DE2843459C2

DE2843459C2 -

Info

Publication number: DE2843459C2
Application number: DE2843459A
Authority: DE
Inventors: Manfred Dr. 8000 Muenchen De Hirt; Johann 8011 Vaterstetten De Eichinger
Original assignee: Carl Hurth Maschinen und Zahnradfabrik GmbH and Co
Current assignee: Gleason Hurth Tooling GmbH
Priority date: 1978-10-05
Filing date: 1978-10-05
Publication date: 1988-03-31
Also published as: US4384498A; GB2031109A; JPS5551149A; GB2031109B; DE2843459A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Stirnrad-Planetengetriebe mit Lastausgleich nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Damit geht die Erfindung aus von einem Stand der Technik, wie er von der DD 49 089 bekannt ist. Die dort als "am günstigsten für einen Lastausgleich" bezeichnete elastische Lagerung ist nicht dazu geeignet, von außen, d. h. über das Gehäuse, auf das Getriebe einwirkende Kräfte von den Verzahnungen fernzuhalten. Als weiterer Nachteil ist die durch die relativ großen Pendelrollenlager für die Planetenräder bedingte Baugröße anzusehen, zumal die Belastbarkeit der innenliegenden Pendelrollenlager geringer ist als die von außenliegenden Zylinderrollenlagern.

In der DE-Zeitschrift Klepzip Fachberichte 82 (1974) H. 9, S. 327 ist unter 6. angegeben, daß ein interner Lastausgleich einen ruhigen und schwingungsarmen Lauf zur Folge habe. An welchen Stellen bzw. mit welchen Maßnahmen der Lastausgleich vorzunehmen ist, ist nicht angegeben.

Es ist auch bekannt, das Hohlrad des Planetengetriebes über ein das Hohlrad umgreifendes, dünnwandiges Rohr fest mit dem Gehäuse zu verbinden, wobei das Rohr in begrenztem Maße ein elastisches Ausweichen des Hohlrades ermöglicht. Auch diese Bauart ist sowohl vom Platzbedarf als auch vom Fertigungsaufwand her als ungünstig anzusehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Planetengetriebe mit Lastausgleich zu schaffen, das sowohl fertigungsbedingte Abweichungen als auch von außen auf das Gehäuse einwirkende Biegekräfte auszugleichen vermag, das robust ist, das möglichst klein gebaut ist und aus möglichst wenigen Teilen besteht.

Diese Aufgabe wird gelöst mit einem Planetengetriebe der eingangs genannten Art, das die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist. Mit dieser Ausführung wird erreicht, daß sich äußere Einflüsse nicht oder nur geringfügig auf die Verzahnung auswirken, andererseits die Verzahnung elastisch genug bleibt, um eine gleichmäßige Lastverteilung auf die drei oder mehr Planetenräder sicherzustellen. Sowohl der Ring als auch der Zahnkranz sind so unter Belastung elastisch verformbar, ohne daß eines der beiden Glieder dabei das andere beeinflußt. Zweckmäßigerweise wird man die mögliche Verformung insgesamt durch Berechnung oder Versuche so festlegen, daß sie in etwa der radialen Nachgiebigkeit der Verzahnung (Mittelwert während des Eingriffs) entspricht. Diese Forderung läßt sich durch Berechnungen nach der Finite-Elemente-Methode erfüllen oder durch Versuche mit verschiedenen Formgebungen. So kann auch der Steg elastisch verformbar ausgeführt werden (Anspruch 2).

Die Erfindung wird im folgenden anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 im Längsschnitt einen Ausschnitt der wesentlichen Teile eines Getriebes nach der Erfindung,

Fig. 2 das innenverzahnte Hohlrad vom Getriebe nach Fig. 1 in einem anderen Maßstab,

Fig. 3 schematisch die Nachgiebigkeit der Verzahnung im Eingriff,

Fig. 4 eine andere Ausführungsform des innenverzahnten Hohlrades,

Fig. 5 ein Hohlrad ähnlich dem von Fig. 1 mit einer schematischen Darstellung der Lastverteilung.

Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch den für die Erfindung wesentlichen Teil eines Planetengetriebes, wie es in einem sogenannten Ruderpropeller eingebaut ist. (Ruderpropeller dienen zum Antrieb und Steuern von Schiffen. Dabei wird das Motordrehmoment über eine vertikale Welle und ein Kegelgetriebe, dem im Beispiel ein Planetengetriebe nachgeschaltet ist, auf eine horizontale Welle mit dem Propeller übertragen. Kegel- und Planetengetriebe sind in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht, das außerhalb des Schiffsrumpfes angeordnet und zum Zwecke des Steuerns um die vertikale Achse drehbar ist. Aus strömungstechnischen Gründen muß das Gehäuse möglichst geringe Außenabmessungen haben. Die Aufhängung des Gehäuses oberhalb der Wirkungslinie des Propellers führt zu Biegebeanspruchungen im Gehäuse und damit zu Gehäuseverformungen, zu denen auch Temperatureinflüsse beitragen können.)

In einem Getriebegehäuse 1, 1′ ist ein innenverzahntes Hohlrad 2 zentriert und mit Stiftschrauben 18 verschraubt. Das Hohlrad weist eine Innenverzahnung 3 auf, mit der Planetenräder 4 kämmen, die mit einem außenverzahnten Sonnenrad 12 im Eingriff stehen. Die Planetenräder sind mittels Zapfen 5 und Lagern 6, 7 in einem Planetenträger 8 drehbar, aber nicht längsverschiebbar gelagert. Der Planetenträger 8 ist auf der Abtriebswelle 9 mittels einer Kupplungsverzahnung 10 gegen Drehung und Axialverschiebung gesichert, z. B. mit einem Haltering 11.

Das Sonnenrad ist mit einem Hals 13 und dieser an seinem freien Ende mit einer Kupplungsverzahnung 14 versehen. Diese greift in eine Innenverzahnung eines Kegelrades 15 und zentriert das radial lediglich durch die Verzahnung geführte Sonnenrad. Die axiale Führung des Sonnenrades erfolgt z. B. mit einem Sprengring 16.

Die Abtriebswelle 9 ist zumindest auf der dem Planetengetriebe zugewendeten Seite in einem radial nachgiebigen Lager 17, 17′ geführt. Dadurch werden die Planetenräder 4 bzw. ihr Planetenträger 8 und mittelbar auch das Sonnenrad 12 über die kämmende Verzahnung am innenverzahnten Hohlrad 2 geführt. Das Hohlrad 2 ist, wie in Fig. 2 dargestellt, mit seitlichen Ausnehmungen 23, 24 versehen, die dieses in drei Abschnitte gliedern: Einen Zahnkranz 20 mit der Verzahnung 3, die über einen etwa scheibenförmigen Steg 21 mit einem Ring 22 verbunden ist. Der Ring 22 ist beidseits mit Anlageflächen 25, 26 und axial zum Steg versetzt angeordnete Zentrierbunden 27, 28 zur Aufnahme im Gehäuse 1 versehen. Zwischen den Zentrierbunden liegt ein kleinerer Außendurchmesser vor. Dadurch ist sowohl der Ring 22 als auch der Zahnkranz 20 unter Belastung elastisch verformbar, ohne dabei das jeweils andere Teil wesentlich zu verformen. Die Größe der möglichen Verformung ist durch Berechnung nach der Finite- Elemente-Methode oder durch entsprechende Versuche wählbar. Als sehr brauchbar hat sich eine mögliche Verformung des Hohlrades gezeigt, die in etwa der radialen Nachgiebigkeit seiner Verzahnung 3 entspricht. So werden Verformungen teils vom Körper des Hohlrades, teils von der Verzahnung aufgenommen. In besonderen Fällen kann es zweckmäßig sein, die Verformung auch anders aufzuteilen.

Zum besseren Verständnis der radialen Nachgiebigkeit der Verzahnung sind in Fig. 3 ein Zahn 30 und ein Gegenzahn 31 im Schnitt dargestellt. An ihrer Berührungslinie (senkrecht zur Bildebene) greift die Normalkraft F _n als Resultierende aus Umfangskraft F _u und Radialkraft F _r an. Die Umfangskraft bewirkt eine elastische Verformung der Zähne, d. h. die Zähne werden um einen geringen Betrag verbogen (30′, 31′), deren Größe in radialer Richtung mit f _r angegeben ist.

Das Verhältnis

wird als Federkonstante C _r in Richtung der Radialkraft bezeichnet.

Analog dazu ist das Verhältnis der Normalkraft F _n zur Durchbiegung f _n die Federkonstante C _n in Richtung der Normalkraft.

Zwischen den beiden Federkonstanten besteht die Beziehung

α ist der Eingriffswinkel der Verzahnung.

Da C _n mit einfachen Vorrichtungen meßbar ist, kann f _r ermittelt und der Formgebung des Hohlrades zugrundegelegt werden. Zweckmäßigerweise wird dabei für die radiale Nachgiebigkeit des Zahnes der Mittelwert aus den sich während eines Eingriffes ergebenden Wertes herangezogen.

Neben der Verformbarkeit des Zahnkranzes 20 und des Ringes 22 kann auch der dazwischen angeordnete Steg 33 innerhalb gewisser Grenzen elastisch verformbar sein (Fig. 4).

In Fig. 5 ist eine der Fig. 2 ähnliche Form eines Hohlrades 2 dargestellt und darüber die Belastungsverteilung 35 über die Länge der Verzahnung 3. Wäre der Zahnkranz 20 völlig starr, so wäre die Belastung der Verzahnung an ihren Enden am größten. Durch die Nachgiebigkeit des Zahnkranzes 20 unter Last (gestrichelte Kontur 37, stark verzerrt) wird aber die Belastung an den Zahnenden verringert (Linie 36). Mit entsprechender Berechnung läßt sich die mögliche Verformung des Zahnkranzes 20 so festlegen, daß sich eine wenigstens annähernd gleichmäßige Belastungsverteilung über die gesamte Zahnbreite erreichen läßt. Fig. 5 zeigt auch, daß es für eine ungehinderte Verformung zweckmäßig ist, den Zahnkranz 20 mit der Verzahnung 3 beidseitig schmaler auszulegen als den Ring 22.

Die Bohrungen zur Aufnahme der Befestigungsschrauben 18 sind in den Fig. 4 und 5 nicht dargestellt, da sie mit der Erfindung nicht im unmittelbaren Zusammenhang stehen und bei den Berechnungen in der Regel außer Betracht gelassen werden können. Die Erfindung ist nicht auf das Anwendungsbeispiel eines Ruderpropellergetriebes beschränkt, sondern bei sämtlichen Planetengetrieben der eingangs beschriebenen Bauart anwendbar.

Claims

1. Stirnrad-Planetengetriebe mit einem Sonnenrad, das mit Planetenrädern kämmt, die mit einem lastausgleichenden, im Gehäuse fest angeordneten Hohlrad in Eingriff stehen, wobei ein Rad aus einem Zahnkranz, einem Ring und einem diese beiden verbindenden Steg besteht und der Ring seitlich und axial an den Enden auf seinem Umfang in einem benachbarten Bauteil gehalten wird sowie im Bereich der Summe auftretender Fehler elastisch verformbar ist, dadurch gekennzeichnet,
daß das Rad als einstückiges, elastisches Hohlrad (2) aus homogenem Material besteht und in jeweils einer Rotationsebene gleiche Wanddicken aufweist,
daß der Ring (22) auf dem Außendurchmesser (Zentrierbund 27, 28) der Enden im Getriebegehäuse (1) zentriert ist und zwischen den Enden einen kleineren Durchmesser (Ausnehmung 29) aufweist und
daß der Zahnkranz (20) unabhängig vom Ring (22) elastisch verformbar ist, so daß die Lastverteilung über die Zahnbreite gleich groß ist.

2. Stirnrad-Planetengetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Steg (21) elastisch verformbar ist.