DE2517022A1 - Zahnradunterstuetzung, z.b. fuer planetengetriebe - Google Patents

Description

Dipl.-Ing. H. MITSCHERLICH D-B MÖNCHEN 22 Dipl.-Ing. K. GUNSCHMANN SteinsdorfstraBa 10 Dr. r.r. «at. W. KÖRBER ?r ««> «ββ« Dipl.-Ing. J. SCHMIDT-EVERS

Patentanwälte 17. April 1975

VIGKERS LIMITED

Vickers House 2517022

Millbank Tower, Millbank

London 5.W.1, England

Patentanmeldung Zahnradunterstützung:, z.B. für Planetengetriebe

Die Erfindung bezieht sich auf Zahnradgetriebe und betrifft in erster Linie die Unterstützung bzw. Lagerung der Planetenritzel von Planeten- bzw. Umlaufgetrieben, doch ist die Erfindung auch bei anderen Getrieben mit auf parallelen Wellen oder Achsen angeordneten Zahnrädern anwendbar. Der Ausdruck "Planetengetriebe" bezeichnet im folgenden Zahnradanordnungen mit einem zentral angeordneten Sonnenritzel, mehreren damit in Eingriff stehenden Planetenritzeln und einem die Planetenritzel umgebenden und damit kämmenden Zahnkranz; hierbei sind die Planetenritzel auf einem Träger gelagert, der während des Betriebs feststehen oder sich drehen kann.

Zahnradlagerungen der Art, mit der sich die Erfindung befaßt, sind in der britischen Patentschrift 1 101 131 beschrieben, in der Angaben über Planetengetriebe gemacht werden, bei denen jedes Planetenritzel auf einer Buchse gelagert ist, die gleichachsig mit einem sie tragenden flexiblen Bolzen angeordnet ist, welcher in einen Träger als freitragendes Bauteil eingebaut ist} der Zweck der Verwendung solcher freitragend eingebauter, flexibler Bolzen besteht darin, es den Drehachsen der Planetenritzel während des Betriebs -zu ermöglichen, sich innerhalb enger Grenzen zu verlagern, wobei jedoch die Planetenritzel ihre genau parallele Lage zu· den Achsen der verschiedenen ineinandergreifenden Zahnräder beibehalten können, um die

509845/0748

Aufteilung der Last auf die verschiedenen Zahnräder des Getriebes zu erleichtern.

Bei G-etrieben der genannten Art ist es in der Praxis "bis jetzt üblich, dort, wo die betreffenden Enden jedes Bolzens in den Träger eingebaut sind, und wo jedes Planetenritzel auf einer Buchse angeordnet ist, Preßsitze vorzusehen, so daß sich die gesamte Verformung der Baugruppe während des Betriebs teilweise aus der normalen elastischen Verformung der betreffenden Teile, d.h. des Trägers, der flexiblen Bolzen und der Buchsen, und zum anderen Teil aus einer örtlichen Verformung der Paßflächen und somit einer Schwächung der Passung an den Preßsitzverbindungen zwischen den Bolzen und dem Träger einerseits und den Buchsen andererseits ergibt. Hierbei tritt jedoch bezüglich der gesamten elastischen Verformung der Baugruppe eine Komponente auf, die völlig unbestimmt ist, da sich das Verhalten der Verbindungsstellen nur schwer beurteilen läßt, weil in diese Beurteilung verschiedene Faktoren einbezogen werden müssen, z.B. die Fertigungstoleranzen, mit denen bei der Wahl der Übergangssitze zu rechnen ist, das unbekannte Ausmaß des Schlupfes, der bei einer Lockerung des Sitzes zwischen sich berührenden Flächen auftritt, das unbekannte Ausmaß der Verformung der Paßflächen sowie die Wirkung der bei Schlupferscheinungen auftretenden Reibungskräfte. Somit ist es in der Praxis nicht möglich, die Gesamtverformung für bestimmte Belastungsparameter vorauszubestimmen oder konstruktiv zu beherrschen; dieser Nachteil macht sich in einem um so größeren Ausmaß bemerkbar, je höher die Drehzahl des Planetenträgers ist, z.B. bei der Verwendung von Planetengetrieben bei Gasturbinen oder in anderen Fällen, in denen Fliehkräfte von erheblicher Größe auftreten, denn die Planetenritzel können sich in radialen Richtungen weiter verlagern, als es im Hinblick auf eine einwandfreie Bearbeitung der Verzahnung zulässig ist.

TJm hier Abhilfe zu schaffen, ist durch die Erfindung eine flexible, freitragende Zahnrad- bzw. Ritzelunterstützung geschaffen worden, die eine flexible Achse aufweist, welche an einem Ende mit einem Träger verbunden ist, während an ihrem

509845/0748

anderen Ende als Unterstützung für ein Zahnrad "bzw. ein Ritzel eine Tragbuchse mit Hilfe von Schweißstellen befestigt ist, welche mit Hilfe eines Elektronenstrahlschweißverfahrens hergestellt sind.

Ferner ist durch die Erfindung ein Getriebe geschaffen worden, "bei dem mehrere Zahnräder auf erfindungsgemäßen Zahnrad- bzw. Ritzelunterstützungen angeordnet sind.

Dadurch, daß man die flexible Achse mit einem Ende an dem Träger und mit ihrem anderen Ende an der Buchse unter Anwendung eines Elektronenstrahlschweißverfahrens befestigt, ist es möglich, eine dauerhafte Verbindung zwischen einer Achse von rundem Querschnitt und den Begrenzungsflächen einer runden Bohrung von ähnlicher Größe herzustellen, ohne daß in einem erheblichen Ausmaß Schrumpfspannungen zurückbleiben, oder daß im Werkstoff andere metallurgische Fehler auftreten. Eine Baugruppe, die in der soeben beschriebenen Weise durch Verschweißen ihrer einzelnen Teile hergestellt ist, bildet eine zusammenhängende Konstruktion, deren elastisches Biegeverhalten unter der Betriebslast ausschließlich durch eine elastische Verformung ihrer Bestandteile bestimmt ist. Beim Betrieb kann eine solche Baugruppe in der Nähe der Flächen, an denen die Teile miteinander verbunden worden sind, im Werkstoff höhere Spannungen aufnehmen, als es bei ähnlichen Baugruppen möglich ist, bei denen die verschiedenen Teile nicht mit Hilfe eines Elektronenstrahlschweißverf ahrens, sondern unter Anwendung' eines anderen Schweißverfahrens oder mittels Preßsitzen miteinander verbunden worden sind.

Die Erfindung und vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 einen Längsschnitt eines Planetenradgetriebesj

Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie II-II in Fig. 1. 509845/0748

In Fig. 1 ist eine von mehreren flexiblen Achsen 1 dargestellt, die als Unterstützungen für Planetenritzel-Tragglieder vorhanden sind, und die an einem Träger 2 eines Planetengetriebes so befestigt sind, daß sie ein System von freitragenden Unterstützungen bilden. Mit dem äußersten freien Ende jeder Achse 1 ist eine Buchse 3 verbunden. Jede Buchse ist gleichachsig mit dem aus dem Planetenträger 2 herausragenden Teil der sie tragenden flexiblen Achse 1 verbunden, und über den größten Teil der freitragenden Länge jeder Achse erstreckt sich zwischen der Achse und der zugehörigen Buchse ein freier ringförmiger Innenraum, innerhalb dessen sich jede Achse verformen kann. Jedes Planetenritzel 5 ist auf der Umfangsflache der zugehörigen Buchse 3 frei drehbar gelagert, steht jedoch in Eingriff mit einem zentral angeordneten Sonnenritzel 6 und einem sämtliche Planetenritzel umschließenden Zahnkranz 7.

Jede flexible, freitragende Achse 1 ist mit dem Planetenträger 2 und der zugehörigen Buchse 3 durch Schweißstellen 8 verbunden, die mit Hilfe eines Elektronenstrahlschweißverfahrens hergestellt worden sind. Somit sind die genannten Teile dauerhaft und starr miteinander verbunden, so daß sie eine vorgefertigte Baueinheit bilden. Befindet sich das öetriebe in Betrieb, so daß es entsprechend beansprucht wird, kann sich jede aus einer Buchse 3 und der gleichachsig damit angeordneten Achse 1 zusammensetzende Untergruppe gegenüber der Achse, längs welcher die beiden Teile ursprünglich eingebaut worden sind, so verformen, daß jedes einer Betriebsbeanspruchung ausgesetzte Planetenritzel eine seitliche Verlagerung erfährt, jedoch eine zu seiner ursprünglichen Lage parallele Lage beibehält, so daß es als Bestandteil des Getriebes den ihm zukommenden Anteil der Last aufnehmen kann.

Bei Schweißverbindungen der vorstehend beschriebenen Art brauchen die Teile der Achse 1, die in Eingriff mit dem Planetenträger 2 und der Buchse 3 stehen, nicht so lang zu sein, wie es der Fall sein müßte, wenn die Befestigung mit Hilfe von Preßsitzen erfolgen soll. Bei Preßsitzen richtet

509845/0748

sich die Festigkeit der Verbindung"naoh den Halte- oder Einapannkräften, die eine Funktion des Flächeninhalts der in Berührung miteinander stehenden Flächen und damit auch der Länge derjenigen Abschnitte der Achsen sind, welche zu Bestandteilen der Verbindungsstellen werden.

Werden Schweißverbindungen verwendet, ist es möglich, die Eingriffslänge der Achsen 1 auf den Betrag zu begrenzen, der erforderlich ist, um die Biegemomente aufzunehmen, welche durch die Betriebsbeanspruchung hervorgerufen werden, ohne daß eine Überbeanspruchung der Verankerungen der betreffenden Achse 1 erfolgt, welche im vorliegenden Fall am einen Ende der Achse durch den Planetenträger und am anderen Ende durch die Stirnwand der Buchse gebildet werden, wobei die in diesen Teilen auftretenden Beanspruchungen bzw. Spannungen durch die Wandstärke der Teile bestimmt werden. Daher ist es gemäß der Erfindung nunmehr möglich, als Verankerungen für beide Enden jeder flexiblen Achse 1 relativ dünne Membranen vorzusehen, wodurch die Planetenritzelunterstützungen an beiden Enden jeder zentral angeordneten flexiblen Achse eine zusätzliche Flexibilität erhalten.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung wird im vorgenannten Sinne die Flexibilität jeder der zentral angeordneten flexiblen Achsen 1 zusätzlich dadurch erhöht, daß der Planetenträger '2 auf seiner von den Achsen 1 abgewandten Seite jeweils mit einer kreisrunden Aussparung 9 versehen wird, die konzentrisch mit der Mittellinie der Achse angeordnet ist, so daß eine kreisrunde Membran 10 der erwähnten Art entsteht, deren Flexibilität bzw. Biegungsfähigkeit gegenüber dem Planetenträger 2 sich zur Flexibilität oder Biegsamkeit der betreffenden Achse 1 addiert. Auf ähnliche Waise wird «ine kreis« runde, einer Membran ähnelnde Verankerung 11, die sich gegenüber dem Hauptkörper der Buchse 3 durchbiegen kann, durch das mit dem freien Ende der Aohse 1 verbundene Snde der Buchse gebildet. Durch entsprechendes Wählen der Wandstärke dieser Membranen ist es möglich, das gesamte elastische Verhalten der die Planetenritzel tragenden Konstruktion und daait auch

509845/0748

die gesamte Auswanderung der Planetenritzel bei ihrer Beanspruchung während des Betriebs genauer vorherzubestimmen.

Alternativ kann man die Flexibilität der dem Planetenträger zugewandten Enden der zentral angeordneten flexiblen Achsen dadurch weiter vergrößern, daß man die Achsen unter Anwendung eines Elektronenstrahlsohweißverfahrens jeweils an der Basis eines ringförmigen Kanals befestigt, mit dem der Planetenträger auf seiner von den Achsen abgewandten Seite versehen ist, wobei die kreisrunde Mittellinie dieses Kanals mit dem Teilkreis zusammenfällt, auf dem die flexiblen Achsen 1 angeordnet sind. Die Wandstärke der Basis dieses Kanals kann ebenso wie bei der Verwendung der beschriebenen kreisrunden Membranen so gewählt werden, daß sich die gewünschte Flexibilität ergibt.

Wenn man die Wandstärke der Membran 10 im Bereich des in den Planetenträger 2 eingebauten Endes jeder Achse 1 im Vergleich zur Wandstärke der Membran 11 am freien Ende der Buchse 3 entsprechend wählt, kann man dafür sorgen, daß sich die zusätzliche Elastizität, die der betreffenden Achse 1 durch den Planetenträger verliehen wird, von der zusätzlichen Elastizität unterscheidet, die durch die andere Membran hervorgerufen wird, so daß eine weitere Möglichkeit besteht, die Lage zu bestimmen, welche die Planetenritzel während des Betriebs einnehmen, um zu gewährleisten, daß erforderlichenfalls die Achsen der Planetenritzel in genau paralleler lage zu den Achsen des Sonnenrades und des Zahnkranzes gehalten werden.

Wenn elastische bzw. flexible Planetenritzelunterstützungen unter Verwendung von Preßsitzen eingebaut werden, ist es wegen der unterschiedlichen Abmessungen der betreffenden Bauteile im Vergleich zu der Verbindung zwischen der Achse und dem Planetenträger schwieriger, an der Verbindungsstelle zwischen dem freien Ende der Achse und dem zugehörigen Ende der luchse die erforderliche Haltekraft zu erzielen. Daher ist es in bestimmten Pällen erforderlich, dem an der Achse zu befestigenden Ende der Buchse eine größere Länge zu geben, d.h. den

509845/0748

Querschnitt dieses Teils der Buchse zu vergrößern, um die erforderliche Haltekraft zu gewährleisten; jedoch ist es in diesem Pail infolge der unvermeidlichen Gewichtsvergrößerung schwieriger, die auftretenden Fliehkräfte zu beherrschen, so daß sich eine Beschränkung bezüglich der zulässigen Drehzahl ergibt. Im Gegensatz hierzu ergibt sich beim Verschweißen der Buchsen mit den zugehörigen Achsen eine Gewichtseinsparung am buchsenseitigen Ende jeder Achse, so daß höhere Betriebsdrehzahlen zulässig werden.

Ansprüche; 509845/0748

Claims (6)

1. -8-

   ANSPEUCIE

   Flexible, freitragende Zahnradunterstätzung mit einer an einem Ende mit einem Träger und am anderen Ende mit einer Zahnr adtragbuch.se vereinigten flexiblen Achse, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse (1) mit dem Träger (2) und der Buchse (3) durch Schweißstellen verbunden ist, die mit Hilfe eines Elektronenstrahlschweißverfahrens hergestellt worden sind.
2. 2. Zahnradunterstützung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Zonen (10, 11) des Trägers (2) und der Buchse (3), mit denen die zugehörigen Enden der Achse (1) vereinigt sind, die Form von Membranen haben, so daß sie gegenüber dem Hauptteil des Trägers bzw. der Buchse flexibel sind bzw. sich elastisch verformen lassen, und daß sich die Flexibilität dieser Zonen während des G-ebrauchs der Unterstützung zur Flexibilität der damit vereinigten Achse addiert.
3. 3. Zahnradunterstützung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Flexibilität bzw. die Durchbiegungseigenschaften der genannten Zonen (10, 11) so gewählt sind, daß sich der Flexibilitätsbeitrag der einen Zone zur Flexibilität der Achse (1) vom Flexibilitätsbeitrag der anderen Zone zur Flexibilität der Achse unterscheidet.
4. 4. Zahnradunterstützung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet , daß die genannte Zone (10) des Trägers (2) durch die Basis einer kreisrunden Aussparung des Trägers gebildet ist.
5. 5. Zahnradunterstützung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet , daß die genannte Zone (10) des Trägers (2) durch die Basis eines Kanals gebildet ist, mit dem der Träger versehen ist.

   509845/0748
6. 6. Zahnradgetriebe, dadurch gekennzeichnet , daß Zahnräder vorhanden sind, die auf Zahnradunterstützungen nach einem der Ansprüche 1 bis 5 gelagert sind.

   entanwalt:

   509845/0748

   Lee rs e ι te