinste Durchmesser der Außenenden 31 und 32 des
Nabenkörpers ungefähr 20.95 cm. Folglich beträgt der Radius der die Wölbung der
gerundeten Schultern 6 und 7 bestimmenden-Kugel 13.71 cm und der Radius der Wölbung
der Keilzähne 5 14.22 cm. Die in der Innenfläche 35 des Nabenkörpers 4 ausgebildeten
Paßnuten 33 und 34 sind von konventioneller Art und die Paßfederverbindung des Nabenkörpers
4 in Verbindung mit dem konischen Wellenende auf der Welle 3 ist eine von vielen
verschiedenen Möglichkeiten,auf die der Nabenkörper 4 gegen Drehung festgehalten
auf der Welle 3 angebracht werden kann, einschließlich der Möglichkeit, den Nabenkörper
4 einstückig mit der Welle 3 auszubilden.
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In Figur 5 sind die lagerteile 8 und 9 veranschaulicht.
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Die ausgerundeten Innenflächen 10 und 11 der entsprechenden lagerteile
8 und 9 sind von gleichem Wölbungsradius, wie die gerundeten Schultern 6 und 7 des
Nabenkörpers 4, um so dicht um den Nabenkörper 4 zu passen. In den ausgerundeten
Innenflächen 10 und 11 sind Schmiernuten 33 und 34 ausgebildet. Schmierkanäle 35
und 36 führen axial durch die Lagerteile 8 und 9 und stehen in Verbindung mit den
außenliegenden Enden 37 bzw. 38 des Lagerteils 8 bzw.
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9 und innenliegenden Enden 39 und 40 des lagerteiles 8 bzw.
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9.
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Radial verlaufende Schmierkanäle 41 bzw. 42 überschneiden sich mit
den axialen Schmierkanälen 35 und 36, um die Verbindung der entsprechenden axialen
Schmierkanäle 35 und 36 und der Schmiernuten 33 und 34 an den zylindrischen Außenflächen
12 und 13 der Lagerteile 8 und 9 herzustellen.
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Schmierlöcher 43 und 44 sind durch die Radwandungen 19 bzw. 20 gebohrt
und mit den entsprechenden axialen Schmierkanälen 35 und 36 in den Lagerteilen 8
und 9 ausgerichtet
und die Schmierlöcher 43 und 44 sind mit Schmiernippeln
45 und 46 versehen. Da der Nabenkörper 4 aus Stahl besteht, sind die Lagerteile
8 und 9 aus Lagerbronze hergestellt, um so einen geringen Reibungskoeffizient mit
dem Nabenkörper 4 zu ergeben.
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Die Zahnradbefestigung ist durch eine Deckplatte 47 aus rostfreien
Stahl abgedeckt, die über die äußere Radwand 20 mit Schrauben befestigt ist, um
so das Ende der Welle 3 zu bedecken, wobei die Abdichtung der anderen Seite der
Zahnradbefestigung durch einen Balg 48 aus Neopren gebildet ist, welcher an die
innere Radwandung 19 angeschraubt und um die Welle 3 angeklemmt ist. Wenn die Radwandungen
19 und 20 an den Seiten des ringförmigen Zahnrades 14 befestigt werden, treffen
sie die Lagerteile 8 und 9 zwischen die Innenflächen 16 des ringförmigen Zahnrades
und die gerundeten Schultern 6 und 7 des Nabenkörpers 4.
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So sind die lager 8 und 9 vorgespannt, so daß die Befestigung des
Ritzels 1 eng genug ist, um jederzeit die Bewegung des Ritzels zu führen, während
gleichzeitig eine winklige Verstellbarkeit des Ritzels zugelassen wird. Die Radwandungen
19 und 20, die im Abstand von den Seiten der Zahnstange 2 verlaufen, dienen sowohl
dazu, Schmutz undAbfall aus dem Eingriffsbereich des Ritzels 1 mit der Zahnstange
2 zu räumen, als auch um die Abdichtung des Schmiersystemes zu vervollständigen
und als Montageteile der Struktur des Ritzels 1 zu wirken. Die Zwischenräume, die
zwischen den Lagern 8 und 9 und den äußeren Edlzähnen 5 auf dem Nabenkörper 4, und
zwischen den Lagern 8 und den inneren Keilzähnen 15 des ringförmigen Zahnrades 4
belassen werden, ermöglichen nicht nur die Befestigung der Lager 8 und 9 unter Vorspannung
sondern erleichtern gleichfalls die Schmierung, um zu gewährleisten, daß die drehende
Antriebskraft des Ritzels
völlig durch die Keilzähne 5 und 15 übertragen
wird. Der Abstand zwischen den äußeren Keilzähnen 5 am Nabenkörper 4 und den Lagern
8 und 9 ist außerdem in der beschriebenen Ausführungsform der Erfindung notwendig,
um die winklige Einstellbarkeit des ringförmigen Zahnrades 14 auf den gerundeten
Schultern 6 und 7 zu ermöglichen.
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Beim Betrieb wird die Welle 3 mit dem auf ihr befindlichen Ritzel
1 durch nicht dargestellte Vorrichtungen gegen die Zahnstange 2 gezwungen, um so
so dicht wie möglich eine konstante flittellinienentfernung unabhängig von der Welligkeit
der Zahnstange in radialer Richtung bezüglich des Ritzels 1 aufrecht zu erhalten.
Wenn sich die Zahnstange auf ihre Befestigung aus der Vertikalen herausbiegt, bewirkt
die das Ritzel 1 gegen die Zahnstange 2 zwingende Kraft, daß das ringförmige Zahnrad
14 auf den Lagerteilen 8 und 9 um den Nabenkörper 4 verschwenkt wird, um so das
Ritzel 1 in Ausrichtung zu der Zahnstange 2 zu halten mit dem Ergebnis, daß die
breitestmögliche Verteilung der Antriebskraft über die Zahnradzähne 17 und die Zahnstangenzähne
18 erreicht wird. Die dichte Passung der Lagerteile 8 und 9 unter der Vorspannung
durch den Einbau verhindert, daß das ringförmige Zahnrad 14 willkürlich um den Nabenkörper
4 schwenkt, so daß das ringförmige sowhl Zahnrad 14 ständig geführt ist. Andererseits
gewährleisten/die für die Lagerteile 8 und 9 gewählten Materialien als auch das
ausgesprochen hervorragende Schmiersystem eine minimale Reibung zwischen den inneren
gerundeten Lagerflächen 10 und 11 und den gerundeten Schultern 6 und 7 des Nabenkörpers.
Die Befestiglng des Nabenkörpers mittels der konischen Ausbildung und tler Paf3-federbefestigung
auf dem konischen Ende ;y der WeLle 3 zusammen mit der Keilzahnbefestigung des ringfö
en Zahnrad des 14 auf dem Nabenkörper 4 gewährleisben, daß das Ritzei
3
hohen Drehmomentsbelastungen unabhängig von der Einstellbarkeit seiner Befestigung
wiederstehen kann.
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Obwohl eine vorzugsweise Ausführungsform der Erfindung im Vorangegangenen
beschrieben wurde, die insbesondere für einen Zahnstangentrieb eines Portalkranes
auf einem IIochseeschiff geeignet ist, ist es klar ersichtlich, daß durch die Erfindung
eine ausgesprochen anpaßbare Zahnradbefestigung geschaffen ist, die auf viele Anwendungsgelegenheiten
anwendbar ist, in denen konstante enge Toleranzen nicht aufrecht erhalten werden
können. Gleichfalls ist die Erfindung nicht auf große Getriebeanordnungen mit niedrigen
Geschwindigkeiten und hohem Drehmoment Beschränkt. Für jede besondere Anwendung
der Erfindung können Aiänderungen in dem Aufbau wünschenswert sein. Wie z.B. der
Nabenkörper 4 einstückig gegossen oder auf eine andere Weise mit der Welle 3 geformt
sein kann, so können die Lagerteile 8 und 9 einstückig mit dem ringförmigen Zahnrad
14 ausgebildet sein. Obwohl das ringförmige Zahnrad 14 und der Nabenkörper 4 in
der beschriebenen Ausführungsform aus Stahl bestehen und die Lagerteile 8 und 9
aus Lagerbronze zylindrisch gegossen sind, ist es für den Fachmann auf dem Gebiet
klar ersichtlich, daß eine große Anzahl anderer Materialien gleichfalls fiir diese
verschiedenen Teile der Vorrichtung Verwendung finden kommen, ohne vom Grundgedanken
der Erfindung abzuweichen. Z.B. müssen die verschiedenen Bestandteile des Ritzels
1 bei Anwendungen, in denen synthetische Materialien ausreichend sind, nicht aus
Metall bestehen.
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Sämtliche in der Beschreibung erkennbaren und in den Zeichnungen dargestellten
technischen Einzelheiten sind für die Erfindung von Bedentung.