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Antrieb mit Zahnräderwechselgetriebe
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Die Erfindung bezieht sich auf Antriebe zur Ubertragung eines Drehmomentes
auf ein Abtriebsglied und kann erfolgreich in Mechanismen von Bau- und Straßenbaumaschinen,
in Kraftfahrzeugen, als Antrieb von Förderern und überall dort eingesetzt werden,
wo auf das Abtriebsglied ein hohes Drehmoment bei radialen und zuweilen auch axialen
Belastungen übertragen wird. Das Abtriebsglied kann eine Trommel beliebiger Konstruktion,
eine Seiltreibscheibe, ein Rad, ein Turas, eine Zahntrommel oder ein anderes ähnliches
Bauteil sein.
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Üblicherweise enthält eine derartige Vorrichtung ein Planetengetriebe,
das von einem Motor, beispielsweise von einem Elektro- oder Hydraulikmotor, angetrieben
wird, eine Bremse, eine Halterung, Lager der Halterung, Dichtungen, ein Abtriebsglied,
das im weiteren das ihm zugeführte Drehmoment in eine drehende, eine geradlinige
oder eine andere Bewegung umwandelt. Mit diesem Abtriebsglied ist das Arbeitsorgan
einer Maschine oder eines Mechanismus verbunden (siehe
z. B. das
Buch von D. P. Volkov, A. F. Krainev 'wUransmisii stroitelnykh i dorozhnykh mashin"
('tTransmissionen von Bau-und Straßenbaumaschinen"), Verl. Mashinostroenie, Moskau
1973, S. 110-116, Tabellen 9-10).
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Bei einigen derartiger Antriebe bestehen die Nabe und die Trommel
aus einem Stück, während das Planetengetriebe und seine Elemente zur Übertragung
des Drehmomentes auf die Trommel axial neben der Halterung angeordnet sind, was
zu größeren axialen Abmessungen führt und relativ große Freiräume zur Unterbringung
des Antriebs erforderlich macht.
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Bei anderen Antrieben ist die Nabe ebenfalls aus einem Stück mit
der Trommel ausgeführt und das Planetengetriebe teilweise oder vollständig innerhalb
der die Baugruppe Nabe - Trommel tragenden Halterung angeordnet. Auf dieser Halterung
sind außen Nabenlager, eine Dichtung und das Abtriebafied angebracht. Der Innendurchmesser
der Nabenlager übersteigt den Innendurchmesser des eingebauten äußeren Zentralrades
des Planetenradsatzes und sein Außendurchmesser ist kleiner als der Innendurchmesser
des Abtriebsgliedes. Diese Lager sind somit zwischen den eingebauten Elementen des
Planetengetriebes und dem Abtriebsglied angeordnet. Die beträchtliche Größe dieser
Lager bestimmt die radialen Abmessungen dieser bekannten Ahtriebe.
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Bei beiden Bauarten werden Axial- und Radialbelastungen von der Trommel
unmittelbar über die Nabenlager auf die Halterung übertragen.
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Bei den bekannten Antrieben mit teilweise oder vollständig eingebautem
Planetengetriebe in den inneren Teil der Halterung ist der Innendurchmesser der
Halterungslager
stets größer als der Innendurchmesser des eingebauten
Zentralrades des Planetengetriebes. Zum Erhalt der erforderlichen Übersetzungen
besitzen die eingebauten Zentralräder große radiale Abmessungen, die den Einsatz
von Stützlagern mit einem großen Halbmesser und größere Dichtungen der Lager und
des Planetengetriebes erfordern. Derartige Antriebe können daher nicht in. Kleinbauweise
kompakt gebaut werden. Mit den gesteigerten radialen Abmessungen nimmt auch das
Gewicht dieser Antriebe zu. Die großen Dichtungen ergeben ungenügende Schmierwirkungen
und einen unzureichenden Schutz der Stützlager und des Planetengetriebes nach außen.
Bei hohen Drehzahlen des Abtriebsgliedes sind zur zuverlässigen Abdichtung der Halterungslager
und des Planetengetriebes besondere Dichtungsmittel und innere Herstellungsgenauigkeiten
der Dichtungselemente und der zu dichtenden Oberflächen erforderlich. Außerdem ist
die Möglichkeit zur Verbesserung der Geschwindigkeits- und der Kraftparameter des
Abtriebsgliedes ohne weitere radiale Vergrößerung des Antriebes begrenzt, weil die
Steigerung dieser Parameter größere Abmessungen der Zentralräder und damit des Antriebs
insgesamt nach sich zieht.
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Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Antriebes
von verhältnismäßig geringen radialen und axialen Abmessungen,bei dem das Drehmoment
zum Abtriebsglied aus Nabe und Trommel durch das Planetengetriebe übertragen wird.
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Die Nabe und die Trommel des Antriebs sollen erfindungsgemäß derart
miteinander verbunden werden, daß eine Umverteilung der Belastung eintritt, die
kleinere radiale Abmessungen des Antriebs, verbesserte Schmierbedingungen der Lager
und eine Erweiterung des Bereichs der Geschwindigkeits-und Kraftparameter ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird bei einem Antrieb mit Zahnräderwechselgetriebe
mit mindestens einem Planetenradsatz, mit einer in einer Halterung gelagerten Nabe,
die mit einem als Trommel ausgebildeten Abtriebsglied verbunden ist und die Belastung
des angetriebenen Objektes aufnimmt, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Nabe
innerhalb der Trommel angeordnet und mit der Trommel über Stirnscheiben und Zwischenelemente
starr verbunden ist, daß die die Stirnscheiben fest verbindenden Zwischenelemente
zwischen den Planetenrädern des Planetenradsatzes angeordnet sind und daß die Achsen
des Planetenradsatzes mit einer der Stirnscheiben starr verbunden sind.
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Zum Unterschied von den bekannten Antriebsvorrichtungen, bei denen
die Übertragung nur der äußeren radialen und axialen Belastungen von der Baugruppe
Trommel - Nabe auf die Halterung unmittelbar über die Stützlager erfolgt, werden
beim Erfindungsgegenstand diese Belastungen über die Stirnscheiben, Zwischenelemente,
die Nabe und die Stützlager auf die Halterung übertragen. Außerdem dienen die einzelnen
Elemente des Abtriebsgliedes (Scheiben, Zwischenelemente) ebenfalls zur Übertragung
des Drehmomentes zur Trommel. Durch diese Verteilung der Belastung und durch die
Verbindung der Nabe mittels Scheiben und Zwischenelemente können der Außendurchmesser
der Stützlager und damit die radialen Außenabmessungen des Antriebes verringert
werden.
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Zur Vereinfachung der Montage sind zweckmäßg die Achsen der Planetenräder
mit der Stirnscheibe der Nabe starr verbAnden und in der Stirnscheibe der Trommel
Durchgangsbohrungen entsprechend der Zahl der Planetenräder angeordnet. Durch diese
achsparallelen Durchgangsbohrungen
können die Planetenräder bei
der Montage eingeschoben oder herausgezogen werden.
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Der Planetenradträger kann mit der Stirnscheibe der Trommel starr
verbunden sein. Bohrungen entsprechend der Zahl der Planetenräder dienen zur Verschiebung
derselben und des Trägers beim Zusammenbau. Es ist auch zweckmäßig, auf der Antriebswelle
eine treibende Scheibe vor der Stirnscheibe der Trommel zu befestigen und die Zwischenelemente
als Hohlzylinder auszuführen, in deren Hohlräumen eine Andruckvorrichtung angeordnet
ist. Eine Friktionsscheibe wird von dieser Andruckvorrichtung an die treibende Scheibe
angepreßt.
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Die Stirnscheiben und die Zwischenelemente können zweckmäßigerweise
als ein Ganzes ausgeführt werden, was eine hohe Zuverlässigkeit und Festigkeit der
Konstruktion des Antriebs gewährleistet.
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Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der
Zeichnung erläutert. Es zeigen: Fig. 1 die Antriebsvorrichtung im Längsschnitt;
Fig. 2 eine Stirnansicht der Antriebsvorrichtung gemäß Fig. 1 ohne Deckel; Fig.
3 das kinematische Schema der Antriebsvorrichtung gemäß Fig. 1; Fig. 4 das kinematische
Schema einer weiteren Ausführund der Antriebsvorrichtung mit als hohle Bolzen ausgebildeten
Zwischenelementen.
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Wie in Fig. 1 dargestellt, ist in einer Halterung 1 der Antriebsvorrichtung
ein Motor 2 angeordnet. Die Ausgangswelle 3 des Motors 2 ist über eine Kupplung
4 oder eine andere Verbindung mit einer Felle 5 gekoppelt, auf der ein Zahnrad 6
starr befestigt ist.
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In Fig. 1 ist ein Getriebe mit zwei Schaltstufen dargestellt, dessen
Planetengetriebe zwei Planetenradsätze aufweist. Der erste Planetenradsatz umfaßt
das Zahnrad 6 als inneres Zentralrad, mindestens drei Umlaufräder 7 und ein äußeres
Zentralrad 8. Der zweite Planetenradsatz enthält ein inneres Zentralrad 9, mindestens
drei Umlaufräder 10 und ein äußeres Zentralrad 11. Die Anzahl der Planetenradsätze
hängt von der Zweckbestimmung des Getriebes ab und kann eine, zwei oder mehr Reihen
betragen.
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Die Planetenräder 7 sind auf Achsen 12 in Lagern 13 angeordnet, gegen
axiale Verschiebung gesichert und stehen in ständigem Eingriff mit dem Zahnrad 6.
Eine Nabe 14 ist innerhalb der Halterung 1 in Stützlagern 15 gelagert und besitzt
an ihrer dem ersten Planetenradsatz zugekehrten Stirnseite eine starr angeschlossene
Stirnscheibe 16, deren Außendurchmesser gleich oder etwas kleiner als der Innendurchmesser
des äußeren Zentralrades 8 ist. Eine Trommel 17 des Abtriebsgliedes besitzt an ihrer
dem ersten Planetenradsatz zugekehrten Stirnseite eine ebenfalls starr angeschlossene
Stirnscheibe 18, in der durchgehende Montagebohrungen 19 entsprechend der Zahl der
Planetenräder ausgeführt sind (Fig. 2). Die Achsen der Durchgangsbohrungen 19 verlaufen
parallel zur Achse der Scheibe 18. Die Stirnscheiben 16 und 18 sind über massive
Zwischenelemente 20 starr miteinander verbunden, die senkrecht zur Drehebene der
Planetenräder 7 in den Zwischenräumen zwischen diesen Planetenräder 7 angeordnet
sind, wie dies am besten in Fig. 2 erkennbar ist. Die Anzahl dieser Zwischenelemente
ist
gleich oder kleiner als die Anzahl der Planetenräder 7.
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'Die Stirnscheiben 16, 18 und die Zwischenelemente 20 müssen bestimmte
Abmessungen zur Aufnahme von großen Radial-und Axialbelastungen sowie Drehmomenten
aufweisen. Die Zwischenelemente können voll, wie bei der Ausführung nach den Fig.
1 - 3, oder mit einem blinden Innenraum 21 (Fig. 4) ausgeführt sein. Innerhalb dieses
Innenraumes ist eine Andruckvorrichtung 22 untergebracht.
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Wie aus Fig. 1 ersichtlich, sind die Achsen 12 der Umlaufräder 7
mit der Scheibe 16 starr verbunden und bilden zusammen mit ihr den Träger des ersten
Planetenradsatzes des Getriebes. Die Nabe 14, die Scheibe 16, die Zwischenelemente
20, die Achsen 12 und die Scheibe 18 können als ein Ganzes ausgeführt sein.
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Die Umlaufräder 7 befinden sich im Eingriff mit dem äußeren Zentralrad
8, das mit dem inneren Zentralrad 9 des zweiten Planetenradsatzes starr verbunden
ist. Das Zentralrad 9 steht mit mindestens drei Planetenrädern 10 in Eingriff, die
auf einem Träger 23 in Lagern 24 angeordnet und gegen axiale Verschiebungen fixiert
sind. Die Planetenräder 10 kämmen mit dem äußeren Zentralrad 11, das mit der Trommel
17 des Abtriebsgliedes starr verbunden ist. Der Träger 23 ist mit einer Bremstrommel
25 starr verbunden, in deren Innenraum eine Bremse 26 angeordnet ist. Am Zentralrad
9 ist eine Bremstrommel 27 einer Bremseinrichtung 28 starr befestigt. Der Hohlraum
des Planetengetriebes und der Stützlager 15 der Halterung 1 ist an einer Seite durch
Dichtungen 29 und an der anderen Seite durch einen Deckel 30 abgedichtet.
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Bei der Ausführung nach Fig. 4 ist im Hohlraum 21 der Zwischenelemente
20 die Andruckvorrichtung 22 angeordnet, die eine treibende Scheibe 31 gegen eine
getriebene
Reibscheibe 32 andrückt. Die getriebene Scheibe 32 ist
durch eine Schlitz- oder eine andere bewegliche Verbindung mit einem Träger 33 verbunden,
der an der Stirnseite der Scheibe 18 starr befestigt ist. Das äußere Zentralrad
8 des ersten Planetenradsatzes ist über das innere Zentralrad 9 des zweiten Planetenradsatzes
mit der Bremstrommel 27 starr verbunden.
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Die Arbeitsweise des Antriebes wird anhand der Fig. 3 beschrieben,
in der die schematisch dargestellten Bauteile mit gleichen Bezugszeichen wie in
Fig. 1 bezeichnet sind.
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Die Antriebswelle 3 treibt über das Zahnrad 6 die Planetenräder 7
des ersten Planetenradsatzes. Diese Planetenräder 7 wälzen sich auf dem mit Hilfe
der Bremse 28 abgebremsten äußeren Zentralrad 8 ab und übertragen die Drehbewegung
über die miteinander fest verbundenen Scheiben 16 und 18 auf die Trommel 17. Die
Radial- und Axialbelastungen werden über die Trommel 17, die Scheibe 18, die Zwischenelemente
20, die Scheibe 16, die Nabe 14 von den Stützlagern 15 und der Halterung 1 aufgenommen.
Die Nabe 14 dreht sich in den Stützlagern 15. Bei eingerückter Bremse 26 und gelöster
Bremse 28 erfolgt die Übertragung der Drehbewegung auf die Trommel auch über das
äußere Zentralrad 8 des ersten und das innere Zentralrad 9, die Planetenräder 10
und über das äußere Zentralrad 11 des zweiten Planetenradsatzes. Der Träger 23 ist
in diesem Fall abgebremst, und die Trommel 17 dreht sich dabei mit verminderter
Geschwindigkeit.
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Bei Verwendung eines verriegelbaren Planetengetriebes nach Fig. 4
wird die Drehung der Trommel 17 mit verminderter Geschwindigkeit wie bei der Ausführung
nach den Fig. 1 -
3 vom ersten Planetenradsatz besorgt, während
die Drehung der Trommel 17 mit erhöhter Geschwindigkeit beim Anpressen der treibenden
Scheibe 31 an die getriebene Scheibe 32 durch die Andruckvorrichtung 22 erfolgt.
Dieser Betriebszustand stellt eine direkte Übersetzung vom Motor 2 auf das Abtriebsglied
17 im Verhältnis 1 : 1 dar. Die Bremse 28 ist in diesem Falle gelöst und der erste
Planetenradsatz läuft leer. Durch Anlegen der beiden Bremsen 26 und 28 bei der Vorrichtung
nach Fig. 1 - 3 oder der Bremse 28 und der Kupplung 34 bei der Vorrichtung gemäß
Fig. 4 hört die Drehung der Trommel 17 relativ zur Halterung 1 auf.
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Bei beiden gelösten Bremsen 26 und 28 (Fig. 1 - 3) oder gelöster Bremse
28 und Kupplung 34 (Fig. 4) dreht sich die Trommel 17 frei zur Halterung 1.
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Die Anordnung der Nabe 14 und ihre erfindungsgemäße Verbindung mit
der Trommel 17 ermöglichen geringere Abmessungen der Halterungslager 15 und die
Dichtungen 29 gegenüber bekannten Antriebsvorrichtungen und damit eine kompaktere
Vorrichtung von geringerem Gewicht und besserem Schutz gegen die Umgebung. Durch
die Durchgangsbohrungen 19 können die Planetenräder 7 mit dem äußeren Zentralrad
8 durch axiales Verschieben des Trägers 33 oder der Planetenräder 7 beim Zusammenbau
frei in Eingriff gebracht werden.
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Durch die Anordnung der Halterung 1 und der Andruckvorrichtung 22
in dem Innenraum der Bremse verringern sich die Außenmaße und die Masse der Vorrichtung
noch mehr. Aufgrund der Verwendung von Halterungslagern mit geringeren Abmessungen
und ihrer Anordnung kann auch der freigewordene Raum für andere Zwecke ausgenutzt
werden.