DE2419673C3 - Mehrweg-Zahnradgetriebe mit Drehmomentausgleich - Google Patents

Description

a) das Mittelwellenzahnrad (38; 106; 144; 146) und zumindest die mit ihm kämmenden Zwischenwellenzahnräder (34,36; 102,104; 140,142) sind einfach schrägverzahnt;

b) die als Gelenkkupplung ausgebildete Kupplungseinheit (48,50; 108,110; 149,155; 151,155) läßt nur eine Schwenkbewegung des Mittelwellenzahnrades (38; 106; 144; 146) auf seiner Welle zu, wobei die Schwenkachse senkrecht zur Mittelwellenachse und im wesentlichen durch die Mitte der Kupplungseiiiheit verläuft

2. Mehrweggetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungseinheit (48, 50; 108, 110; 149, 155; 151, 155) in bekannter Weise kugelsegmentförmige Lagerflächen aufweist

3. Mehrweggetriebe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungseinheit (108,110) in bekannter Weise ein Pendelwälzlager (108) umfaßt.

4. Mehrweggetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungseinheit (48,50; 108,110; 149,155; 151,155) elastische Ringe (48; 110; 155) auf beiden Seiten des Mittelwellenzahnrades (38; 106; 144; 146) umfaßt, deren Elastizität die Schwenkbewegung zuläßt.

5. Mehrweggetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Mittelwellenzahnräder (144, 146) nebeneinander auf der Mittelwelle (66) angeordnet sind, die entgegengesetzt schrägverzahnt sind.

6. Mehrweggetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei zwischen den Mittelwellen eine Anzahl von Zahnrädersätzen, bestehend aus mehreren schrägverzahnten Zwischenwellenzahnrädern und einem mit ihnen in Eingriff stehenden schrägverzahnten Mittelwellenzahnrad sowie Schaltkupplungen zum Schalten verschiedener Gänge durch wahlweises Verbinden der Mittelwellenzahnräder mit der zweiten Mittelwelle vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Schrägungswinkel der Zahnrädersätze (118, 128; 120, 130; 122, 132; 124, 134) um so größer sind, je größer der Betriebswälzkreis der Zwischenwillenzahnräder (118,120,122,124) ist. eo

Die Erfindung bezieht sich auf ein Mehrweg-Zahngetriebe mit Drehmomentausgleich gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.

Mehrweg-Zahnradgetriebe, bei denen ein Eingangs-

65 drehmoment auf mehrere Wege aufgeteilt wird, die jeweils nur einen Teil des Eingangsdrehmomentes übertragen, ermöglichen kompaktere Bauweisen des Getriebes. Die Betriebssicherheit, das Geräuschverhalien und die Lebensdauer eines solchen Mehrweg-Zahnradgetriebes hängen jedoch in hohem Maße davon ab, daß das gewünschte Verhältnis der auf die Gttriebewege aufgeteilten Drehmomentanteile im Betrieb beibehalten wird. Infolge von stets vorhandenen fertigungsbedingten Abweichungen der Getriebewege sind konstruktive Maßnahmen zum Drehmomentausgleich erforderlich, die übermäßige Belastung eines Getriebeweges verhindern.

Zu diesem Zweck ist bereits ein Mehrweg-Zahnradgetriebe gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 bekannt (DE-OS 16 25 036), bei dem das Mittelwellenzahnrad schwimmend auf der ersten Mittelwelle gelagert ist, so daß das Mittelwellenzahnrad sich radial in der durch die mit ihm kämmenden Zwischenwellenzahnräder bestimmten Ebene bewegen kann, bis die am Mittelwellenzahnrad angreifenden radialen Zahnkraftkomponenten im Gleichgewicht sind, was bedeutet, daß auch die tangentialen Zahnkraftkomponenten und somit — bei gleichen Teilkreisdurchmessern der Zwischenwellenzahnräder — die auf diese Zahnräder aufgeteilten Drehmomentanteile gleich sind. Die Notwendigkeit, Drehmomente zwischen achsversetzten Teilen, nämlich der ersten Mittelwelle und dem Mittelwellenzahnrad, zu übertragen, erhöht den konstruktiven Aufwand; ferner wird durch die vorgesehene Doppelgelenkhülse der Geräuschpegel des Getriebes erhöht Ein ähnliches Mehrweg-Zahnradgetriebe mit schwimmender Lagerung des Mittelwellenzahnrades und Drehmomentübertragung von der Mittelwelle aus über eine Doppelgelenkwelle ist auch aus der DE-AS 10 31 075 bekannt

Um eine radiale Bewegung zwischen dem Mittelwellenzahnrad und den mit ihm kämmenden Zwischenwellenzahnrädern zu ermöglichen, ist es ferner bekannt (DE-OS 19 00 923), die mit den Zwischenwellenzahnrädern fest verbundenen Zwischenwellen in einem Räderblockträger zu lagern, der um eine zur Achse der ersten Mittelwelle parallele Achse schwenkbar ist Es versteht sich, daß auch dadurch der konstruktive Aufwand erheblich erhöht ist. Zum gleichen Zweck ist es ferner bekannt (DE-AS 11 35 256), bei einem mit der ersten Mittelwelle fest verbundenen Mittelwellenzahnrad eine radiale Bewegung der ersten Welle dadurch zu ermöglichen, daß diese an ihren beiden Enden in Buchsen aus elastischem Material gelagert ist, was jedoch erfordert, daß zur Drehmomentübertragung zur ersten Mittelwelle besondere Maßnahmen getroffen werden müssen.

Schließlich ist es bekannt (GB-PS 2 05 806, 1 68 599), bei Mehrweg-Zahnradgetrieben mit Schrägverzahnung eine axiale Verschiebung der die Zwischenwellenzahnräder tragenden Zwischenwellen zu ermöglichen, so daß diese in eine Stellung geschoben werden können, in der an den Zwischenwellenzahnrädern gleiche Zahnkräfte wirken. Entweder werden die Zwischenwellen in dieser Stellung fixiert, was zur Folge hat daß im Betrieb kein vollständiger Drehmomentausgleich erfolgen kann, oder die Zwischenwellen werden über Kipphebel miteinander so verbunden, daß zwischen den Zwischenwellen ein Ausgleich der wirkenden Axialkräfte erfolgt Dies wiederum bedingt wegen der Kipphebel erhöhten konstruktiven Aufwand.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Mehrweg-Zahnradgetriebe so auszu-

bilden, daß der konstruktive Aufwand zum Drehmomentausgleich möglichst gering ist Insbesondere sollen komplizierte und geräuscherzeugende Doppelgelenkelemente vermieden werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil von Patentanspruch 1 gelöst

Aufgrund der schwenkbaren, jedoch in Axialrichtung nicht verschiebbaren Lagerung des Mittelwellenzahnrades auf der Mittelwelle führen ungleiche axiale Zahnkraftkomponenten an den Eingriffsstellen mit den Zwischenwellenzahnrädern zu einer Schwenkbewegung des Mittelwellenzahnrades, die erst dann aufhört, wenn die axialen Zahnkraftkomponenten an den Eingriffsstellen und somit auch die tangentialen Zahnkraftkomponenten gleich sind. Erfindungsgemäß wird der Drehmomentausgleich somit ohne axiale und ohne radiale Verschiebbarkeit irgendeines der Getriebeelemente erreicht Dadurch ist euerseits der konstruktive Aufwand gering, und andererseits können geräuscherzeugende Elemente entfallen.

Eine Schrägverzahnuiig bei Zahnrädern eines Mehrweg-Zahngetriebes ist an sich bekannt (GB-PS 2 05 806, 1 68 599). Ferner ist es auch bei einem aus zwei oder drei miteinander kämmenden Zahnrädern bestehenden Räderwerk bekannt (DE-OS 17 75 039, DE-PS 5 92 501, CH-PS 2 93 225), eines der Zahnräder auf seiner Welle mittels einer Kupplungseinheit so zu lagern, daß es um eine zur Achse seiner Welle senkrechte Achse schwenken kann. Damit wird der Zweck verfolgt, daß die beiden in Eingriff stehenden Zahnräder relativ zueinander nicht verschwenkt werden, selbst wenn die Wellen der beiden Zahnräder nicht zueinander parallel verlaufen, damit der Zahneingriff nicht durch Parallelitätsfehler verschlechtert ist Dem gleichen Zweck dient auch eine bekannte, in Radial- und in Umfangsrichtung nachgiebige Verbindung zwischen einem Zahnkranz und einer Zahnradnabe (US-PS 32 06 993).

In vorteilhafter Ausbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß zwei Mittelwellenzahnräder nebeneinander auf der Mittelwelle angeordnet sind, die entgegengesetzt schrägverzahnt sind, damit die Lager der Mittelwlle oder der die Zwichenwellenzahnräder tragenden Zwischenwellen axial entlastet werden. Aus dem DE-Gbm 71 21 388 sind bereits zwei nebeneinander angeordnete, schrägverzahnte Mittelwellenzahnräder bekannt, die jedoch axial auf der Mittelwelle verschiebbai sind und jeweils jedoch nur mit einem weiteren Zwischenwellenzahnrad kämmen.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt durch eine erste Ausführungsform eines Mehrweg-Zahnradgetriebes,

F i g. 2A und 2B einen Längsschnitt durch eine zweite Ausführungsform des Mehrweg-Zahnradgetriebes, das als Zehnganggetriebe ausgebildet ist,

F i g. 3 eine Einzelheit des Mehrweg-Zahnradgetriebes gemäß den F i g. 2A ·—·■;." und

F i g. 4A und 4B Schemaskizzen zur Erläuterung des Drehmomentaufigleichs des Mehrweg-Zahnradgetriebes gemäß den F i g. 2A, 2B und 3.

F i g. 1 zeigt eine in einem Lager 12 gelagerte Eingangswelle 10 eines Mehrweg-Zahnradgetriebes, die koaxial mit einer Ausgangswlle 14 verläuft, die in einem Lager 16 gelagert ist Das Mehrweg-Zahnradgetriebe wird im folgenden auch nur als Mehrweggetriebe bezeichnet Die Eingangswelle JO ist die eingangs genannte erste Mittelwelle des Mehrweggetriebes, und die Ausgangswelle 14 ist eine weitere zweite Mittelwelle des Mehrweggetriebes. Das Eingangsdrehmoment kann entweder über eine aus einer Schiebemuffe 40 und einem Kupplungskörper 42 bestehende Kupplung oder über zwei in Lagern 22 bzw. 24 gelagerte Zwischenwellen 18 und 20 zur Ausgangswelle 14 übertragen werden. Alle genannten Wellen sind axial und radial unverschieblich gelagert

Das Mehrweggetriebe umfaßt zwei parallele Getriebezüge. Der eine Getriebezug umfaßt evolventenschrägverzahnte Zwischenwellenzahnräder 34 und 36 auf den gleichen Zwischenwellen 18 und 20 sowie ein Mittelwellenzahnrad 38, das mit der Eingangswelle 10 über eine weiter unten beschriebene Klauenkupplung 50 verbunden ist Der andere Getriebezug wird von evolventen-schrägverzahnten Zwischenwellenzahnrädern 26 und 28 auf den Zwischenwellen 18 und 20 sowie einem Mittelwellenzahnrad 30 gebildet, das auf der Ausgangswelle 14 mittels eines Lagers 32 drehbar gelagert ist Die Zwischenwellen 18 und 20, die Zwischenwellenzahnräder 26 und 28 sowie das Mittelwellenzahnrad 30 bilden die Kopplungsmittel zur Übertragung der Drehung der Zwischenwellenzahnräder 34 und 36 auf die Ausgangswelle 14.

Alle genannten Zahnräder, einschließlich des Mittelwellenzahnrades 38, stehen in ständigem Eingriff. Auf diese Weise werden die Zwischenwellen 18 und 20 durch die Zahnräder des ersten Getriebezuges im Betrieb dauernd in Drehung gehalten. Über die Zwischenwellen 18 und 20 wird jedoch nur dann ein Drehmoment auf die Ausgangswelle 14 übertragen, wenn die Schiebemuffe 40 eine entsprechende Kupplungsstellung einnimmt Die Schiebemuffe 40 steht mit einem Kupplungskörper 42 in Eingriff, der mit der Ausgangswelle 14 fest verbunden ist Durch Verschieben der Schiebemuffe 40 in einer Richtung wird das Mittelwellenzahnrad 30 über an ihm ausgebildete Kupplungsklauen 44 mit der Ausgangswelle 14 verbunden. Durch Verschieben der Schiebemuffe 40 in der anderen Richtung werden die Zähne des Kupplungskörpers 42 mit den Zähnen eines mit der Eingangswelle 10 drehfest verbundenen weiteren Kupplungskörpers 46 in Eingriff gebracht Dadurch ist dann die Eingangswelle 10 direkt mit der Ausgangswelle 14 gekuppelt.

Bei der Übertragung eines Drehmomentes über die Zwischenwellen 18 und 20 treten an den Zahnflanken der schrägverzahnten Zahnräder axial gerichtete Zahnkraftkomponenten auf. Am Mittelwellenzahnrad 38 wirken somit auf beiden Seiten der Getriebelängsachse, nämlich sowohl an der Eingriffsstelle mit dem Zwischenwellenzahnrad 34 als auch an der Eingriffsstelle mit dem Zwischenwellenzahnrad 36, axiale Zahnkraftkomponenten. Wenn die beiden Zwischenwellen 18 und 20 ungleiche Drehmomente übertragen, so sind auch die beiden auf das Mittelwellenzahnrad 38 wirkenden axialen Zahnkraftkomponenten unterschiedlich groß. Auf das Mittelwellenzahnrad 38 wirkt daher ein Drehmoment, das das Mitteiwellenzahnrad 38 im wesentlichen um eine zur Zeichenebene der F i g. 1 senkrechte und die Getriebelängsachse schneidende Achse zu schwenken versucht

Damit die von den axialen Zahnkraftkomponenten hervorgerufenen, entgegengesetzt gerichteten Drehmomente am Mittelwellenzahnrad 38 einarider ausgleichen können, was bedeutet, daß die axialen Zahnkraft-

komponenten gleich und somit auch die auf die beiden Zwischenwellen 18 und 20 übertragenen Drehmomente gleich werden, ist das Mittelwellenzahnrad 38 auf der Eingangswelle 10 derart gelagert, daß es die erwähnte Schwenkbewegung ausführen kann. Dieser Vorgang wird im folgenden ausführlicher erläutert.

Es wird davon ausgegangen daß die Schiebemuffe 40 so verschoben ist, daß das Mittelwellenzahnrad 30 mit der Ausgangswelle 14 gekuppelt ist und daß das Antriebsdrehmoment der Eingangswelle 10 zugeleitet wird. Ferner wird davon ausgegangen, daß das Mittelwellenzahnrad 38 zuerst spielfrei mit dem Zwischenwellenzahnrad 34 kämmt und zwischen den Zähnen des Mittelwellenzahnrades 38 und des Zwischcnwellenzahnrades 36 Flankenspie! besteht. Die Zwischenwelle 18 wird dann so lange gedreht, bis daß das Zwischenwellenzahnrad 26 spielfrei mit dem Mittelwellenzahnrad 30 kämmt und dabei die Ausgangswelle 14 zu drehen versucht. Als Folge des durch eine Last an der Ausgangswelle 14 hervorgerufenen Gegendrehmoments wird das Mittelwellenzahnrad 38 auf seiner in F i g. 1 rechten Seite axial beansprucht. Da keine axiale Gegenkraft auf der in F i g. 1 linken Seite am Mittelwellenzahnrad 38 angreift und dieses axial auf der Eingangswelle 10 nicht verschiebbar ist, führt das Mittelwellenzahnrad 38 eine Schwenkbewegung um eine zur Zeichenebene der F i g. 1 senkrechte und die Getriebelängsachse schneidende Achse aus, bis die Zähne des Mittelwellenzahnrades 38 auch in spielfreiem Eingriff mit den Zähnen des Zwischenwellenzahnrades 36 stehen. Nun wird auch die Zwischenwelle 20 gedreht Solange das Zwischenwellenzahnrad 28 auf der Zwischenwelle 210 noch nicht mit dem Mittelwellenzahnrad 30 spielfrei kämmt, eilt die Zwischenwelle 20 der Ausgangswelle 14 vor. Auf die linke Seite des Mittelwellenzahnrades 38 wirkt noch keine axiale Zahnkraftkomponente, da die Zwischenwelle 20 noch nicht belastet ist Das Mittelwellenzahnrad 38 schwenkt also weiter entgegen dem Uhrzeigersinn (in F i g. 1), wobei seine Zähne über die Zähne des Zwischenwellenzahnrades 36 hinweggieiten. Wenn dann spielfreier Eingriff zwischen den Zähnen des Zwischenwellenzahnrades 28 und des Mittelwellenzahnrades 30 hergestellt ist übernimmt die Zwischenwelle 20 einen Drehmomentanteil, womit die Ausgangswelle 14 angetrieben wird. Wenn der Drehmomentanteil der Zwischenwelle 20 gleich dem Drehmomentanteil der Zwischenwelle 18 ist sind die am Mittelwellenzahnrad 38 angreifenden axialen Zahnkraftkomponenten auf beiden Seiten des Mittelwellenzahnrades 38 betragsgleich, so daß das MittelweUenzahnrad 38 nicht weiter verschwenkt wird

Bei fortschreitender Drehung der verschiedenen Wellen können vorhandene Verzahnungsfehler und Montagefehler erneut eine ungleiche Verteilung des Antriebsdrehmoments auf die beiden Zwischenwellen verursachen. Als Folge davon wird das MittelweUenzahnrad 38 auf beiden Seiten wieder ungleich belastet Dies führt wiederum zu einer Schwenkung des Mittelwellenzahnrades 38 in entsprechende Richtung, bis in oben beschriebener Weise gleiche Drehmomentaufteilung auf die beiden Zwischenwellen erreicht ist

Damit das MittelweUenzahnrad 38 die vorstehend beschriebene Funktion ausführen kann, ist es mit der Eingangswelle 10 mittels einer als Gelenkkupplung ausgebildeten Kupplungseinheit so verbunden, daß das Eingangsdrehmoment zum Mittelwellenzahnrad 38 so übertragen wird, daß eine axiale Verschiebung des Mittelwellenzahnrades 38 auf der Eingangswelle 10

aufgrund der axialen Zahnkraftkomponente nicht möglich ist und daß jedoch die beschriebene Schwenkbewegung möglich ist
Beim dargestellten Ausführungsbeispiel weist die

Kupplungseinheit zur Übertragung des Drehmomentes auf das Mittelzahnrad 38 eine Klauenkupplung 50 auf, deren Klauen längsballig geschabt sind.

In Axialrichtung ist das MittelweUenzahnrad 38 zwischen zwei Ringen 48 aus kompressiblem, elastomerem Material gelagert, die das MittelweUenzahnrad 38 axial festlegen, dabei aber eine begrenzte Schwenkbewegung ermöglichen. Zur axialen Festlegung des Mittelwellenzahnrades 38 sind die elastomeren Ringe 48 allerdings nicht unbedingt erforderlich; sie können auch durch andere Lagerangsmitte! ersetzt sein., die für axiale Festlegung sorgen und gleichzeitig eine Schwenkbewegung zulassen. Ein Vorteil der elastomeren Ringe 48 besteht darin, daß sie stoß- und geräuschdämpfend wirken.

Die Zwischenwellenzahnräder 26 und 28 sowie das MittelweUenzahnrad 30 können geradverzahnt sein. Wegen der besseren Laufeigenschaften, geringeren Geräuschentwicklung und höheren Oberflächenfestigkeit werden auch sie vorzugsweise schrägverzahnt ausgebildet

Nach dem Zusammenbau des in F i g. 1 dargestellten Mehrweggetriebes ist es möglich, daß bei belasteter Eingangswelle 10, belasteter Ausgangswelle 14 und nicht verschwenktem MittelweUenzahnrad 38 das Drehmoment immer nur über eine der beiden Zwischenwellen, beispielsweise die Zwischenwelle 18, übertragen wird, während die andere Zwischenwelle, beispielsweise die Zwischenwelle 20 leer mitläuft und Spiel zwischen den Zahnflanken des Zwischenwellen-

Zahnrades 36 bzw. 28 und den mit diesen in Eingriff stehenden Mittelwellenzahnrädern besteht Dieses Spiel ist aufgrund von Verzahnungsfehlern und Montagefehlern während einer vollständigen Umdrehung des Mittelwellenzahnrades 30 unterschiedlich, hat jedoch einen Mittelwert ungleich NuIL Damit gleichrnäßige Drehmomentaufteilung erreicht wird, müßte das Mittelwellenzahnrad 38 durch seine Schwenkung sowohl dieses mittlere Spiel als auch die während einer vollständigen Umdrehung des Mittelwellenzahnrades 30 zum mittleren Spiel hinzutretende drehwinkelabhängige Spielkomponente ausgleichen. Dies führt zu einem verhältnismäßig großen Schwenkwinkel des Mittelwellenzahnrades 38. Zweckmäßigerweise sollte der Schwenkwinkel des Mittelwellenzahnrades 38 jedoch möglichst klein sein. Dies kann dadurch erreicht werden, daß das mittlere Spiel tu Null gemacht wird, was bedeutet, daß bei einer vollständigen Umdrehung des Mittelwellenzahnrades 30 ohne Schwenkung des Mittelwellenzahnrades 38 die Drehmomentübertragung mal über die eine Zwischenwelle 18 und mal über die andere Zwichenwelle 20 erfolgt, so daß durch Schwenkung des Mittelwellenzahnrades 38 nur noch die drehwinkelabhängige Spielkomponente ausgeglichen zu werden braucht, wozu ein geringerer Schwenkwinkel ausreicht Das mittlere Spiel kann dadurch zu Null gemacht werden, daß das Flankenspiel während einer vollständigen Umdrehung des mittleren Zahnrades 30 gemessen und aufgrund dieser Messung beispielsweise das schrägverzahnte Zwischenwellenzahnrad 28 so ver-

schoben und justiert wird, daß auch ohne Schwenkung des Mittelzahnrades 38 mal die eine und mal die andere Zwischenwelle oder auch gleichzeitig beide Zwischenwellen belastet sind.

In den F i g. 2A und 2B ist als zweites Ausführungsbeispiel ein mehrgängiges Wechselgetriebe dargestellt. Dieses umfaßt einen links von einer Trennwand 78 (siehe Fig. 2B) angeordneten Hauptteil sowie einen rechts von der Trennwand 78 eingeordneten Gruppenteil.

Im folgenden wird zunächst der Hauptteil erläutert. Das Wechselgetriebe weist eine in einem Lager 64 gelagerte Eingangswelle 62 auf, die im obigen Sinne die erste Mittelwelle ist. Drehfest verbunden mit der Eingangswelle 62 ist ein Mittelwellenzahnrad 106, dessen Verbindung mit der Hingangswelle 62 noch ausführlicher erläutert wird. Mil dem Mittelwellenzahnrad 106 kämmen zwei weitere Zwischenwellenzahnräder 102 und 104, die jeweils fest mit einer Zwischenwelle is 80 bzw. 82 verbunden sind. Koaxial mit der Eingangswelle 62 ist eine Getriebewelle 70 angeordnet, die im obigen Sinne eine weitere zweite Mittelwelle darstellt. Die Kopplung der Zwischenwellenzahnräder 102 und 104 mit der Zwischenwelle 80 und 82 geschieht wahlweise über einen von mehreren Zahnrädersätzen, wobei jeder Zahnrädersatz aus einem, mit der Getriebewelle 70 kuppelbaren Mittelwellenzahnrad sowie einem mit dem Mittelwellenzahnrad kämmenden Zwischenwellenzahnrad auf jeder der Zwischenwellen 80 und 82 besteht. Beim dargestellten Wechselgetriebe umfaßt ein erster Zahnrädersatz ein Mittelwellenzahnrad 128 und zwei Zwischenwellenzahnräder 118, ein zweiter Zahnrädersatz ein Mittelwellenzahnrad 130 und zwei Zwischenwellenzahnräder 120, ein dritter Zahnrädersatz ein Mittelwellenzahnrad 132 und zwei Zwischenwellenzahnräder 122 und ein vierter Zahnrädersatz ein Mittelwellenzahnrad 134 und zwei Zwischenwellenzahnräder 124.

Das Mittelwellenzahnrad 106 und die mit ihm kämmenden Zwischenwellenzahnräder 102 und 104 sind schrägverzahnt. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel sind auch die übrigen Zahnräder, d. h. die übrigen Mittelwellenzahnräder und die Zwischenwellenzahnräder, schrägverzahnt, was vorteilhaft, jedoch nicht unbedingt erforderlich ist.

Die Kupplungseinheit zwischen dem Mittelwellenzahnrad 106 und der Eingangswelle 62 ist ausführlicher in F i g. 3 dargestellt. Diese Kupplungseinheit umfaßt ein Pendelwälzlager 108 mit tonnenförmigen Wälzkörpern und zwei Ringe 110 aus elastomerem Material zu beiden Seiten des Mittelwellenzahnrades 106. Das Pendelwälzlager 108 und die Ringe 110 und somit auch das Mittelwellenzahnrad 106 sind zwischen einer Schulter 112 der Eingangswelle 62 und einer Mutter 114 eingespannt die auf ein Gewindeende der Eingangswelle 62 aufgeschraubt ist. An der Schulter 112 ist eine schräge Außenverzahnung 113 ausgebildet, die mit einer Innenverzahnung 116 des Mittelwellenzahnrades 106 kämmt, so daß das Mittelwellenzahnrad und die Eingangswelle 62 drehfest miteinander verbunden sind. Die Zähne der Außenverzahnung 113 und der Innenverzahnung 116 sind ballig geschabt, so daß sie zusammen mit dem Pendelwälzlager 108 und den Ringen 110 eine begrenzte Schwenkbewegung des Mittelwellenzahnrades 106 ermöglichen.

Die Innenverzahnung 116 und die Zähne 117 des Mittelwellenzahnrades 106 weisen vorzugsweise gleiche Schrägungswinkel auf, so daß sich die Axialkräfte auf die Außenverzahnung 116 und die Zähne 117 im wesentlichen aufheben und dadurch der Druck auf die Ringe 110 gering ist

Wenn im Betrieb das Drehmoment nicht gleichmäßig auf die beiden Zwischenwellen 80 und 82 aufgeteilt ist, treten auf beiden Seiten des Mittelwellenzahnrades 106 unterschiedlich große axiale Zahnkraftkomponenten auf, die das Mittelwellenzahnrad 106 um eine zur Zeichenebene der Fig.3 senkrechte und durch die Mitte des Pendelwälzlagers 108 gehende Achse schwenken, bis daß das Drehmoment gleichmäßig auf die Zwischenwelle 80 und 82 aufgeteilt ist, wie dies vorstehend in Verbindung mit der Ausführungsform gemäß F i g. 1 ausführlicher erläutert wurde.

Im in Fig.2B dargestellten Gruppenteil umfaßt das Wechselgetriebe eine Ausgangswelle 66 und zwei weitere Zwischenwellen 98 und 100. Auf jeder Zwischenwelle 98 und 100 sitzen nebeneinander zwei Zwischenwellenzahnräder 140 und 142 mit entgegengesetzt gleicher Schrägung. Diese kämmen mit zwei Mittelwellenzahnrädern 144 und 146, die nebeneinander auf der Ausgangswelle 66 angeordnet sind. Im Gruppenteil des Wechselgetriebes bildet dessen Ausgangswelle 66 die Mittelwelle im obigen Sinn. Bei bestimmten Schaltzuständen des Wechselgetriebes, auf die es hier nicht näher ankomm', wird ein Drehmoment über die beiden zweiten Zwischenwellen 98 und 100 zur Ausgangswelle 66 und umgekehrt übertragen.

Auf der Ausgangswelle 66 ist eine Muffe 153 drehbar und mit der Ausgangswelle 66 kuppelbar gelagert. Zwischen der Muffe 153 und jedem der beiden Mittelwellenzahnräder 144 und 146 ist eine radiale Klauenkupplung 149 bzw. 151 angeordnet, die als Keilverzahnung ausgebildet ist und eine Schwenkbewegung der Mittelwellenzahnräder 144 und 146 zuläßt. Diese sind zwischen elastomeren Ringen 155 ähnlich den Ringen 110 eingespannt, die sich an Flanschen der Muffe 153 abstützen. Auf diese Weise sind auch die Mittelwellenzahnräder 144 und 146 so gelagert, daß sie sich radial und axial nicht bewegen können, jedoch eine begrenzte Schwenkbewegung um eine zur Zeichnungsebene (Fig.2B) senkrechte Achse ausführen können. Da auch die Mittelwellenzahnräder 144 und 146 schrägverzahnt sind, wirken an ihnen wie am Mittelwellenzahnrad 106 axiale Zahnkraftkomponenten an den Eingriffsstellen mit den Zwsichenwellenzahnrädern 140 und 142. Es sei angenommen, daß im Betrieb zunächst das Mittelwellenzahnrad 144 im unteren Teil von F i g. 2B mit dem Zwischenwellenzahnrad 140 in spielfreien Eingriff tritt. Dabei tritt am Mittelwellenzahnrad 144 eine axiale Zahnkraftkomponente auf, die dieses Mittelwellenzahnrad relativ zur Ausgangswelle 66 im Gegenuhrzeigersinn zu schwenken versucht. Das Mittelwellenzahnrad 144 wird so lange geschwenkt, bis es auch mit dem in Fig.2B oberen Zwischenwellenzahnrad 140 in Eingriff steht Den an den Zahnflanken des Mittelwellenzahnrades 144 wirkenden axialen Zahnkraftkomponenten entspricht eine Reaktionskraft, die vom Ring 155 zwischen den Mittelwellenzahnrädern 144 und 146 aufgenommen und zum Mittelwellenzahnrad 146 übertragen wird, so daß auch das Mittelwellenzahnrad 146, falls notwendig, so verschwenkt wird, bis an seinen beiden Eingriffsstellen gleiche axiale Zahnkraftkomponenten auftreten, so daß jedes der beider Mittelwellenzahnräder 144 und 146 mit seinen beider zugeordneten Zwischenwellenzahnrädern 140 und 142 in Eingriff steht. Die Nebeneinanderanordnung von zwei entgegengesetzt schrägverzahnten Mittelwellenzahnrädern, die jeweils beide mit zwei Zwischenwellenzahnrädern kämmen, bewirkt eine Verringerung der Zahnbelastungen und eine Entlastung der die Zwischenwellen 98 und 100 tragenden Lager in Axialrichtung.

Auch bei dem vorstehend beschriebenen Wechselgetriebe soll die Schwenkung des Mittelwellenzahnrades 106 und der Mittelwellenzahnräder 144 und 146 im Betrieb möglichst gering sein. Wie bereits bei dem Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 1 beschrieben wurde, kann dies dadurch erreicht werden, daß das mittlere Zahnflankenspiel möglichst zu Null gemacht wird. Dies muß allerdings im vorliegenden Fall für jeden Zahnrädersatz der einzelnen Gänge unabhängig durchgeführt werden.

Die Kupplungseinheit für das Mittelwellenzahnrad 106 muß nicht die vorstehend beschriebene Ausbildung haben. Beispielsweise kann bei der Ausführungsform gemäß F i g. 3 das Pendelwälzlager 108 weggelassen werden, wenn dafür gesorgt äst, daß das Mittelwellenzahnrad 106 auf der Eingangswelle 62 mit der Innenverzahnung 116 und der Außenverzahnung 113 zentriert wird. Andererseits können dann, wenn das Pendelwälzlager 108 beibehalten wird, die Ringe 110 wegfallen, da auch das Pendelwälzlager 108 für axiale Sicherung sorgt. Die Ringe 110 bieten allerdings die zusätzlichen Vorteile, daß sie stoß- und geräuschdämpfend wirken.

Wie bereits erwähnt wurde, wird für die Innenverzahnung 116 und die Außenverzahnung 113 zweckmäßigerweise eine Schrägverzahnung gewählt, um die Drücke auf die Ringe 110 zu verringern. Dies ist jedoch nicht notwendig; die drehfeste Verbindung zwischen dem Mittelwellenzahnrad 106 und der Eingangswelle 62 kann auch über eine Keilverzahnung erfolgen.

Als weitere Alternative besteht die Möglichkeit, am Ende der Eingangswelle 62 ein Kegelrad vorzusehen, das mit einer kegeligen Verzahnung am Mittelwellenzahnrad 106 kämmt, wobei die Zähne der beiden Kegelverzahnungen nockenähnlich geformt sind, um die Schwenkbewegung des Mittelwellenzahnrades 106 bezüglich der Eingangswelle 62 zu ermöglichen. Auch dabei kann die axiale Sicherung des Mittelwellenzahnrades 106 durch einen elastomeren Ring bzw. eine elastomere Scheibe erfolgen, was die bereits erwähnten Vorteile hat. Soweit zumindest ein elastomerer Ring zur axialen Sicherung verwendet wird, ist dieser vorzugsweise durch eine starre Stahleinlage verstärkt.

Das in den Fig.2A, 2B und 3 dargestellte Wechselgetriebe ist ferner so ausgebildet, daß es auch dann für gleichmäßige Verteilung der Drehmomente auf die beiden Zwischenwellen 80 und 82 sorgt, wenn die Getriebewelle 70 die treibende Welle ist Dies wird im folgenden ausführlicher erläutert

Fig.4A zeigt den vierten Zahnrädersatz des in Fäg.2A dargestellten Hauptteiles der zweiten Ausführungsform mi; dem Mittelwellenzahnrad 134, das von den Mittelwellenzahnrädern auf der Getriebewelle 70 den größten Durchmesser hat Fig.4B zeigt entsprechend den ersten Zahnrädersatz mit dem Mittelwellenzahnrad 128 mit kleinstem Durchmesser. Die Pfeile in den Fig.4A und 4B geben die Drehrichtung der Zahnräder an, die in allen Gängen gleich ist

Es wird zunächst angenommen, daß das Mittelwellenzahnrad 134 mit der Getriebewelle 70 gekuppelt ist. Dann berühren sich bei normalem Betrieb die Zähne y\ —y2 und z\ —Z2, wenn nämlich beide Zwischenwellen 80 und 82 das Mittelwellenzahnrad 134 und die Getriebewellle 70 antreiben. Die Zwischenwellenzahnräder 118 (Fig.4B) treiben gleichzeitig das Mittelwellenzahnrad 128 an, welches sich frei auf der Getriebewelle 70 dreht Dabei berühren sich die Zähne w\ — v/i und x\ — X2. Dies ist nicht notwendigerweise der Fall, da die Zwischenwellenzahnräder 118 nicht durch die Ausgleichswirkung des schwenkbaren Mittelwellenzahnrades 106 beeinflußt sind. Die in Fig.4B gezeigte Lage wird jedoch aufgrund der Beseitigung des mittleren Spiels periodisch während der Drehung der Zwischenwellen 80 und 82 erreicht.

Bei einem Lastwechsel wird die Getriebewelle 70 treiben. Dann berühren sich bei gleichmäßiger Drehmomentverteilung die Zähne y—y\ bzw. z—Z\. Infolge von unvermeidlichen Herstelluhgsfehlern wird jedoch der Eingriff auf einer Seite des Mittelwellenzahnrades 134, beispielsweise bei ζ und z·., zuerst stattfinden. Die Zwischenwelle 80 dreht sich also um einen bestimmten Winkel unabhängig von der Zwischenwelle 82, nämlich um dmt/r in Winkelmaß, worin dmt die Differenz der Zahnspiele im Stirnschnitt der Zähne y und yi und ζ und z\ sowie r den Wälzkreisradius der Zwischenwellenzahnräder 124 bedeuten.

Während der unabhängigen Drehung der Zwischenwelle 80 treibt diese alle auf ihr gelagerten Zwischenwellenzahnräder einschließlich des Rades 118 an. Der Wälzkreisradius η des Zwischenwellenzahnrades 118 sei gleich 2,5 χ r. Ein Punkt auf diesem Wälzkreis bewegt sich längs eines Bogens von der Länge n/r mal dem Bogenweg eines Punktes auf dem Wälzkreisradius des Zwischenwellenzahnrades 124. Die geforderte unabhängige Drehung der Zwischenwelle 80 ist nur möglich, wenn zwischen χ und x\ genügend Zahnspiel vorhanden ist. Wenn sich nämlich diese Zähne berühren, bevor sich die Zähne y und y\ berühren, dann bleibt zwischen y und y\ ein Abstand, so daß das Drehmoment bei treibender Getriebewelle 70 nicht gleichmäßig auf die Zwischenwellen 80 und 82 verteilt werden kann.

Die tatsächlich größte Differenz der Zahnspiele zwischen y—y\ und z—z\ hängt von den Toleranzen der Zahndicken und der Achsabstände ab. Die größte wirksame Spieldifferenz ist aber gleich der Zahndickentoleranz der Zwischenwellenzahnräder, da Toleranzen der Achsabstände sich auf alle Zwischenwellenzahnräder jeder Zwischenwelle auswirken, sofern die Zwischenwellen parallel verlaufen. Dies wird weiter unten näher erläutert.

Wenn Achsabstandsdifferenzen vernachlässigt werden, so sind für die Zahnräder gemäß F i g. 4A drei Fälle zu unterscheiden, nämlich

1) alle Zahnräder liegen an der oberen Grenze des Toleranzbereiches,

2) alle Zahnräder liegen an der unteren Grenze des Toleranzbereiches, und

3) das eine Zwischenwellenzahnrad 124 liegt an der oberen Grenze und das andere Zwischenweiienzahnrad liegt an der unteren Grenze.

In den Fällen 1) und 2) sind die Zahnspiele gleich groß, sie variieren allerdings innerhalb 1) und 2). In keinem dieser beiden Fälle ist aber eine unabhängige Bewegung der einen Zwischenwelle bezüglich der anderen Zwischenwelle erforderlich, so daß es keine Verspannungsprobleme gibt Am ungünstigsten ist Fall 3). Es muß aber beachtet werden, daß die Zahntoleranzen am mittleren Zahnrad 128 die Zahnspiele an beiden Zwischenwellenzahnrädern 118 beeinflussen. Die größte Zahnspieldifferenz in entgegengesetzten Eingriffspunkten am Mittelwellenzahnrad 128 ist daher gleich dem Zahnspiel an beiden Zwischenwellenzahnrädern 118.

Um die erwähnte unabhängige Drehung der Zwischenwelle 80 zu ermöglichen, muß zwischen den

Zähnen χ und Χ] genügend Zahnspiel vorhanden sein. Dann gilt:

Wenn r₃ gleich 2,5 χ r ist, dann muß das Zahnspiel x-x\ mindestens 2,5mal größer sein als die Zahndickentoleranz im Stirnschnitt der Zwischenwellenzahnräder 118. Zusätzlich zu diesem Mindestspiel müssen auch Teilungs- und Richtungsfehler der Zähne berücksichtigt werden, um freie Bewegung für nicht gekuppelte Zahnräder zu erreichen. Das bei der Konstruktion zugrunde gelegte Zahnspiel könnte möglicherweise nicht groß genug sein, um die gewünschte unabhängige ι ο Drehung zu erhalten.

Da sich schrägverzahnte Zahnräder normal zu den Zahnflanken berühren, werden Zahndickentoleranzen im Normalschnitt der Zähne angegeben und gemessen. Im Stirnschnitt jedoch hängt das Zahnspiel von \ϊ gewählten Werten des Eingriffswinkels im Normalschnitt und des Schrägungswinkels ab. Durch Wahl geeigneter Werte für diese Größen kann das zur Vermeidung von »Verspannungen« notwendige zusätzliche Zahnspiel im Stirnschnitt erreicht werden. Praktisch wird das geeignete Zahnspiel durch unterschiedliche Schrägungswinkel der Zwischenwellenzahnräder erreicht, wobei von Zahnrädersatz zu Zahnrädersatz zum Getriebeeingang hin größere Schrägungswinkel erforderlich sind. Der Schrägungswinkel der Zwischenwellenzahnräder 118 kann beispielsweise bis zu 45° betragen.

Im folgenden wird ein Zahlenbeispiel angegeben, das zeigt, daß bei geeigneter Wahl der Schrägungswinkel ausreichendes Zahnspiel erreicht wird, um »Verspannung« bei Lastwechsel zu vermeiden. Es wird angenommen, daß die Zahnräder in Fig.4A einen Eingriffswinkel im Normalschnitt von 16° haben und einen Schrägungswinkel von 16° aufweisen. Ferner wird angenommen, daß die Zahnräder in Fig.4B gleichen Eingriffswinkel, jedoch einen Schrägungswinkel von 45° haben. Die Zahndicke im Normalschnitt und das geforderte Mindestzahnspiel im Normalschnitt sei gleich für beide Zahnrädersätze.

Zahndickentoleranzen im Normalschnitt (angenommen) in mm

Mindestzahnspiel (angenommen)
größte Zahnspieldifferenz am Ort
der Drehung

0,06

cos 16° X cos 16°
gefordertes Mindestzahnspiel
am Ort der Drehung
tatsächliches Mindestzahnspiel
zwischen χ - λ|
0,15

cos 16° X cos 45°

+ 0,0
- 0,06

0,15

0,065

0,065 X 2,5 0,162

0,22

Bei den beschriebenen Ausführungsbeispielen weisen die Zahnräder Evolventen-Schrägverzahnung auf, die wegen ihrer bekannten vorteilhaften Laufeigenschaften vorwiegend angewendet wird. Die Erfindung ist jedoch ebenso anwendbar bei Zahnrädern mit Schraub- oder Schneckenverzahnung.

Die Erfindung ist ferner auch anwendbar auf Mehrweggetriebe, bei denen das Drehmoment nicht zu gleichen Teilen auf die Wege aufgeteilt wird. Auch mit ungleicher Aufteilung des Eingangsdrehmoments können beträchtliche Vorteile erzielt werden. Die tatsächliche Drehmomentverteilung hängt von der Lage des Schwenkmittelpunktes des schwenkbar gelagerten Mittelzahnrades ab. Wenn dieser Schwenkmittelpunkt 'ungleiche Entfernungen von den Drehachsen der mit dem Mittelwellenzahnrad kämmenden Zwischenwellenzahnräder hat, ergibt sich eine ungleiche Drehmomentverteilung, die jedoch aufgrund der erfindungsgemäßen Ausbildung im Betrieb zeitlich konstant gehalten wird.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Mehrweg-Zahnradgetriebe mit Drehmomentausgleich, mit mehreren zwischen Mittelwellen angeordneten Verzweigungs-ZwJschenwellen und den zugehörigen Mittelwellen- und Zwischenwellenzahnrädern, wobei alle Wellen axial und radial unbeweglich geführt sind und ein Mittelwellenzahnrad unter Wirkung der von den Zwischenwellen- ι ο zahnrädern eingeleiteten Zahnkräfte bezüglich seiner Mittelwellenachse über eine Kupplungseinheit auf seiner Mittelwelle selbsttätig einstellbar ist, gekennzeichnet durch die Kombination folgender für sich bekannter Maßnahmen: