DE2426125A1 - Zweistufiges raedergetriebe hoher untersetzung - Google Patents

Description

• Zweistufiges Rädergetriebe hoher Untersetzung Die Erfindung betrifft ein zweistufiges Rädergetriebe hoher Untersetzung mit einem Antriebsrad, auf einer gemeinsamen Welle angeordneten Zwischenrädern und einem Abtriebsrad.
• Derartige Getriebe hoher Untersetzung werden für unterschiedliche Unterstzungsverhältnisse, Drehzahlen und Momente vielfach benötigt und eingesetzt. Als problematisch hat sich jedoch erwiesen, daß die Forderungen nach einfachem Aufbau und geringer Baugröße, hohem Untersetzungsverhältnis sowie hohem Wirkungsgrad und oft auch gleichachsigem An- und Abtrieb sich bereits einzeln schwer verwirklichen lassen.
• Verbreitet werden Stirnrädergetriebe verwendet. Bei entsprechender Auslegung lassen sich zwar Antriebs- und Abtriebswelle gleichachsig anordnen, die je Stufe erzielbaren Untersetzungen jedoch sind beschränkt, insbesondere wenn ein gedrängter Aufbau angestrebt wird.
• Die verbreitet benutzten Schneckengetriebe erlauben je Stufe höhere Ubersetzungen; Antriebs- und Abtriebswelle jedoch verlaufen gekreuzt im Abstande der Summe der Radien der Schnecke und des Schneckenrades. Zwar lassen sich zweistufige Getriebe so anordnen, daß die Antriebs- und die Abtriebswelle einander parallel verlaufen, die Versetzung der Antriebs- gegen die Abtriebswelle läßt sich jedoch nur durch weiteren Aufwand beheben, und die in gekreuzten Ebenen stehenden Schneckenräder erfordern große Gehäuseabmessungen.
• Es sind Getriebe bekannt, bei denen zwei gleichachsig angeordnete, in der Zahl ihrer Zähne um eins differierende Stirnräder gemeinsam in ein Ritzel doppelter Breite eingreifen.
• Infolge der voneinander abweichenden Teilkreisdurchmesser von Antriebs- und Abtriebsrad wird nur ein unzureichender Eingriff erzielt, und die Untersetzung erscheint als Differenz zwischen der Antriebs- und der Abtriebsdrehzahl. Die Umbildung zu einem Umlaufgetriebe durch Antreiben des das Ritzel aufweisenden Steges und Festhalten eines der beiden Stirnräder kompliziert den Aufbau, ohne den zunächst benannten Mangel zu beheben. Weiter entwickelt ist dieses im Prinzip bei einem als Harmonic-Drive-Getriebe bezeichneten Untersetzungsgetriebe (leipzig Fachberichte 81 (1973), Heft b, Seite 249/250), bei dem innerhalb eines mit einer Innenverzahnung ausgestatteten Zahnkranzes eine mit einer Außenverzahnung versehene Büchse geringer Wandstärke vorgesehen ist. Die Büchse weist zwei Zähne weniger auf als der Zahnkranz und wird durch einen elliptischen Innenkörper an zwei gegenüberliegenden Bereichen in dessen Verzahnung eingedrückt. Wird der elliptische Körper angetrieben, so wan'dert der Eingriffsbereich, und bei einmaligem Umlauf sind Zahnkranz und Büchse gegeneinander um den zwei Zähnen entsprechenden Winkel verdreht. Bei einer Weiterbildung wird an Stelle des elliptischen Körpers ein aus einem zentralen Ritzel und zwei größeren Planetenrädern bestehendes Umlaufgetriebe benutzt, die in eine zusätzliche Innenverzahnung der Büchse eingreifen. Zwar lassen sich hohe Untersetzungen erreichen, die letztgenannte Ausführung läßt sich aber nur mit leicht deformierbarem Kunststoff aufbauen und ist damit bezüglich der erzielbaren Momente begrenzt. Bei der zunächst veröffentlichten Ausführung dieses Getriebes tritt die Reibung zwischen elliptischem Körper und zu verformender Buchse unangenehm in Erscheinung, und in beiden Fällen sinkt der Wirkungsgrad des Getriebes stark mit dessen Durchmesser ab, da die Verformung der Zahnbuchse prozentual größer wird. Man kann also die Getriebe nicht ernscht klein bauen, und zur Erzielung besonders großer Untersetzungen ist es erforderlich, zwei solcher Getriebe hintereinander anzuordnen.
• Die Erfindung geht von der Aufgabe aus, ein Untersetzungsgetriebe zu schaffen, das bei extrem hohen Untersetzungen einen einfachen, gedrängten Aufbau mit relativ hohem Wirkungsgrad verbindet und zur Vereinfachung der Anwendung die Antriebs- und die Abtriebswelle parallel, vorzugsweise gleichachsig aufweist.
• Erreicht wird dies gemäß der Erfindung, indem bei einem Rädergetriebe der oben bezeichneten Gattung das Antriebsrad als Tellerrad ausgebildet und mit im wesentlichen axial vorstehenden Spiralgängen versehen ist, die in eine Umfangszone eines Kronenzahnkranzes eines Zwischenrades eingreifen, das derart versetzt angeordnet und schräg gegen die Tellerebene des Antriebsrades gestellt ist, daß der Kronenzahnkranz, aus dem Eingriffsbereich über die Ebene der Spiralverzahnung geführt, mit einem zweiten Umfangsbereiche diese ohne Eingriff überkreuzt, und indem das mit dem ersten Zwischenrad auf gleicher Welle drehfest verbundene zweite Zwischenrad mit axial vorstehenden Spiralgängen ausgestattet ist, die gleichartig in einen Umfangsbereich eines Kronenzahnkranzes des gegen das zweite Zwischenrad versetzt und schräg gestellten Abtriebsrades eingreifen.
• Eine besonders einfache Anwendung ergibt sich, wenn die Antriebs- und die Abtriebswelle einander parallel oder gar gleichachsig angeordnet sind und die Zwischenwelle gegen diese ollen versetzt und geneigt vorgesehen ist.
• Ein einfacher Aufbau wird erreicht, wenn ein Zwischenrad verwendet wird, das auf seiner einen Seite einen Kronenzahnkranz und auf der gegenüberliegenden Tellerfläche Spiralgänge aufweist.
• Als vorteilhaft wurde gefunden-, die Spiralgänge in Form einer auf einem Kegelmantel ruhenden Archimedischen Spirale aus zu bilden. Die Spiralgänge können aber auch mindestens zwei symmetrisch ineinander angeordnete Gänge in Form solcher Archimedischen Spiralen aufweisen. Die Kegelmäntel sind so flach gewählt, daß ihre Mantellinien im Eingriffsbereiche in einer achsnormalen Ebene des folgenden Kronenzahnkranzes liegen. Zur Erzielung einer einwandfreien, großflächig getragenen Verzahnung hat es sich bewährt, die Flanken der Zähne des Kronenzahnkranzes dem Kreuzungswinkel im Eingriffsbereiche anzupassen. Zweckmäßig wird dieser Kreuzungswinkel etwa rechtwinklig gewählt, so daß die Tangente der Spiralgänge im Eingriffsbereiche etwa radial auf dem Kronenzahnkranz steht. Ein einfacher, raumsparender und günstige Gleitverhältnisse schaffender Aufbau ergibt sich, wenn das Antriebsrad mit geringerem Durchmesser ausgeführt ist als die anderen Räder, und wenn die Achse der Zwischenwelle die der Antriebs- und Abtriebswelle auf der Seite der Antriebswelle kreuzt.
• Im einzelnen sind die Merkmale der Erfindung anhand der Beschreibung eines Ausführungsbeispieles in Verbindung mit dieses darstellenden Zeichnungen erläutert. Es zeigen hierbei: Fig. 1 einen Schnitt durch Antriebs-'und Abtriebsrad eines Getriebes, Fig. 2 eine Aufsicht auf die Räder des Getriebes der Fig. 1, und Fig. 3 einen vor dem Zahnkranz des Abtriebsrades geführten Schnitt.
• In den Figuren ist ein Antriebsrad 1 dargestellt, das auf dem inneren Ende einer. abgebrochen dargestellten Antriebswelle -2 angeordnet ist. Das Getriebegehäuse sowie die Lager sowohl er Antriebs- als auch der anderen Wellen sind zur Vereinfachung der Darstellung nicht gezeigt.
• Das Antriebsrad 1 ist mit einem Spiralgang 3 in Form einer Archimedischen Spirale ausgestattet, die, wie Figur 1 erkennen läßt, auf einen Kegelstumpfmantel aufgesetzt ist, und deren Länge 3600 geringfügig überschreitet.
• Auf einer gegenüber der Äntriebsachse sowohl seitlich als auch in der Höhe versetzt und gegen diese geneigt angeordneten, beidendig mit Lagerzapfen ausgestatteten Zwischenwelle 4 ist ein Zwischenrad 5 vorgesehen. Die antriebsseitige Flanke des Zwischenrades 5 ist mit einem Kronenzahnkranz 6 ausgestattet, in den der Spiralgang 3 eingreift. Die Neigung des Kegelstumpfes des Antriebsrades 1 ist so gewählt, daß die Mantellinie im Eingriffsbereich in einer achsnormalen Ebene der Zwischenwelle 4 liegt. Die dem Kronenzahnkranz 6- abgewandte Tellerfläche des Zwischenrades 5 weist einen Spiralgang 7 auf, der ähnlich dem des Antriebsrades 1 ausgeführt ist, und der in einen Kronenzahnkranz 8 eingreift, der auf der freien Stirnfläche eines Abtriebsrades 9 angeordnet ist, das mit der Abtriebswelle lo verbunden ist.
• Da die Antriebswelle 2 sowie die Abtriebswelle 10 gleichachsig angeordnet-sind, ist die Zwischenwelle 4 gegen beide sowohl versetzt als auch geneigt. Hierdurch wird erreicht, daß jeweils einer der Spiralgänge 3 bzw. 7 nur in einen Zwischenzahnbereich des gegenüberstehenden Kronenzahnkranzes 6 bzw. 8 eingreift. Bei der dargestellten Anordnung sind die Neigung sowie die Versetzung der Zwischenwelle 4 so gewählt, daß diese seitlich oberhalb sowohl des Antriebsrades 1 als auch des Abtriebsrades 9 verläuft, so daß sie in entsprechenden, nicht dargestellten Gehäusebuchsen oder im Gehäuse gehaltenen Lagern gelagert werden kann. Die Schrägstellung in Verbindung mit der Versetzung bewirkt, daß die Spiralgänge nur in jeweils einem Bereich in die Verzahnung des gegenüberstehenden Kronenzahnkranzes eingreifen. Durch die Schrägstellung steigt jeder der Spiralgänge vom Eingriffsbereich aus in seinem weiteren, das ihm gegenüberstehende Rad passierenden Lauf gegen dessen Kronenzahnkranz so an, daß beim zweiten Passieren dieses Kronenzahnkranzes der Spiralgang oberhalb desselben läuft und'nicht in ihn eingreift. Damit werden zwei aufeinanderfolgende Getriebestufen geschaffen, deren jede antriebsseitig einen Spiralgang aufweist, der bei einer Umdrehung des ihn aufweisenden Eingangsrades den Kronenzahnkranz, in den er eingreift, um einen einer Zahnteilung entsprechenden Drehwinkel antreibt.
• Im Ausführungsbeispiel wird davon ausgegangen, daß der Kronenzahnkranz 6 bei einem Teilkreisdurchmesser von 80 mm mit vierzig Zähnen des Modul 2 ausgestattet ist, während der Kronenzahnkranz 8 des Abtriebsrades 9 bei gleichem Teilkreisdurchmesser zwanzig Zähne des Modul 4 aufweist. Damit ist ein leistungsfähiges Untersetzungsgetriebe mit einer Gesamtuntersetzung von 800:1 geschaffen, das bei robuster Ausführung gedrängt und kompakt aufgebaut ist und daher nur einen geringen Raumbedarf aufweist. Entsprechend höheren Belastungen lassen sich andere Module verwenden, und auch bei erheblicher Erhöhung der Zähnezahlen entsprechend erheblichen Steigerungen der Unter setzung wird infolge des kompakten Aufbaues nur verhältnismäßig wenig Raum benötigt.
• Bewährt hat es sich, den Durchmesser des Antriebsrades mit möglichst geringem Durchmesser auszuführen, um im Eingriffsbereich mit dem Kronenzahnkranz 6 die Gleitgeschwindigkeit möglichst gering zu halten und ausreichend Raum für die Lagerung des geneigten Endes der Zwischenwelle 4 zu erlangen, zumal es nur einen Spiralgang 3 aufweist und damit grundsätzlich die Untersetzung nicht beeinflußt. Im Bedarfsfalle jedoch können Spiralgänge mit größerer, beispielsweise 7200 überschreitender Länge oder aber in Form mehrerer, symmetrisch ineinander angeordneter Spiralgänge vorgesehen werden. Im ersteren dieser beiden Fälle ist ein Spiralgang zwei- oder gar mehrfach in Eingriff, während im zweiten je Umdrehung der den Mehrfach-Spiralgang antreibenden Welle der diesem folgende Kronenzahnkranz um die der Anzahl der Spiralgänge entsprechende Zähnezahl weitergedreht wird.
• Die Spiralgänge können mit im wesentlichen senkrecht auf dem sie aufnehmenden Kegeistumpfmantel stehenden Flanken ausgeführt sein. In diesem Falle ergibt sich eine einfache Ausbildung der Kronenzahnkränze mit wie üblich radial stehenden Symmetrieebenen der Zähne. Gleichzeitig wird hierbei erreicht, daß zumindest die mit dem stärksten Moment betriebene Abtriebswelle auch ohne wesentliche axiale Belastung betrieben wird. Die Flanken der Spiralgänge können aber auch andere Neigungen aufweisen. Zweckmäßig sind dann mindestens die tragenden Flanken der Zähne der Kronenzahnkränze entsprechend geneigt ausgeführt.
• Das Getriebe läßt sich zur'hohe Belastungen und/oder bei großen Abmessungen in Metall ausführen, während bei kleinen-Abmessungen, insbesondere aber geringen Belastungen Kunststoffausfuhrungen gewählt werden können, so daß, insbesondere bei der Herstellung größerer Stückzahlen, das Antriebsg, das Abtriebs- sowie das Zwischenrad als billige Massenartikel gepreßt werden können. In jedem Falle ergibt sich ein mit geringem Aufwand erstellbares Untersetzungsgetriebe, das gedrängten, kompakten Aufbau mit parallel- oder gleichachsigen Antriebs- und Abtriebswellen, relativ hohem Wirkungsgrad und Untersetzungen verbindet, die bis zu extremen Werten gesteigert werden können.

Claims (9)

Patentansprüche

1. Zweistufiges Rädergetriebe hoher Untersetzungen mit einem Antriebsrad, auf einer gemeinsamen Welle angeordneten Zwischenrädern und einem Abtriebsrad, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebsrad (1) als Tellerrad ausgebildet und mit im wesentlichen axial vorstehenden Spiralgängen (3) versehen ist, die in eine Umfangszone eines Kronenzahnkranzes (6) eines Zwischenrades (5) eingreifen, das derart versetzt angeordnet und schräg gegen die Tellerebene des Antriebsrades gestellt ist, daß der Kronenzahnkranz, aus dem Eingriffsbereich über die Ebene der Spiralgänge geführt, mit einem zweiten Umfangsbereiche diese ohne Eingriff überkreuzt, und daß das mit dem ersten Zwischenrad auf gleicher Welle (4) drehfest verbundene zweite Zwischenrad (5) mit axial vorstehenden Spiralgängen (7) ausgestattet ist, die gleichartig in einen Umfangsbereich eines Kronenzahnkranzes (8) des gegen das zweite Zwischenrad versetzt und schräg gestellten Abtriebsrades (9) eingreifen.

2. Untersetzungsgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebswelle (2) und die Abtriebswelle (1o) einalldSlparallel angeordnet sind und die Zwischenwelle (4) gegen Slt versetzt und geneigt gelagert ist.

3. Untersetzungsgetriebe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebs- und der Abtriebswelle (2,1O) gleichachsig gelagert sind.

4. Untersetzungsgetriebe nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Zwischenrad (5) auf seiner einen Seite einen Kronenzahnkranz (6) und auf der gegenüberliegenden Tellerfläche Spiralgänge (7) aufweist.

5. Untersetzungsgetriebe nach Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer der Spiralgänge (3,7) in Form einer aur einem Kegelmantel ruhenden Archimedischen Spirale ausgebildet ist.

6. Untersetzungsgetriebe nach Ansprüchen 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß mindestens einer der Spiralgänge (3<6) in Form mindestens zweier symmetrisch ineinander angeordneter, auf einem Kegelmantel ruhender Archimedischer Spiralenausgebildet ist.

7. Untersetzungsgetriebe nach Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die im Eingriffsbereiche stehendm Mantellinien der Kegelmäntel in einer achsnormalen Ebene des eingegriffenen Kronenzahnkranzes verlaufen.

8. Untersetzungsgetriebe nach Ansprüchen 1 bis 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c hn e t daß die Flanken der Zähne der Kronenzahnkränze (6,8) dem Kreuzungswinkel im Eingriffsbereiche der Spiralgänge (3,7) entsprechend ausgebildet sind.

9. Untersetzungsgetriebe nach Ansprüchen 1 bis 8, -d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t daß die Tangenten der Spiralgänge (3,7) im Eingriff bereiche etwa radial auf dem Kronenzahnkranz (6,8) stehen.

lo. Untersetzungsgetriebe nach Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebsrad (1) mit geringerem Durchmesser ausgeführt ist als die der anderen Räder, und daß die Achse der Zwischenwelle (4) die der Antriebs- und Abtriebswelle (2,10) auf der Seite der Antriebswelle kreuzt.