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"Untersetzungsgetriebe." Die Erfindung betrifft ein Untersetzungsgetriebe,
das mit einem exzentrisch zur antreibßnden Welle gelagerten Zahnrad in einen koaxial
zur abtreibenden Welle gelagerten, mit Innenverzahnung versehenen Zahnkranz größeren
Durchmessers und größerer Zähnezahl eingreift. Solche Untersetzungsgetriebe sind
meist als Planetengetriebe ausgebildet. Um ein sehr großes Untersetzungsverhältnis
zu erzielen und das Getriebe verhältnismäßig klein ausbilden zu können, hat man
dabei aber auch schon Zahnräder verwendet, die sich in ihrem Durchmesser nur ganz
geringfügig, in ihrer Zähnezahl nur um einen oder um zwei Zähne von dem Zahnkranz
unterscheiden, mit dem sie zusammenwirken.
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Dabei ergibt es sich, daß einer vollen Umdrehung der antreibenden
Welle eine Weiterbewegung der abtreibenden Welle um nur eine einzige oder um zwei
Zahnteilungen entspricht, so da3 man. schon bei Verwendung eines Zahnkranzes, der
nur zwanzig Zähne aufweit, auf eine Untersetzung von 20 : 1 bzw. von 10 : 1 kommt.
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Für eine konstrukwive Lösung dieses Problems sind bereits eine Reihe
von Vorschlägen gemacht wprden, die aber den dangel au£-weisen, daß als Zwischenglieder
für die Übertragung der Drehkräfte von dem exzentrisch verlagerten Zahnrad auf die
abtreibende Welle des Getriebes Mitnehmeralemente verwendet- werden, die -wie z.B.
fliegend gelagerte Mitnehmerbolzen gemäß der deutschen Patentschrift 856 086 - zur
Übertragung großer Kräfte überdimensioniert werden müssen, was zu einer Uberdimensionierung
des gesamten Getriebes führt.
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Da sinngemäß das Gleiche auch für die weiteren bekannt gewordenen,
vorzugsweise in der Klasse 47 h 1/32 unter Schutz gestellten Lösungen gilt, besteht
das Problem der erfindung darin, ein Getriebe des genannten Typs derart auszubilden,
daß es bei starker Untersetzung und gutem Wirkungagrad auch größte Kräfte übertragen
kann und trotzdem nur einen kleinen Raum beansprucht.
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Dies ist nur dadurch möglich, daß man den Versuch aufgibt, die Zähne
des Zahnrads um die Achse des Zahnrads umlaufen zu lassen, wie es bei allen bekannten
Konstruktionen der Fall ist.
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Die erfindungsgemäße Lösung besteht bei einem-Getriebe der genannten
Art vielmehr darin, daß die Achse des Zahnrads durch zwei synchron umlaufende Kurbelwellen
oder dergl. in eine kreisende Bewegung versetzt und gleichzeitig an einer drehenden
Bewegung gehindert wird, so daß jeder Zahn des Zahnrads eine parallel zur kreisenden
Bewegung der Achse des Zahnrads verlaufende Bewegung ausführt, wobei die kreisende
Bewegung der Zähne des Zahnrads eine umlaufende Bewegung des Zahnkranzes erzeugt.
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Jeder Zahn des Zahnrads bleibt also bei dieser kreisenden Bewegung
gegenüber der Achse des Zahnrads stets in der gleichen Stellung, statt daß er -
wie es dem Stande der Technik entspricht um diese Achse umlaufen würde. Hat die
Achse ihre höchste Stellung, so hat auch jeder einzelne Zahn des Zahnrads seine
höchste Stellung, da er seine Stellung zur Achse nicht durch eine Umlaufbewegung
verändert.
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Die synchron umlaufenden Xurbelwellen, die eine solche Bewegung bewirken,
lassen sich im Gehäuse des Getriebes einerseits und mit ihren Kurbelzapfen im Zahnrad
andererseits zuverlässig verlagern und können somit hohe Kräfte formschlüssig übertragen.
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Dies ist eine wesentltche Voraussetzung für die Lösung der Erfindungsaufgabe.
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Beim Zusammenwirken zwischen den Zähnen von Zahnrad und Zahnkranz
kommt - wie es auch dem bereits vorliegenden Stand der Technik entspricht - nicht
nur ein einziger Zahn zum Tragen, sondern eine Vielzahl -aufeinanderfolgender Zähne
des Zahnrads wirkt jeweiLs auf eine Vielzahl aufeinanderfolgender Zähne des Zahnkranzes,
so daß auch zwischen Zahnrad und Zahnkranz sehr hohe Kräfte übertragen werden können,
das um so mehr, als die erfindungagenäße Lösung einen sehr tiefen Eingriff der Zähne
möglich macht. Dabei können die Anschläge des Zahnkranzes, wie es auch bereits vorgeschlagen
wurde, als Rollen außgebildet werden, die eich-an den Zähnen des Zahnrads abwälzen,
so daß eine rollende Reibung stattfindet und eine Verschlechterung des Wirkungsgrades
durch gleitende Reibung vermieden werden kann.
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Zur konstruktiven Verwirklichung des Erfindungagedankens wird vorgeschlagen,
das Getriebe derart auszubilden, daß der mit der abtreibenden Welle versehene Zahnkranz
drehbar in einem Gehäuse angeordnet ist und das Zahnrad zwei in der gleichen Ebene
mit seiner Achse angeordnete Kurelzapfen aufnimmt, die je durch eine im Gehäuse
verlagerte Kurbelwelle angetrieben werden, wobei die in der gleichen Ebene mit und
vorzugsweise im gleichen Abstand von der Achse des Zahnkranzes angeordneten Drehachsen
der beiden Kurbelwellen den gleichen Abstand voneinander haben wie die beiden Kurbelzapfen,
der Achsabstand jedes Kurbelzapfens von der Drehachse der zugeordneten Kurbelwelle
mindestens annähernd gleich der Differenz der Teilkreishalbmesser des Zahnkranzes
und des Zahnrads ist und die beiden Kurbelwellen durch eine Getriebeverbindung zum
s!rnchbonen Umlaufen gezwungen sind.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibund
der Figuren, die ein Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellen, und zwar zeigt
Fig. 1 die erfindungsgemäße Einrichtung im Schnitt nach der Linie I - I der Fig.
4, Fig. 2 und 3 die gleiche Einrichtung in der gleichen ansicht nach einer Drehung
der Kurbelwellen in Pfeilrichtung um 450 und um 900 und entsprechender Weiterbewegung
von Zahnrad und Zahnkranz, Fig. 4 einen Schnitt nach der Linie IV - IV der Fig.
1.
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Inden Figuren ist beispielsweise ein Zahnrad mit 18 Zähnen gezeigt,
das in einen Zahnkranz mit 20 Zähnen eingreift. Das Zahnrad ist mit 1, seine Achse
mit der Zahnkranz mit 11, seine Achse mit 12 bezeichnet. Die an dem Lager 41 abgeetützten
Flansche 13 des Zahnkranzes sind in den Figuren 1 - 3 nicht dargestellt', eo daß
dort außer seinem Rand nur die in diesen Flanschen 13 gehalterten Bolzen 51 und
die um diese Bolzen 51 drehbaren Rollen 52 sichtbar sind, die als Anschläge für
die Zähne des Zahnrads 1, also ale Zähne des Zahnkranzes dienen.
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Die kreisende Bewegung der Achse 2 des Zahnrads 1 wird in allen Fällen
durch die Kurbelwellen 6, 6' hervorgerufen. Die Kurbelellen 6, 6' sind in Gehäuse
21 des Untersetzangagetriebes ge-1a3ert. Ihre Drehachsen 7, 7' sind in der gleichen
Ebene mit
der Achse 12 des Zahnkranzes, vorzugsweise im gleichen
Abstand von dieser Achse 12 angeordnet. Grundsätzlich ist es aber auch möglich,
die Drehachsen 7, 7 in verschiedenem Abstand von der Achse 12 anzuordnen, ja man
kann sogar eine der Drehachsen 7, 7 mit der Achse 12 zusammenfallen lassen.
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Die im Zahnrad' 1 gelagerten, als starke Kurbelzapfen ausgebildeten
Teile der Kurbelwellen 6, 6§ haben Je eine Achse 5, 5', die in der gleichen Ebene
mit der Achse 2 des Zahnrads 1 angeordnet ist.
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Die Achsen 5, 5t haben den gleichen Abstand voneinander wie die Drehachsen
7, 7' der Kurbelwellen. Die Ebene, in der die Achsen 5, 5' der Kurbelzapfen und
die Achse 2 des Zahnrads angeordnet sind, verläuft parallel zu Ebene, in der die
Drehachsen 7, 7' und die Achse 12 des Zahnkranzes angeordnet sind. Die beiden Ebenen
bleiben bei der synchronen Drehung der Kurbelwellen 62 6' stets parallel, (in der
in Fig. 1 gezeigten Stellung fallen sie zusammen).
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Infolgedessen führt jeder einzelne Punkt des Zahnrads 1 bei der synchronen
Bewegung der surbelwellen 6, 6' eine kreisende Bewegung aus, die parallel zur kreisenden
Bewegung der Achse 2 des Zahnrads 1 verläuft.
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Da das Zahnrad 1 sich nicht um seine Achse 2 dreht, sondern zusammen
mit dieser Achse eine kreisende Bewegung ausführt, eetzt sich nicht der in Drehrichtung
folgende Zahn des Zahnrads hinter den jeweils folgenden Zahn des Zahnkranzes - in
diesem Falle würde einer Drehbewegung des Zahnrads von 360t wegen der untersohied
lichen Zähnezahl eine Drehbewegung des Zahnkranzes von 3240 entsprechen - sondern
der jeweils im vollen Eingriff befindliche Zehn der Zahnrads löst sich im Zug der
kreieenden Bewegung des Zahnrads allmählich aus dem Eingriff mit dem Zahnkranz,
während der jeweils vorhergehende Zahn in vollen Eingriff mit der vorhergehenden
Zahnlücke des Zahnkranzes kommt und den Zahnkranz weiterschiebt, so daß bei dem
gegebenen Verhältnis von 18 s 20 Zähnen nach einer kreisenden Belegung des Zahnrads
von 3600 der Zahnkranz um 36Q gedreht worden ist.
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Der Zahnkranz 11 und seine Achse 12 aind, wie die Fig. 4 zeigt, im
Gehäuse 21 des Untersetzungegetriebes verlagert, und zwar vorzugsweise sowohl in
der Wandung 22 als auch im Mittelteil 23 und im Deckel 24 des Gehäuses. Die Lager
sind mit 41, 42 und
43 bezeichnet. Der Mittelkreis des Lagers 41
ist auch in Fig. 1 angedeutet. Das der Stabilisierung des Mittelteils 23 dienende
Lager 42 ist gegebenenfalls entbehrlich.
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Im Gehause 21 sind außerdem die Kurbelwellen 6, 6' verlagert, und
ZNar vorzugsweise sowohl mit ihren Drehachsen 7, 7t über die Lager 46, 46t in der
Wandung 22 als auch mit ihren Drehachsen 37, 37' über die Lager 47, 4s in der Landung
26 des Gehäuses.
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Diese andung 26 ist huber eine Keilverzahnung auf den Mittelteil 23
des Gehäuses aufgescLoben und an ihm befestigt.
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Die Lagerung ist also sehr etabil, wozu noch beiträgt, daß die genannten
Achsen und Kurbelwellen einen großen Querschnitt aufweisen, die Lager unverschieblich
und als Wälzlager ausgebildet sein, und die auf die Lager wirkenden Hebelkräfte
gering gehalten werden können. Damit der Mittelteil 23 des Gehäuses die Bewegung
des Zahnrads 1 nicht behindert, hat das Zahnrad 1 in seiner Mitte eine Ausnehmung
55.
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Die getriebliche Verbindung zwischen den Kurbelwellen 6, 6' ist entweder
gemäß Fig. 1 und 4 als ein Zahnradgetriebe ausgebildet, wobei ein auf der Motorwelle
9 angeordnet es Ritzel 3 beiderseits mit gleichgroßen, auf die Drehachsen 7, oder
Kurbelwellen aufgeteilten Zahnrädern 4, 4' von unter sich gleicher Zähnezahl kämmt0
Die getriebliche Verbindung kann aber auch eine Pleuelstange aufweisen, die zwei
Kurbelzspfen miteinander verbindet, deren jeder auf einer der Kurbelwellen 6, 6'
angeordnet und gegen den Kurbelzapfen 5, 5', der diese Kurbelwelle mit dem Zahnrad
1 verbindet, auf der Kurbelwelle um 900 versetzt ist. Dabei wirkt das die Kurbelzapfen
5, 5t miteinander verbindende Zahnrad 1 als zweite Pleuelstange zwischen den Kurbelwe}len
6 und 6', und eine der Drehachsen 7 oder 7§ der beiden Kurbelwellen kann als die
abtreibende Welle des Motors ausgebildet sein.
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Die mit dem Ritzel 3 versehene Motorwelle 9 ist über das Lager 44
im Deckel 25 des Gehäuses, über das Lager 45 im Mittelteil 23 des gehäuses gelagert
Mit besonderm Vorteil können die beiden Kurbelwellen, wie es Fig. 4 zeigt, spiegelbildlich
zu uhren in Fig. 4 sichtbaren Kurbelzapfen 5, 52 um 1600 versetzte weitere Kurbelzapfen
35, 35t
aufweisen, wobei die Teile 35, 35' in einem in den gleichen
Zahnkranz eingreifenden, gegenüber dem Zahnrad 1 um 1800 versetzten Zahnrad 31 verlagert
sind. Dies hat den besonderen Vorteil, daß die Unwucht, die beim eingreifen des
Zahnrads 1 in den Zahnkranz 11 entsteht, durch das Eingreifen des um 180° versetzten
Zahnrads 31 in den gleichen Zahnkranz 11 ausgegliehen wird - eine solche Lösung
ist bei Verwendung drehender Zahnräder an sich bekannt.
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Auf das yorgelege mit den Zahnradern 3, 4, -4' kann verzichtet werden,
wenn statt zweier um 180 versetzter Zahnräder vier um je 90° gegeneinander versetzte
Zahnräder verwendet werden, wobei eine der Kurbelwellen 6, 6' direkt angetrieben
wird und jede Kurbelwelle vier um je 900 gegeneinander versetzte Kurbelzapfen aufweist.
In diesem Falle wirkt jedes Zahnrad als Pleuelstange für die anderen drei Zahnräder.
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Als Lagerung der Kurbelzapfen 5,'5' (35, 35') im Zahnrad 1 (31) sind
Nadellager 48, 48' (49, 49') dargestellt.
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Der Zahnkranz 11 ist zweckmäßig als ein auf die Achse 12 - sie ist
die im Deckel 24 des Gehäuses 21 gelagerte abtreibende Welle des Getriebes - aufgekeilter
bzw. an ihr befestigter Rohrkörper ausgebildet, dessen mit einem Flansch 13 versehener
Rand das Zahnrad 1 bzw. die beiden Zahnräder 1 und 51 von außen und von beiden Seiten
umgreift. Dieser Rohrkörper und der an ihm angeordnete Flansch 13 weisen Bohrungen
für Bolzen 51 auf, um die z.B.
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nadelgelagerte Rollen 52 umlaufen, die die Zähne des ahnkranzes bilden.
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Das Zahnrad 1 weist zweckmäßig annähernd halbkreisförmige Zahnlücken
53 auf, deren Radius dem Halbmesser der die Zähne des Zahnkranzes bildenden Rollen
52 entspricht. Zwischen diesen Zahnlücken sind die vorzugsweise halbkreisförmig
vorspringenden Zähne 54 angeordnet.
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Den Teiltreishalbmesser des Zahnkranzes 11 nennen wir r1. Den Abstand
der Zähne (Rollen 52) des Zahnkranzes voneinander nennen wir a. Bei 20 Zähnen am
Umfang des Zahnkranzes ergibt sich von Zahn zu Zahn ein Abstand von 180. Dabei gilt
die Formel sin 90 2 : r1.
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Die Mittelpunkte der aufeinanderfolgenden Zähne (Rollen) des Zahnkranzes
bezeichnen wir mit A, B, C usw.
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Als Abstand der Achsen von Zahnrad 1 und Zahnkranz 11, somit auch
als Abstand der Drehachsen 7 der Kurbelwellen von den Achsen 5 der Kurbelzapfen
wählen wir für ein Zahnrad mit 18 Zähnen einen Wert d von rund d I a 7. einen Wert
d von rund d - 3. Die Entfernung der Achse 2 des Zahnrads yon dem in Fig. 1 mit
dem Punkt A zusammenfallenden Punkt A' nennen wir r2. Diese Entfernung ist demnach
r2 - r1 - d.
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Die Mitttpunkte der 20 Zahnlücken des Zahnrades 1 nennen wir A', 9',
C' usw. Sie haben auf dem mit r2 um die Achse 2 geschlagenen Kreis einen Abstand
von 180, der annähernd ebensogroß ist wie der Abstand a der Kittelpunkte A, B, C
uew. der Hollen des Zahnkranzes. Dabei kann der kittelpunkt der Rolle mit dem Mittelpunkt
derjenigen Zahnlücke zusammenfallen, die sich gemäß der jeweiligen Stellung des
Zahnrades mit der entsprechenden Rolle des Zahnkranzes im vollen Eingriff befindet:
A' und A in Fig. 1, 0' und a (annähernd) in Fig. 2, E' und E sowie F' und F (annähernd)
in Fig. 3. Die den genannten Rollen um 1800 gegenüberliegenden Rollen sind dagegen
völlig aus dem Eingriff mit der Verzahnung des Zahnrades gelöst.
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Nach Festlegung der Punkte A, 3, O usw. und A', B', CX usw. werden
weitere Punkte festgelegt, die ton Al, B' und B bzw. von B, 0' und C, von 0, D'
und D usw. die gleiche Entfernung haben. Diese weiteren Punkte nennen wir N, 0,
P usw. Sie liegen ihrerseits auf einem um die Achse 2 geschlagenen Kreie mit einem
Radius r3.
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r3 ist kleiner als r2. Es gibt übrigens such eine Lösung, bei unveränderter
Lage der Achsen 2 und 12 r2 kleiner zu wählen als r1 - d. In diesem Falle wird r3
größer als r2 und es gilt r1 -r3 - r3 z r2. Rollenkreise und Zahnlückenkreise haben
auch in diesem Fälle edle den gleichen Halbmesser, kommen aber niemals zur Deckung,
auch nicht an der Stelle des tiefaten Eingriffs von Zahnrad und Zahnkrans.
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Um die Punkte N, 0, P usw. kann man bei beiden Konstruktionen annähernd
einen Halbkreis bildende Kreisbögen schlagen, die an die um die Zahnlückenmittelpunkte
- z.B. um A' und B - geschlagenen Zahnlückenkreisbögen anschließen, wobei sie das
Zahnprofil der Zähne des Zahnrads 1 bilden, und gleichzeitig den vorlaufenden -z.B.
um 3 gaschlagenen - Rollenkreis berühren, soweit die Eingriffes
verhältnisse
von Zahnrad und Zahnkranz eine solche Berührung zulassen. Gemäß Fig. 1 liegen die
Zähne des Zahnrads 1 bei Bewegung seiner Achse in Pfeilrichtung treibend an den
Rollen A, B; C, D, E und F an. Bei Bewegung der Achse 2 entgegen der Sfeilrichtung
würden die zähne des Zahnrads treibend an denjenigen Rollen des Zahnkranzes anliegen,
die zwischen der Rolle A und dem Scheitelpunkt des Zahnkranzes angeordnet sind.
Die Fig. 2 und 3 veranschaulichen die Eingriffsverhältnisse nach einer Drehung der
Kurbelwellen um 450 und um 900. r3 ist der Xeilkreishalbmesser des Zahnrads 1.
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Nach einer Drehung der Kurbelwellen um 900 ist der Zahnkranz um einen
halben Zahnabstand weitergeschoben werden d.h. um 90; nach einer Drehung der Kurbelwelten
um 1800 ist der Zahnkranz um einen einen Zahn (um eine Rolle), also um 18 , nach
einer Drehung um 360 ist er um zwei Zähne, also ua 360 weitergeschoben worden, Die
Rolle A des Zahnkranzes würde also i4 dieser Phase nicht mehr der wieder an ihren
Ausgangspunkt zurückgekehrten und nun wieder in vollen Eingriff mit einer Rolle
des Zahnkranzes gelangten Zanlücke At gegenüberstehen, sondern der Zahnlücke C'.
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Einer Drehung der Kurbelwellen um .3600 entspricht also jeweils eine
Drehung des Zahnkranzes um 360. Somit ist eine Untersetzung von 10 : 1 gegeben,
die sich bei einer Untersetzung von 4 : 1 zwischen den Zahnrädern 4, 4' und dem
Ritzel 3 des Vorgelegegetriebes auf 40 : 1 steigern würde. Durch Austausch des Vorgelegegetriebes
können in bekannter Weise andere Untersetzungen gewählt werden. Durch Nachschaltung
eines weiteren gleichartigen Untersetzung6getriebes steigert sich die Untersetzung
von 10 3 1 auf 100 : 1.
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Weitere Varistionsmöglichkeifen sind durch Änderung der Zähnezahl
von Zahnrad 1 und Zahnkranz 11 gegeben.