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Zweistufiges Mehrweggetriebe
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Die Leistungen und Drehmomente für Antriebe von Rohrmühlen, Drehöfen,
Brechern und dergl. sind im Zuge des Fortschritts ständig im Steigen begriffen,
so daß die herkömmlichen Getriebe nicht mehr ausreichen, zu groß, zu schwer, zu
teuer werden und auch auf den vorhandenen Werkzeugmaschinen nicht mehr gefertigt
werden können.
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Gleichzeitig birgt die Herstellung allzu großer Einheiten vielerlei
unabwägbarer Risiken in sich, so daß einer kleineren und leichteren Kompakteinheit
der Vorzug gegeben wird. Auch die Schwierigkeiten beim Transport großer und schwerer
Getriebe werden oft als nachteilig empfunden.
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Es ist ein zweistufiges Dreiweggetriebe (Dorstener Eisengießerei und
Maschinenfabrik AG, Dorsten) bekannt, bei dem die Räder der ersten Stufe mittels
Spannelemente fliegend auf den Zwischenwellen angeordnet sind. Die fliegende Radanordnung
beeinträchtigt die übertragbare Leistung, die Verwendung von Spannelementen zur
direkten Radbefestigung vermindert die Rundlaufqualitäten und erfordert eine Demontage
des Gehäusevorderteils während des Einstellens der einzelnen Leistungszweige. Des
weiteren erfolgt der Abtrieb in der zweiten Stufe über ein innenverzahntes Zentralrad.
Innenverzahnte Räder sind aber für die Übertragung großer Drehmomente ungünstig,
da sie so gut wie nicht geschliffen und deshalb auch nicht gehärtet, wie z.B. einsatzgehärtet,
werden können. Damit erreichen sie nicht die Präzision wie außenverzahnte, gehärtete
und geschliffene Räder.
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Das Antriebsritzel ist mit dem Antrieb über eine einfache Zahnkupplung
verbunden und auf der Gegenseite in einem Schrägkugellager geführt. Durch die zentrierende
Wirkung der Einfachzahnkupplung und Verwendung eines Schrägkugellagers wird das
Antriebsritzel zentral geführt, so daß bei größeren Abweichungen in der Leistungsverteilung
diese nur bedingt ausgeglichen werden können.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, die übertragbare Leistung zweistufiger
Getriebe bei möglichst geringem Raumbedarf und Gewicht zu erhöhen. Diese Aufgabe
wird durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.
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Vorteilhaft am Erfindungsgegenstand ist, daß trotz Leistungsverzweigung
alle Zahnräder ausschließlich mit Außenverzahnungen versehen werden können, die
sich ohne Schwierigkeiten härten und schleifen lassen. Dadurch wird das Rad am Abtrieb
erheblich kleiner im Durchmesser und kann auf gebräuchlichen und somit kostengünstigen
Werkzeugmaschinen ohne großes Risiko gefertigt werden. Des weiteren sorgt die dreifache
radiale Lagerung der Zwischenwellen für eine geringe Durchbiegung der einzelnen
Wellenabschnitte. Dadurch werden durchbiegungsbedingte Flankenrichtungsfehler auf
ein Minimum beschränkt und die Lagerkräfte gleichmäßiger aufgeteilt.
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Eine stufenlose Einstellbarkeit der einzelnen Leistungszweige vermindert
die Anforderungen an die Fertigung und ermöglicht eine gute Leistungsaufteilung
auch bei mehr als dreifacher Leistungsverzweigung. Diese Maßnahmen tragen zur Erhöhung
der Leistungsdichte bei. Durch die Hilfslagerungen des ungelaterten zentralen Antriebsritzels
wird vermieden, daß dieses sich infolge des Eigengewichts bei geringer Belastung
und im lastfreien Zustand all zu weit aus der Mittellage verlagert. Somit ist gewährleistet,
daß sich die Zähne immer nur in dem dafür vorgesehenen Bereich berühren. Dieses
ist z.B. beim Anfahren mit hohen Anfahrmomenten von besonderer Bedeutung,'da auftretende
Reibkräfte in den Verzahnungen einer Einstellbewegung des Ritzels entgegenwirken
und zu örtlichen Überbelastungen führen würden.
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Im Interesse einer tragfähigen und langlebigen Verzahnung ist es nach
Anspruch 2 vorgesehen, die letzte Stufe mit einer Doppelschrägverzahnung auszustatten
und die Zwischenwellen axial schwimnend anzuordnen. Durch die Doppelschrägverzahnung
wird erreicht, daß Drehmoment- und Leistungsübertragung sich gleichmäßig auf zwei
Zahnbreiten aufteilen und Verzahnungs- und Eingriffsfehler in ihrer Wirkung erheblich
gemildert werden.
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Nach Anspruch 3 sind die Räder der ersten Stufe auf Hohwellen, die
zu den Zwischenwellen stufenlos eingestellt werden können, angebracht. Durch das
Zwischenschalten von Hohlwellen zwischen die Zwischenwellen und die Rädern ersten
Stufe werden die Aufgaben der stufenlos verstellbaren Befestigung und der Führung
(Rundlauf - Planlauf) der Räder voneinander getrennt und Jede für sich separat gelöst.
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Das hat die Vorteile, daß die Befestigung nach der kompletten Montage
des Getriebegehäuses und erfolgter Einstellung der einzelnen Leistungszweige einfach
und problemlos von außerhalb vorgenommen werden kann. Durch die komplette Montage
des Getriebegehäuses erhält dieses seine größte Steifigkeit und die Einstellung
kommt somit den Betriebswerten am nächsten. Ferner ist die Plan- und Rundlaufqualität
der Räder nicht von der Befestigung der Hohlwelle mit der Zwischenwelle abhängig.
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Zur Erhöhung der Laufqualität der Räder der ersten Stufe sieht Anspruch
4 vor, daß das zum Verstellen nötige Spiel zwischen den Hohlwellen und Zwischenwellen
sehr gering ausgeführt wird.
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Um die Einstellung der Leistungszweige störungsfrei durchführen zu
können, ist es zweckmäßig, wie im Anspruch 5 angegeben, die sich zueinander bewegenden
Teile mit einer Gleitbeschichtung zu versehen. Diese Beschichtung soll den Reibwert
mindern und ein Festkorrodieren der Teile verhindern. An Stelle der Gleitbeschichtung
kann auch eine vollrollige Zylinderrollenlagerung treten.
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Eine dreifache Lagerung einer Welle einwandfrei herzustellen, ist
immer problematisch und schwierig. Um die statische Unsicherheit zu reduzieren,
ist nach Anspruch 6 vorgesehen, eines der Lager der Zwischenwellen auf eine radial
elastische Hülse zu setzen. Deshalb ist die Hohlwelle im Bereich zwischen der Befestigungsstelle
zur Drehmomentübertragung auf die Zwischenwelle und dem Rad im Innendurchmesser
teilweise größer gehalten als der Zwischenwellendurchmesser, so daß die Hohlwelle
sich unter dem Einfluß der Lagerkräfte elastisch verformen kann.
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Der Anspruch 7 sieht die Ausbildung der Wellenteile der Zwischenwellen,
die in Kraftflußrichtung zwischen den Zahnrädern liegen, als Torsionswellen vor.
Diese Torsionswellen haben ihre größte Bedeutung, wenn mehr als drei Leistungszweige
vorhanden sind. Dann dienen sie an erster Stelle der Verbesserung der Leistungsaufteilung.
Aber auch durch ihre stoßmindernde Wirkung dienen sie der Schonung der Antriebsteile.
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Es besteht auch die Möglichkeit, die Zahnräder der ersten und zweiten
Stufe, wie im Anspruch 8 angegeben, nicht zueinander verstellbar anzuordnen.
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Dann müssen aber die Verzahnungen zueinander genau definierte Stellungen
einnehmen. Hierdurch werden zwar die Ansprüche an die Fertigungsqualität erhöht,
der Vorteil liegt aber in der Einsparung der stufenlosen Verstellmechanismen.
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Eine einfache und kostengünstige Ausführungsform der Hilfslagerung
für das zentrale Antriebsritzel ist im Anspruch 9 beschrieben. Da das Antriebsritzel
sich unter dem Einfluß der normalen Betriebsdrehmomente selbst zentriert, genügt
in den meisten Fällen eine Lagerung, die im Stande ist, das Ritzelgewicht aufzunehmen.
Deshalb kann es durchaus ausreichend sein, wenn die Lagerung die Gleitflächen des
Antriebsritzels nur teilweise, und zwar vornehmlich im unteren Bereich umschließt.
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Zur axialen Führung des Antriebsritzels ist es möglich, wie im Anspruch
10 angegeben, die Stirnflächen der Hilfslagerung zu benutzen, besonders dann, wenn
die zur Hilfslagerung vorgesehenen Gleitschalen aus Lagermetall zum Einsatz gelangen.
So muß für die axiale Führung kein besonderer Aufwand getrieben werden.
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Um das Antriebsritzel weitestgehendr* von Zusatzkräften, die die freie
Einstellung beeinträchtigen könnten, freizuhalten, wird es über eine doppelgelenkige
Zahnkupplung angetrieben. (Anspruch 11).
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Durch diese Anordnung ist ein Höchstmaß an gleichmäßiger Leistung
aufteilung gewährleistet.
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Die Zwischenwellen werden nach Anspruch 12 vorteilhaft in Zylinderrollenlager
gelagert. So kann sich Jede Zwischenwelle in axialer Richtung frei und ohne Kraftaufwand
einstellen und die Lager sind frei von Axialkräften, die die Lebensdauer beeinträchtigen
würden.
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Zum Einstellen der einzelnen Leistungszweige genügt es, wie im Anspruch
13 angegeben, wenn alle, bis auf einen Zweig, einstellbar gestaltet sind. Bei einem
Zweig kann man sich den für die Einstellung nötigen Aufwand sparen, ohne die Funktion
des Konzeptes zu beeinträchtigen.
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Führt man das Getriebe mit drei Leistungszweigen aus, (Anspruch 14),
so sorgt das frei einstellbare Antriebsritzel für ein gleichmäßige Leistungsaufteilung.
Die einwandfreie Leistungsaufteilung ist in diesem Falle in gewissen Grenzen, unabhängig
von der Güte der Einstellung der einzelnen Zwei
Bei der Verwendung
von drei oder mehreren Leistungszweigen ist es vorteilhaft, wie im Anspruch 15 angegeben,
wenn zwei Zwischenwellen etwa symmetrisch unterhalb der An- bzw. Abtriebswelle angeordnet
sind. Das Antriebsritzel kann dann im lastlosen Zustand infolge seines Eigengewichtes
nicht so tief nach unten in die Verzahnung absinken. Es hält also besser die Zentrallage
ein und muß beim Anfahren sich nicht so weit verlagern.
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Um die Leistungszweige statisch einstellen zu können, ist es erforderlich,
daß das Antriebsritzel, welches während des Betriebes sich radial frei einstellen
können muß, in zentraler Stellung drehbar gehalten wird. Nach Anspruch 16 ist es
deshalb vorgesehen, als Hilfsvorrichtung die Hilfslagerung durch genau passende
Wälz- oder Gleitlager zu ersetzen. So wird die Ideallage des Ritzels simuliert,
ohne daß das Eigengewicht sich störend auswirkt.
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Zur Kontrolle der Einstellung der Leistungszweige ist es möglich,
mit berührungslosen Meßwertgebern durch Abtasten geeigneter Flächen am Antriebsritzel
jederzeit seine genaue Lage zu bestimmen. So können Fehler oder Störungen sofort
erkannt werden, bevor es zu größeren Schäden kommt (Anspruch 17).
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der schematischen Zeichnung
dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.
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Der Antrieb erfolgt von der Welle 1 über die doppelgelenkige Zahnkupplung
2 auf das zentrale Antriebsritzel 3 der ersten Stufe. Dieses steht im Eingriff mit
mehreren rundherum gleichmäßig verteilt angeordneten Rädern 4, die auf Hohlwellen
5 drehfest befestigt sind.
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Die Hohlwellen sind stufenlos einstellbar mit Hilfe von Schrumpfscheiben
6 mit den Zwischenwellen 7 verbunden. Die Zwischenwellen tragen je ein Rad 8, welche
alle mit dem leistungszusammenrassenden außenverzahnten Rad 9 im Eingriff stehen.
Die Räder 8, 9 der zweiten Stufe sind doppelschrägverzahnt. Das Rad 9 ist mit der
Abtriebswelle 10 fest verbunden. Die Abtriebswelle ist in den Lagern ii und 12 axial
und radial im Gehäuse 13 gelagert. Die Zwischenwellen 7 sind dreifach radial gelagert,
axial aber frei beweglich, so daß sie sich zur Doppelschrägverzahnung des Rades
9 axial frei einstellen können. Zwei Lager, 14 und 15, befinden sich Jeweils dkekt
auf der Zwischenwelle, während das dritte Lager, 16, auf der Hohlwelle 5 zwischen
dem Rad 4 und der Schrumpfscheibe 6 angeordnet ist.
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Die Hohlwellen 5 sind so ausgeführt, daß sie in den Stützbereichen
17 und 18 unter den Rädern 4 und unter den Schrumpfscheiben 6 nur ein so großes
Spiel zu den Zwischenwellen 7 aufweisen, daß sie bei gelösten Schrumpfscheiben zueinander
verdrehbar und verschiebbar sind, aber dennoch einwandfrei geführt werden.
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Im dazwischen liegenden Bereich, also auch unter den Lagern 16 ist
ein größeres Spiel vorgesi en, so daß sich hier die Hohlwelle 5 und die Zwischenwelle
7 nicht berühren.
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Durch die Schrumpfscheibenverbindungen 6, die sich zur besseren und
leichteren Einstellung außerhalb des Gehäuses 13 befinden, werden im befestigten
Zustand in den Stützbereichen 18 die Spiele zwischen den Hohlwellen 5 und den Zwischenwellen
7 restlos abgebaut und darüber hinaus Preßspannungen erzeugt, so daß Hohlwellen
und Zwischenwellen zu festen Einheiten verbunden werden. Da die Hohlwellen sich
noch zusätzlich im Stützbereich 17 auf den Zwischenwellen abstützen, sind gute und
genaue Laufeigenschaften gewährleistet. Im Bereich zwischen den Stützbereichen 17
und 18 sind die Hohlwellen verhältnismäßig dünnwandig, so daß die hier angeordneten
Lager 16 durch die elastische Verformung der Hohlwellen vor allzu großen Belastungen
geschützt sind. Das Antriebsritzel 3 hat nur Hilfalagerungen 19, 20 und 21, so daß,
wenn es infolge seines Eigengewichtes absinkt, in einem geringfügigen Abstand von
der Mittellage geführt wird. Dieser Abstand ist so gewählt, daß die Verzahnungen
nur in einem vertretbaren Maße von der Soll-Eingriffstiefe abweichen. Hierdurch
werden Störungen beim Anlauf und bei plötzlichen Drehmomentschwankungen vermieden.
Die Hilfslagerungen 19 und 20 sind als Gleitringe ausgeführt, die die Äntriebsritzelwelle
teilweise umschließen und das Antriebsritzel gleichzeitig mit den Schultern 22 und
23 axial führen. Die Hilfslagerung 21 innerhalb der Doppelgelenkkupplung 2 Uberni
t die radiale Führungsaufgabe der Hilfslagerung 20, wenn der gemeinsame Schwerpunkt
des Antriebsritzels 3 und der aufgesetzten Zahnkupplungshälfte 2 außerhalb der Lagerstellen
19 und 20 liegt. Um zu vermeiden, daß das Antriebsritzel während des Betriebes unzulässig
weit aus der Mittellage auswandert, ist Jeder Leistungszweig einzeln durch das Lösen
der Schrumpfscheiben 6 und stufenloses Verdrehen der Räder 4 und 8 zueinander exakt
einstellbar. Diese Einstellung kann Jederzeit wiederholt werden.
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Eine Demontage des Getriebes ist dafür nicht nötig. Nach erfolgter
Einstellung werden die Schrumpfscheiben wieder angezogen. Um das Einstellen genau
und problemlos durchführen zu können, ist es vorgesehen, daß an StelLe der Hilfslagerungen
19 und 20 zunächst spietarme Wälzlager eingesetzt werden, die das Antriebsritzel
wahre der Einstellarbeiten in der gewünschten Lage (Mittellage) halten.
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Nach beendeter Einstellung werden die für den Betrieb vorgesehenen
Hilfslager eingesetzt.