DE2825768C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Zahnradgetriebe der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art.

Ein solches Getriebe ist z. B. aus der DE-GM 19 83 360 bekannt.

Wenn man die Bewegung einer Welle auf eine andere, zu ihr parallele Welle übertragen will, wird im allgemeinen auf Ge­ triebe zurückgegriffen. Wenn die Drehgeschwindigkeit minde­ stens einer der beiden Wellen sehr hoch ist, verringert man die Umfangsgeschwindigkeit des Zahnrads, indem man seinen Durchmesser verringert; in diesem Fall muß man jedoch seine Länge erhöhen, um sein Zahnvolumen konstant zu halten und infolgedessen gleichen mechanischen Widerstand zu gewährlei­ sten. Dadurch entstehen jedoch Probleme der Belastbarkeit der Zähne, die die Anwendung klassischer Getriebe begrenzen.

Außerdem können die klassischen Getriebe dann, wenn die von einer Welle zur anderen zu übertragende Leistung hohe Werte wie z. B. 80 bis 100 MW annimmt, aufgrund zu hoher mechani­ scher Beanspruchung nicht zufriedenstellend arbeiten. Aus diesem Grund ist man dazu übergegangen, mehrere Leistungszweige zu verwenden. Da man Zahnräder herstellen kann, die z. B. bis zu 40 oder 50 MW übertragen, hat man parallele Leistungszweige miteinander verbunden. Man hat Leistungszweige zueinander parallelgeschaltet, die je eine Last gleich oder geringer als 50 MW tragen, und kann so hohe Leistungen über­ tragen.

In Fig. 1 ist eine bekannte derartige Anordnung dargestellt. Wenn man eine von einer Welle 5 gelieferte Leistung von 80 MW übertragen will, kämmt ein treibendes Zahnrad 1mit zwei Zahnrädern 2 und 2′, die sich zu beiden Seiten des Zahn­ rads 1 befinden. Diese Zahnrä­ der 2 und 2′ teilen die auf die Zahnräder 3 und 3′ zu über­ tragende Leistung mit Hilfe von Wellen 14 und 14′. Dann über­ tragen die Zahnräder 3 und 3′ die Leistung gemeinsam auf ein auf einer Welle 8 drehfest angeordnetes Zahnrad 4. Die in die Fig. 1 ein­ gezeichneten Pfeile geben die Richtung der Leistung an.

Um eine gleiche Verteilung der Leistungen auf die beiden Lei­ stungszweige trotz der Herstellungstoleranzen der Zähne zu erreichen, müssen die beiden Zahnräder 3 und 3′ unbedingt zur gleichen Zeit in die Zähne des Zahnrads eingreifen. Dies wird dadurch erreicht, daß man zwischen die Zahnräder 2 und 3, 2′ und 3′ in den Wellenzug der Wellen 14 bzw. 14′ Torsionselemente (13, 24) gleicher Steifheit setzt. Es ist notwendig, auf der Welle zu beiden Seiten dieser Torsionsele­ mente zwei Lager anzuordnen. Daraus folgt, daß die klassische Vorrichtung sechs Zahnräder und zwölf Lager 11, 12, 21, 22, 21′, 22′, 31, 32, 31′, 32′, 41 und 42 aufweist.

Für den Fall einer Aufteilung der Leistung auf drei Leistungs­ zweige zeigt Fig. 3 ein sternförmiges Untersetzungsgetriebe nach dem Stand der Technik, wobei die treibende Welle das Zahnrad 1 trägt, dessen Drehung die Drehung der drei Zahnräder 2, 2′ und 2′′ hervorruft; diese drei Zahnräder werden durch nicht sichtbare Torsionselemente mit Zahnrädern 3, 3′ und 3′′ verbunden, die ihrerseits das Zahnrad 4 antreiben (N = 3). Man teilt die auf der getriebenen Welle empfangene Leistung des Zahnrads 1 in drei gleiche Leistungen auf, die auf die drei Torsionselemente und die Zahnräder 3, 3′ und 3′′ verteilt wer­ den, die wiederum die Gesamtleistung auf die vom Zahnrad 4 getriebene Welle zurückgeben. Man hat acht Zahnräder und sech­ zehn Lager.

Die einleitend genannte Druckschrift zeigt im übrigen sechs Leistungszweige in entsprechender Anordnung, die DE-GM 19 57 991 zwei Leistungszweige.

Ganz allgemein sind Zahnradgetriebe mit 2N + 2 Zahnrä­ dern bekannt, die auf jedem der N Leistungszweige die Lei­ stung P/N übertragen. Da jedes Zahnrad in der Regel zwei Lager benötigt, muß man bei 2N + 2 Zahnräder 4N + 4 Lager verwenden.

Ein solches Getriebe nimmt viel Platz ein und benötigt viele Bestandteile.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, bei einem gattungsbildenden Zahnradgetriebe die Zahl der Zahnräder und der Lager zu verringern.

Diese Aufgabe wird durch das im An­ spruch 1 gekennzeichnete Getriebe gelöst.

Bezüglich von Merk­ malen bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung wird auf die Unteransprüche verwiesen.

Die Erfindung wird nachfolgend mit Hilfe der Fi­ guren näher beschrieben.

Fig. 1 zeigt schematisch ein bekanntes bereits erläutertes Zahnradgetriebe mit zwei Leistungszweigen,

Fig. 2 zeigt schematisch eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Zahnradgetrie­ bes, das die zu übertragende Leistung auf zwei Leistungszweige aufteilt.

Fig. 3 zeigt schematisch ein bekanntes Zahnradgetriebe mit drei Leistungszweigen und wurde bereits weiter oben erläutert.

Fig. 4 zeigt schematisch eine mögliche Bauart eines weiteren erfindungsgemäßen Zahn­ radgetriebes.

Fig. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel entsprechend dem Schema aus Fig. 2.

Fig. 2 zeigt die gleiche Aufteilung der Leistung wie in Fig. 1, diesmal in einem Getriebe gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Die Bestandteile der Fig. 2 haben die gleichen Be­ zugszeichen wie entsprechende Bauteile in der Fig. 1. Um die Aufteilung der Leistung gemäß der Erfindung zu erhalten, müs­ sen die Torsionselemente 24 und 13 entsprechende Dimensionen aufweisen.

Wenn das Torsionselemente 13 ganz steif wäre, würde die ganze Leistung über die Zahnräder 3 und 4 geleitet und das Zahnrad­ getriebe 1, 2 wäre unnötig. Wenn dagegen das Torsionselement 24 steif wäre, würde die ganze Leistung über die Zahnräder 2 und 4 übertragen und die Achse 13 wäre unnötig; folglich gibt es einen Steifheits-Mittelwert für jedes Torsionselement, der die Aufteilung der Leistung in einem vorgegebenen Verhältnis, in diesem Fall 1 : 1, ermöglicht.

Damit die zu übertragende Leistung sich gleichmäßig auf beide Zahnpaare verteilt, muß die Drehung der Torsionselemente 13 und 24 gleiche Verschiebungen der in das Ausgangszahnrad 4 ein­ greifenden Zähne hervorrufen.

Wenn K der Untersetzungsgrad der beiden Zahnräder ist, muß das Torsionselement 13 sich um einen Winkel verdrehen, der K- mal größer als der des Torsionselements 24 ist. Ersteres un­ terliegt aber zugleich einem K-mal kleineren Drehmoment. Folg­ lich müssen die Elastizitäten der Torsionselemente sich zueinander wie die Quadrate der Umdrehungsgeschwindigkeiten verhalten.

Die Torsionselemente können sich zwischen den Zahnrädern be­ finden, wie Fig. 2 zeigt, oder im angetriebenen Zahnrad, wie Fig. 5 zeigt.

Eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Getriebes mit drei Leistungszweigen (also vergleichbar mit Fig. 3) ist in Fig. 4 gezeigt.

Die Torsionselemente werden so konzipiert, daß sie 1/3 der Leistung vom Zahnrad 1 zum Zahnrad 2. 1/3 der Leistung vom Zahnrad 3 zum Zahnrad 4 und dann 1/3 der Leistung vom Zahnrad 3′ zum Zahnrad 4′ übertragen.

Wie Fig. 5 zeigt, befindet sich auf der Eingangswelle 5 ein Zahnrad 1, das das auf einer Hohlwelle 14 befindliche Zahnrad 2 antreibt, wobei die Hohlwelle 14 ihre Drehbewegung auf das durch einen Koppelflansch 15 mit der Ausgangswelle 8 verbun­ dene Torsionselement 24 überträgt. Die Welle 5 treibt außerdem über einen Koppelflansch 9 ein Torsionselement 13 an. Dieses ist an der Stelle 7 an der Hohlwelle 6 befestigt, die das Zahnrad 3, das das Zahnrad 4 antreibt, trägt. So wird die Welle 8 einerseits durch das Zahnrad 4 und andererseits von der am Ende der Welle 8 angebrachten Hohlwelle 24 angetrieben.

Die Verteilung der Belastungen, die die Welle 8 antreiben, hängt von der Steifheit der Torsionselemente 13 und 24 ab. Tatsächlich wird das Torsionselement 13 unter der Einwirkung des auf die Eingangswelle angewandten Drehmoments verdreht, was eine Drehung des Zahnrads 3 bewirkt. Diese Drehung bringt die Zähne des Zahnrads 3 und die Zähne des Zahnrads 4 mitein­ ander in Berührung.

Zudem veranlaßt das auf die Eingangswelle 5 angewandte Dreh­ moment eine Drehung des Zahnrads 1; die Zähne des Zahnrads 1 üben auf das Zahnrad 2 einen Druck aus, der eine Verdrehung des Torsionselements 24 verursacht.

Damit das durch den Koppelflansch 15 auf die Welle 8 übertra­ genen Drehmoment gleich dem durch die Zähne des Zahnrads 4 angewandten Drehmoments ist, müssen die Torsionswinkel der Torsionselemente 13 und 24 zu ihrer Rotationsgeschwindigkeit proportional sein, d. h. daß die Steifheit dieser Torsionsele­ mente dem Quadrat ihrer Geschwindigkeit umgekehrt proportional ist.

Man sieht, daß man gemäß der Erfindung über ein einfaches Mittel verfügt, mit dem die Last zu gleichen Teilen auf zwei Leistungszweige verteilt werden kann, indem man nur vier Zahn­ räder 1, 2, 3 und 4 und acht Lager (11 und 12 für die Welle 5, 31 und 32 für die Hohlwelle 6, 21 und 22 für die Hohlwelle 14 und 41 und 42 für die Welle 8) verwendet.

Das Ausführungsbeispiel enthält zwei Torsionselemente 13 und 24, die sich im Inneren der Hohlwellen 6 und 14 befinden; so kann man das Volumen des Getriebes beträchtlich verringern.

Es ist außerdem zu bemerken, daß zwei Anschläge 16 und 17 auf den Wellen 6 und 14 genügen, um die Stabilität der Vorrichtung zu gewährleisten. Die Zahnräder 1 und 3 sind mit entgegenge­ setzten Winkeln schraubenförmiger Neigung zugeschnitten, so daß Axialkräfte nicht auftreten. Solche Pfeilverzahnungen sind z. B. aus der DE-AS 10 21 674 an sich bekannt. In gleicher Weise sind die Zahnräder 2 und 4 verzahnt. Es ist außerdem zu bemerken, daß die Vorrichtung durch die Verwendung der Tor­ sionselemente eine gewisse Elastizität besitzt, durch die sie unempfindlich gegen einen geringen geometrischen Fehler der Zähne wird. Dieser Fehler ruft nur eine geringe ungleiche Verteilung der Last auf die beiden Zahnräder 2 und 3 hervor.

Das soeben beschriebene Beispiel wurde konzipiert für eine Leistung von 90 MW bei 6400 Umdrehungen pro Minute.

Ganz allgemein gesagt kann die vorliegende Erfindung bei allen Maschinen großer Leistung angewandt werden, sei es bei großer Rotationsgeschwindigkeit oder großem Drehmoment.

Insbesondere ist die erfindungsgemäße Vorrichtung außerordent­ lich vorteilhaft am Ausgang von Turbomaschinen großer Leistung oder bei Prüfständen für schnell laufende Turbomaschinen.

Claims (3)

1. Zahnradgetriebe mit einer An- und einer Abtriebswelle und mindestens zwei gleich belasteten Zahnradpaaren (1, 2; 3, 4) sowie paral­ lele Drehachsen aufweisenden Leistungszweigen, die jeweils zwischen zwei Zahnrädern (1, 3; 2, 4) in einer Welle ein Torsionselement (13, 14) haben, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Zahnrad (1, 3) der Zahnradpaare (1, 2; 3, 4) auf der Antriebswelle und das andere (2, 4) auf der Abtriebswelle befestigt ist und daß die Torsionsele­ mente (13, 24) der An- und Abtriebswelle eine Federsteifigkeit aufweisen, die umgekehrt proportional dem Quadrat der Drehzahlen der Wellen ist.

2. Zahnradgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eines der Torsionselemente (13, 24) im Inneren des von ihm angetriebenen Zahnrads (3, 2) liegt.

3. Zahnradgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zähne der Zahnräder (1, 3; 2, 4), die sich auf einer Welle befinden, gleich stark, jedoch in Gegen­ richtung zueinander geneigt sind.