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Geschwindigkeitsregler zur Übersetzung der Drehung zwischen zwei
achsgleich ausgerichteten Wellen Die Erfindung bezieht sich auf einen Geschwindigkeitsregler
zur Übersetzung der Drehung zwischen zwei achsgleichen Wellen, insbesondere zur
Herab- oder Heraufsetzung der Geschwindigkeit einer der beiden Wellen.
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Es sind bereits verschiedene Vorrichtungen dieser Gattung bekannt
zur Transmission einer Drehbewegung von einer Antriebswelle auf eine angetriebene
Welle gemäß einem bestimmten
Winkelgeschwindigkeitsverhältnis von
einer gegenüber der anderen Welle. Bekannte Vorrichtungen werden mittels Rädergetrieben
gebildet, welche in bekannter Weise aufgebaut sein können bzw. auch zur endlosen
bzw. epizykloidalen Gattung gehören können, wobei diese Ausführungen aber große
Nachteile aufweisen, die ihre Verwendung reichlich einschränken, insbesondere in
dem Fall, daß ein hohes Winkelgeschwindigkeitsverhältnis zwischen der Antriebs-
und der angetriebenen Welle besteht. Bei den beiden erstgenannten Typen ist der
Leistungsverlust sehr groß, ferner sind Gewicht und Platzbedarf solcher Vorrichtungen
unverhältnismäßig groß im Verhältnis zu der übersetzten Leistung. Diejenigen Vorrichtungen
mit epizykloidalen Getrieben geben gewöhnlich sehr gute Leistungen ab, doch haben
sie gleichfalls den Nachteil aufwendiger und unwirtschaftlicher Ausbildung zu sein.
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Der Zweck der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer Vorrichtung,
welche die Übersetzung auch sehr hoher Verhältnisse zwischen einer Antriebs- und
einer angetriebenen Welle zulassen, wobei das Gewicht und die Leistungsverluste
äußerst klein sind.
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Ein weiterer Zweck ist die Schaffung einer Vorrichtung der eingangs
erwähnten Gattung, welche verhältnismäßig einfach
ausgebildet ist,
bei sicherer Funktion und entsprechend hoher Wirtschaftlichkeit.
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Diese und weitere Aufgaben werden mittels einer Geschwindigkeits-Regelvorridhtung
gelöst, die ein starres Gehäuse besitzt, ein erstes, an dem Gehäuse gelagertes Stirnrad,
eine erste Welle, die in LagerS freidrehend gegenüber dem Gehäuse läuft, einen starren
Körper, der freidrehend auf mindestens einem durch die erste Welle gehaltertem Lager
läuft, wobei dieses Lager ihre Achse zu derjenigen der ersten Welle-schrägliegt,
zwei Zahnkränze, die an dem starren Körper voneinander gesondert gelagert sind,
eine zweite, zur ersten Welle gleichachsig liegende Welle, die gleichfalls auf Lagern
gelagert ist und zum Gehäuse frei drehbar ist und die ein zweites Zahnrad mit Stirnzähnen
gelagert hält, wobei einer der beiden Zahnkränze mit dem ersten Zahnrad kämmt, und
der andere Zahnkranz in Drehverbindung mit dem zweiten Zahnrad steht, wobei die
Verzahnungen der Zahnräder und der Zahnkränze sämtlich primitiven Oberflächen konisch
haben mit zueinander zusammentreffendem First und gemäß der Achse der beiden Wellen
ausgerichtet.
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Zum besseren Verständnis der Merkmale der erfindungsgemäßen Vorrichtung
werden nachfolgend drei Ausführungsbeispiele derselben mit Bezug auf die anliegenden
Zeichnungen beschrieben, gemäß denen diese Vorrichtungen im axialen Schnitt
schematisch
in den Fig. 1, 2 und 3 gezeigt sind.
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Eine Geschwindigkeitsregelvorrichtung (Fig. 1) weist ein starres Gehäuse
1 auf, an welchem ein Zahnrad 2 mit Stirnzähnen sitzt und auf dem mittels eines
Lagers 3 eine freidrehende Antriebswelle 4 gelagert ist, die ihrerseits mit einem
Lager 5 versehen ist, dessen Achse in gleicher Ebene und schräg zur Wellenachse
4 verläuft.
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Auf das Lager 5 ist frei drehbar ein starrer Körper 6 aufgesetzt,
in welchem zwei Zahnkränze 7 und 8 mit unterschiedlichem Durchmesser ausgenommen
sind.
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Der Zahnkranz 7 kämmt mit den Zähnen des Zahnrads 2, während der Zahnkranz
8 in die Zähne eines Zahnrads 9 eingreift, das auf eine Welle 10 aufgekeilt ist,
die achagleich mit der Welle 4 liegt und frei drehbar auf einem Lager 11 gelagert
ist; aus der Zeichnung ist ersichtlich, daß die Welle 10 hohl ist, und daß mindestens
ein Teilstück derselben in den Bereich der Welle 4 reicht, die ihrerseits mittels
eines Lagers 12 an der Welle 10 gehalten ist. Der Zahnkranz 7 und das Zahnrad 2
besitzen einen maßgleichen Durchmesser, ihre primitiven Konusse haben ihren First
an einem gemeinsamen Punkt, der in der Achse der Antriebswelle 4 liegt, der Zahnkranz
8 und das Zahnrad 9 besitzen ihrerseits maßgleiche Durchmesser und ihre primitiven
Konusse haben ebenfalls ihren
First an einem gemeinsamen Punkt.
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Unter Beachtung des Umstandes, daß die Werte, welche die Öffnungswinkel
der primitiven Konusse der Zahnkränze und der zur Vorrichtung gehörenden Zahnräder
einnehmen können sind verschiedene Ausbildungsformen hinsichtlich der konkaven oder
konvexen Verzahnungen und der entsprechenden Durch messer möglich (für jedes zugeordnete
Radpaar, das kämmt, können verschiedene Wahlen getroffen werden, mit der einzge
Einschränkung, daß nur dasjenige Rad, dessen Konus die größere Öffnung aufweist,
konkave Zähne besitzen kanne und man kann erkennen, daß die Ausbildung der Vorrichtung
gemäß Fig. 1 zwei konische Paare aufweist, die einen unterschiedlichen Durchmesser
haben, damit ein größerer Wahlbereich betreffend die Öffnungswinkel der primitiven
Konusse besteht.
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Die beiden Zahnkränz 7 und 8 sind ineinander gehalten und miteinander
lediglich mittels eines starren1 auf dem Lager 5 schwingenden Körpers verbunden.
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Während der Funktion der Vorrichtung führt der starre Körper 6 mit
den Zahnkränzen 7 und 8 aufgrund der Drehung der Antriebswelle 4 einen Vorlauf um
die Achse dieser Welle 4 auf und überträgt dadurch den Antrieb auf das Zahnrad 9
über das starre Zahnrad 2, das als Drehpunkt für den starren Körper 6 dient.
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Das Übersetzungsverhältnis, das mittels der beschriebenen Vorrichtung
erhalten werden soll, hängt von der Anzahl der Zähne der Zahnkränze 7 und 8 sowie
der Zahnräder 2 und 9 ab.
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Es ist ersichtlich, daß bei geeigneter Wahl der Zähne die Möglichkeit
der Erzielung sehr großer Übersetzungsverhältnis se besteht. Wenn beispielsweise
die Zahnkränze und die Zahnder eine Zähnezahl von ungefähr 100 Zähnen aufweisen
(grau 99 Zähne für das Zahnrad 2, 100 Zähne am Zahnkranz 7: 101 Zähne am Zahnkranz
8 und 100 Zähne am Zahnrad 9) erhält ean ein Übersetzungsverhältnis von 10.000.
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Falls die Zahnkränze 7 und 8 die gleiche Anzahl Zähne aufweisen, dann
besitzt demgegenüber das Zahnrad 2 eine kleinere Anzahl Zähne um eine Einheit gegenüber
der Zähne zahl der Zahnkränze 7 und 8, und das Zahnrad 9 hat eine um einen Zahn
größere Zähnezahl als die Zahnkränze 7 und 8, und es entsteht ein Übersetzungsverhältnis,
das äußerst klein ist X chen der Antriebswelle und der angetriebenen Welle, wobei
trotzdem die Ausbildung der Vorrichtung praktisch die gleiche bleibt wie diejenige,
die ein sehr hohes Übersetzungsverhältnis erlaubt. Dies beweist, wie vielseitig
die Vorrichtung ist, da man bereits mit sehr kleinen Veränderungen den verschiedenartigsten
Ansprüchen gerecht werden kann.
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Eine Abwandlung des beschriebenen Gegenstandes zeigt die Fig. 2. Dort
ist ein starres Gehäuse 2 vorhanden, an das
ein starres Zahnrad
21 angesetzt ist, und welches über ein Lager 22 eine Antriebswelle 23 führt, auf
welcher ein Lager 24 aufgekeilt ist, dessen Achse gegenüber der Antriebswellenachse
schräg steht.
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Auf dem Lager 24 sitzt frei drehbar ein starrer Körper 25 mit zwei
verschiedenen Zahnkränzen 26, 27.
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Der Zahnkranz 26 steht in Wirkverbindung mit dem Zahnrad 21, während
der Zahnkranz 27 mit einem Zahnrad 28 in Wirkverbindung steht1 das an einer Antriebswelle
29 sitzt, die an dem Gehäuse mittels eines Lagers 30 gelagert ist und mittels eines
Lagers 31 an der Antriebswelle 23.
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Beim Ausbildungsbeispiel gemäß der Fig. 2 besitzen beide Zahnkränze
26 und 27 eine konvexe Verzahnung, so daß diese vollständig den Komplex des starren
Zahnrads 21 und des beweglichen Zahnrads 28 abdeckt. Auch in diesem Fall sind die
beiden Zahnkränze 26 und 27 mittels des Körpers 25 starr miteinander verbunden.
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Es ist festgestellt worden, daß während der Funktion unter Belastung
die Antriebswelle einem starken Querdruck unterliegen kann, der mit der gleichen
Geschwindigkeit dreht, und der von der Tangentialkomponente des Druckes auf die
Zähne
der Zahnkränze abhängt, die in den Stellen schwingen, an welchen sie mit den starren
Zahnrädernin Wirkverbindung kommen, die jeweils auf die angetriebene Welle der Vorrichtung
aufgekeilt sind.
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Dieser Schub wird an die Antriebswelle tiber das Diagonallager übertragen,
auf der die schwenkbaren Zahnkränze gelagert sind und entlastet sich schließlich
an den beiden Trägern der Antriebswelle, wobei die Neigung zur Erzeugung von Vibrationen
oder zu Überlastungen der erwähnten Träger besteht.
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Um diesem Mangel abzuhelfen, sind in der Fig. 2 zwei Körper 32, 33
gezeigt, welche ein genau berechnetes Gewicht haben aufgrund der Leistungen der
Vorrichtung, wobei diese Körper 32 und 33 an der Antriebswelle 23 in Nähe des schrägliegenden
Lagers befestigt sind.
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Die Körper 32 und 33 stehen von der Welle 23 derart ab, daß ein Winkel
von 900 gegenüber der Ebene entsteht, welche in der Achse der Welle 23 und der Achse
des schrägen Lagers 24 liegt, wobei die Lage dieser Körper 32 und 33 oberhalb und
unterhalb der Ebene gemäß Fig. 2, also die Lage mit Voreilung oder Verzögerung der
Zentrifugalmassen, bestehend aus den Körpern 32 oder 33, in Abhängigkeit der Drehrichtung
des angetriebenen Zahnrads 28 ist, welches in gleicher Richtung oder in anderer
Richtung zur Antriebswelle drehen kann.
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Es wurde herausgefunden, daß die Verwendung dieser Zentrifugalmassen,
die an der Antriebswelle sitzen, vollständig in der Lage ist, ganz oder teilweise
(je nach Wunsch) die dynamischen Belastungen auf die Träger der Antriebswelle und
der Zahnräder auszugleichen, wobei fast gänzlich die eventuellen Vibrationen beseitigt
werden.
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Die in Fig. 3 im Schnitt gezeigte Vorrichtung weist ein starres Gehäuse
40 auf, an dem ein starres Zahnrad 41 sitzt, welches seinerseits mittels eines Lagers
42 die Antriebswelle 43 mit schräg zur Wellenachse liegendem Lager 44 trägt.
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An dem Lager 44 ist frei drehend ein starrer Körper 45 gelagert, der
mit zwei verschiedenen Zahnkränzen 46 bzw. 47 versehen ist.
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Der Zahnkranz 46 kämmt mit dem Zahnrad 41, während der Zahnkranz 47
mit einem Zahnrad 48 kämmt, welches auf die angetriebene Welle 49 aufgekeilt ist,
die am Gehäuse 40 mittels eines Lagers 50 und an der Antriebswelle 43 mittels des
Lagers 51 gelagert ist.
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Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 stehen die Zahnkränze 46,
47 von entgegengesetzten Seiten des Körpers 45 ab, und es ist gleichfalls ersichtlich,
daß die Zahnkränze 46 und 47 sowie die Zahnräder 41 und 48 alle einen maßgleichen
Durchmesser
aufweisen.
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Die verschiedenen Ausbildungen der Geschwindigkeitsregelvorrichtung,
wie anhand der Zeichnungen beschrieben, haben alle die gleichen funktionellen Merkmale,
und zwar sind sie in der Lage, den Antrieb von einer Antriebswelle auf eine angetriebene
Welle gemäß einem großen übersetzungsverhältnis einer großen Leistung zu übertragen,
wobei die Größe der Bestandteile innerhalb sehr geringer Grenzen bemessen bleibt.
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Insbesondere ist festzustellen, daß nachdem sämtliche zur Vorrichtung
gehörigen Zahnkränze und Zahnräder fast gleiche Durchmesser haben und einander gegenüberliegen,
die Vorrichtung selbst einen geringen Platzbedarf hat, und das Kämmen zwischen den
Zahnradpaaren und den Zahnkränzen sehr breit ist, und zwar in Übereinstimmung mit
dem theoretisch höchstzulässigen Maß für jedes beliebige Paar Zahnkränze; der Kontakt
kommt gleichzeitig über eine größere Anzahl Zähne zustande. Dießes Merkmal erleichtert
eine Geringstreibung zwischen den Zähnen und erlaubt, Drehmomente zu übertragen,
die sehr hoch liegen, auch bei Zahnrädern geringen Gewichts und kleiner Ausmaße,
während die Verluste durch Reibung der Zähne untereinander sehr gering ist. Es ergibt
sich daher ein lärmfreies Arbeiten, so daß keine Zähne mit spezieller Verzahnung
(z.B. Helikoidalverzahnung) erforderlich sind, und außerdem sind Abnützung und Heißlaufen
sehr
gering. Aus diesen Gründen ist die beschriebene Vorrichtung
besonders als Geschwindigkeitssteigerer (Übersetzung? und Geschwindigkeitsuntersetzer
(Untersetzung) geeignet.
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Es kann ferner gesagt werden, daß die wirkliche Geschwindigkeit der
Zahnräder und Zahnkränze der Vorrichtung äußerst niedrig ist, auch wenn die Antriebswelle
mit höchster Geschwindigkeit läuft. Dies gibt die Möglichkeit der Verwendung der
Vorrichtung in allen Fällen, wo die Antriebswelle eine hohe Geschwindigkeit besitzt.
beispielsweise kann die Vorrichtung als Untersetzungsgetriebe bei Turbinen oder
ähnlichem benutzt werden.
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Es ist ferner offensichtlich, daß die Vorrichtung leicht derart hergestellt
werden kann, daß der Drehsinn der angetriebenen Welle gleich oder verschieden von
demjenigen der Antriebswelle ist, und die Antriebswelle und die angetriebene Welle
beide an der gleichen Seite der Vorrichtung angeordnet sind, oder auch ineinander
angeordnet sein können.
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Ferner ist zu bemerken, daß die Zahnräder auch durch Friktionsräder
ersetzt werden können.