DE2911987A1

DE2911987A1 - Zahnraederwechselgetriebe mit lastausgleich

Info

Publication number: DE2911987A1
Application number: DE19792911987
Authority: DE
Inventors: Uwe Dipl Ing Staberoh; August Winter
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1979-03-27
Filing date: 1979-03-27
Publication date: 1980-10-02
Also published as: DE2911987C2; IT1141698B; GB2045395A; IT8046826A0; GB2045395B

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Zahnräderwechselgetriebe nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Zahnräderwechselgetriebe der beschriebenen Anordnung werden mit den unterschiedlichsten Lastausgleichseinrichtungen für. die die Leistung gleichzeitig übertragenden Räderketten gefertigt, um zu einer möglichst gleichmäßigen Belastung beider Wege zu kommen und dabei gleichzeitig auch alle Fertigungstoleranzen auszugleichen.

So werden z. B. schwimmende Zentralräder oder auch schwimmende Haupt- oder Abtriebswellen -■ axial verschiebliche Zahnräder oder Vorgelegewellen -_f federnde Ausgleiche - Ausgleiche durch Radpaar mit entgegengesetzter Schrägverzahnung und Ausgleiche mit Hilfe eines Differentialgetriebes eingesetzt.

Ein Beispiel für einen Lastausgleich in einem Zahnräderwechselgetriebe nach dem Gattungsbegriff ist aus der DE-PS 12 07 173 bekannt. Die von den Zahnrädern der Vorgelegewellen gehaltenen Zahnräder auf der Hauptwelle sind auf dieser schwimmend gelagert und auch die Hauptwelle selbst ist in bezug auf die Vorgelegewellen ebenfalls schwimmend gelagert. Diese Art des Lastausgleichs ist zwar relativ einfach und wirkt auch zuverlässig, ist aber nur einsetzbar bei Zahnräderwechselgetrieben mit gerade verzahnten Rädern und mit einer Klauenschaltung. Die schwimmende Lagerung der Zahnräder und der Hauptwelle läßt eine

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synchronisierte Schaltkupplung nicht oder nur mit einem verhältnismäßig hohen Aufwand zu. Auch bei schrägverzahnten Zahnrädern ist diese Art der Lagerung nicht möglich. Darüber hinaus ergeben sich erhebliche Probleme infolge der nicht festen Lagerung der Hauptwelle in bezug auf den getrieblichen Abtrieb, wie aus dem Übergang zum nachgeordneten Gruppengetriebe erkennbar. Diese Art der Hauptwellenlagerung ist gegenüber einer festen Lagerung auch sehr teuer.

Auch alle vor dieser Druckschrift genannten Lösungen des Lastausgleiches sind meistens in der Herstellung aufwendig, kompliziert herstellbar und damit sehr teuer. Darüber hinaus sind die einzelnen Lösungen an bestimmte Bedingungen gebunden, wie z. B. Schrägverzahnung bei axial verschieblichen Vorgelegewellen oder erhebliche Vergrößerung des Bauraumes und relativ komplizierter Aufbau des Getriebes bei Verwendung eines Differentialgetriebes als Lastausgleich.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, ein Zahnräderwechselgetriebe nach den Oberbegriffen von Anspruch 1 und 2 so zu gestalten, daß sich eine gleichmäßige Verteilung der Leistung auf die beiden Räderketten, eine einfache Bauweise und auch ein relativ kleiner Bauraum ergibt, daß sowohl Geradwie auch Schrägverzahnung möglich ist, daß sowohl eine Klauenoder Sperrklauen- wie auch eine synchronisierte oder sperrsynchronisierte Schaltung möglich ist und daß die Lastaus-Akte 5578

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gleichseinrichtung sowohl auf einer Haupt- oder einer Vorgelegewelle angeordnet werden kann und schließlich sollen diese Zahnräderwechselgetriebe infolge der Lastauegleichseinrichtung nicht teurer als vergleichbare, weniger vorteilhafte Lösungen sein.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der Ansprüche 1 oder gelöst.

Nach der Erfindung ist es in sehr einfacher Weise möglich, die Lastausgleichseinrichtung direkt auf der Antriebswelle oder auch auf der Vorgelegewelle anzuordnen. In beiden Fällen wird die Leistung gleichmäßig verteilt und alle Differenzen und Toleranzen in den beiden Räderkette werden ausgeglichen, wenn durch die geschickte Konstruktion der Ausgleichseinrichtung in bezug auf den Winkel der Abweisflächen sowie dem möglichen Spiel zwischen den zusammenwirkenden Abweisflächen an der Lastausgleichseinrichtung selbst nach Anspruch 1 oder den Ringen nach Anspruch 2 und an den Zahnrädern alle evtl. Spiele in den Räderketten durch eine ausreichende Relativbewegung innerhalb der Lastausgleichseinrichtung möglich ist. Alle Wellen und auch alle Räder können radial fest gelagert werden, auch können fast alle Bauteile axialfest sein, nur in der Ausführung nach Anspruch 3 muß der Träger der Lastausgleichseinrichtung und nach Anspruch 2 zwei Zahnräder eine axiale Bewegung machen können. Infolge der festen Lagerung der Wellen und fast aller Räder sind alle Schaltungen, also

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auch synchronisierte Schaltungen, unter Anwendung sehr einfacher Synchronisier- oder Sperrsynchronisier-Schaltkupplungen möglich. Die Lösung nach der Erfindung schränkt auch nicht die Verzahnung ein und es können sowohl gerad- wie auch schrägverzahnte Zahnräder verwendet werden.

Der Aufbau dieser Lastausgleichseinrichtung ist sehr einfach und unempfindlich und benötigt sehr geringen zusätzlichen Bauraum und ist auch sehr kostengünstig sowohl in der Herstellung wie in der Unterhaltung infolge der einfachen Teile.

Die Lösung nach Anspruch 2 ist dann besonders vorteilhaft, wenn die Lastausgleichseinrichtung auf der Antriebswelle angeordnet werden und eine möglichst geringe Baulänge ergeben soll.

Eine besonders günstige Ausgestaltung der Erfindung ergibt sich nach Anspruch 3, wenn die Lastausgleichseinrichtung aus einem Ring, der direkt auf der Welle verschiebbar ist und an beiden Stirnflächen Stirnverzahnungen hat, die mit der Stirnverzahnungen an den Zahnrädern zusammenwirkt. Die Stirnverzahnung an dem Ring wie die zusätzlich an den Zahnrädern angebrachte Stirnverzahnung kann dabei auf den gesamten Umfang sich erstrecken aber auch in vorteilhafter Weise auf wenige Zahnpaare beschränkt bleiben. Die Form der Abweisflächen der Zähne kann dabei gerade oder auch krumm sein.

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Bei der Lösung nach Anspruch 4 ist es möglich, den Ring, der die Lastausgleichseinrichtung oder die Einrichtungen trägt, dreh- und auch axialfest mit der Antriebswelle zu verbinden. Die Bohrungen für die Aufnahme der Bolzen wie auch die beiderseitig konisch angeformten Bolzen lassen sich besonders einfach und kostengünstig herstellen. Auch die konische Einarbeitung in den Zahnrädern, die mit dem konisch angearbeiteten Bolzen zusammenarbeiten, sind einfach herstellbar.

Nach Anspruch 5 wird lediglich der beidseitig angeformte Bolzen in vorteilhafter Weise durch eine Kugel ersetzt, die mit Kugelkalotten oder konischen Einarbeitungen in den Zahnrädern zusammenwirken. Auch diese Lösung ist sehr einfach.

Die Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 4 und 5 baut, in axialer Richtung gesehen, besonders kurz.

Im folgenden werden weitere Einzelheiten der Erfindung an zwei Ausführungsbeispielen und anhand von Zeichnungen erläutert.
Es zeigen:

Fig. 1 eine Lastausgleichseinrichtung im Schnitt nach Anspruch 1 und 3.

Fig. 2 einen Schnitt einer teilweise dargestellten Abwicklung nach Linie II - II aus Fig. 1.

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Pig. 3 eine Lastausgleichseinrichtung im Schnitt nach Anspruch 2.

Fig. 4 einen Schnitt einer teilweise dargestellten Abwicklung nach Linie IV - IV aus Fig. 3.

Fig. 5 eine Lastausgleichseinrichtung im Halbschnitt nach Anspruch 4.

Fig. 6 eine Lastausgleichseinrichtung im Halbschnitt nach Anspruch 5.

Fig. 7 eine schematische Darstellung - Ausschnitt aus einem Zahnräderwechselgetriebe mit der Lastausgleichseinrichtung auf der Antriebswelle.

Fig. 8 eine schematische Darstellung - Ausschnitt - aus einem Zahnräderwechselgetriebe mit der Lastausgleichseinrichtung auf der Vorgelegewelle.

In Fig. 1 und 2 wird eine angetriebene Welle 1 (Antriebsoder Vorgelegewelle), auf der der Ring 21 der Lastausgleichseinrichtung 2 drehfest, aber axial verschiebbar angeordnet ist, gezeigt, an dem beidseitig an den Stirnseiten 22 Zähne 23· über den ganzen Umfang angeordnet sind. Zahnräder 3, 4, die zusätzlich mit Verzahnungen 33, 43 an den inneren Stirn-Akte 5578

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seiten 32, 42 versehen sind, sind in einem Abstand auf der angetriebenen Welle 1 so gelagert, daß noch zwischen dem Zahngrund 24, 34, 44 und dem Zahnkopf 25, 35, 45 ein Spalt 5 frei bleibt, der eine axiale Bewegung des Ringes 21 und infolge der gegenüber der Achse der Antriebswelle 1 unter einem Winkel zwischen 0 und 9Oo angeordneten Abweisflächen 26, 36, 46 (Zahnflanken} auch eine Relativbewegung der Zahnräder 3, in Umfangsrichtung gegenüber dem Ring 21 und damit der Welle zuläßt. Die Abweisflächen 26, 36, 46 (Zahnflanken) können dabei eben, aber auch gekrümmt sein.

Die in Fig. 3 und 4 dargestellte Lastausgleichseinrichtung nach Anspruch 2 weicht von der nach Anspruch 1 und 3 (Fig. 1 und 2) nur konstruktiv ab. Die von der Antriebswelle angetriebenen zwei Ringe 21', 21" liegen außen und haben an ihren inneren Stirnseiten Zähne 23', 23", die mit den Zähnen 33', 43" der Zahnräder 3¹ und 4¹ zusammenwirken, die in dieser Ausgestaltung innenliegen und sich axial verschieben können und damit auch eine Relativbewegung beider Zahnrädern 3', 4¹ in Umfangsrichtung möglich ist.

In Fig. 5 ist im Halbschnitt die Lastausgleichseinrichtung 7 nach Anspruch 4 dargestellt. Der Ring 71 ist mit der angetriebenen Welle 6 fest verbunden und hat am Umfang, verteilt angeordnet, Bohrungen 72 zur Aufnahme von Bolzen 8, die beidseitig konisch angeformt 81 sind.

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Diese Bolzen 8 können sich in der Bohrung 72 axial bewegen. Die konisch angeformten 81 Enden der Bolzen 8 arbeiten dabei mit konischen Einarbeitungen 91, 101 der Zahnräder 9, 10 zusammen, die axialfest, jedoch drehbar auf der Antriebswelle 6 angeordnet sind.

In Fig. 6 nach Anspruch 5 ist in der Bohrung 72' des Ringes 71' der Lastausgleichseinrichtung 7¹ eine Kugel 11. angeordnet, die mit Kugelkalotten 92, 102 der Zahnräder 9'/ 10' zusammenwirken. Sonst entspricht der Aufbau der Lastausgleichseinrichtung 7' der in Fig. 5 dargestellten Lastausgleichseinrichtung 7.

In den Fig. 7 und 8 ist schematisch der Einbau einer Lastausgleichseinrichtung 2 in einem Zahnräderwechselgetriebe nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 und 2 als Ausschnitt dargestellt.

Fig. 7 zeigt eine angetriebene Welle 1, die gleichzeitig die Antriebswelle ist, die Ausgleichseinrichtung 2, die drehfest, jedoch axial verschiebbar mit dieser Antriebswelle 1 verbunden und mit den beidseitig der Ausgleichseinrichtung 2 auf der Antriebswelle gelagerten Zahnrädern 3, 4 zusammenwirkt. Getriebliche Verbindungen über die Räderketten 20, 30, 40 bzw. 50, 60, 40 und die Schaltkupplung 70, die erfindungsgemäß eine Klauen-, Sperrklauen- aber auch Synchronisier- oder Sperr-

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synchronisier-Schaltkupplung sein kann, zur Abtriebswelle 80 ermöglichen die Leistungsteilung. Dabei sind die Zahnräder 20, 30 und 50, 60 fest auf den zugeordneten Vorgelegewellen 90, 100.

In Fig. 8 ist die Lastausgleichseinrichtung 2¹ auf der Vorgelegewelle. I¹, die gleichzeitig im Zusammenhang mit der Lastausgleichseinrichtung die angetriebene Welle ist, angeordnet. Der Antrieb erfolgt dabei über die Antriebswelle und die Zahnräder 120, 130 auf die Vorgelegewelle I¹. Der Aufbau der Lastausgleichseinrichtung ist so, wie in Fig. 7 dargestellt, über die Zahnräder 3,4 sowie über die Räderketten 140, 150, 160, 170 bzw. 170 erfolgt dann in bekannter Weise die Verteilung der Leistung auf die Abtriebswelle 80'.

Der Lastausgleich wirkt z. B. nach Anspruch 3 und Fig. 1 und 2 wie folgt:

Der Ring 21 der Lastausgleichseinrichtung 2 wird über die Welle 1 angetrieben und die Zähne 23 an beiden Stirnseiten 22 des Ringes 21 wirken auf die Zähne 33, 43 der Zahnräder 3, 4 und bewegen diese ebenfalls in Umfangsrichtung. Wenn man sich vorstellt, daß die Zahnräder 40 (Fig. 7) und 170 (Fig. 8), die beide auf der Abtriebswelle 80, 80" gelagert sind, festgehalten werden, ist leicht zu verstehen, daß die Lastausgleichseinrichtung das Moment über beide Räderketten gleichmäßig verteilt. Sowie in einer Räderkette alle Spiele

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ausgeglichen sind, setzen ζ. B. die Zähne 43 (Abweisflächen) von Zahnrad 4 dem Zahn 23 (Abweisfläche) Widerstand entgegen. Der Ring 21 kann infolge der Gestaltung der Zahnflanken 23, 43 deshalb nur in axialer Richtung ausweichen und sorgt infolge der Zahnflanken (Abweisflächen 23, 33) für eine weitere Drehbewegung des Zahnrades 3. Ist genügend Spiel zwischen dem Zahngrund 34, 44 und dem Zahnkopf 35, 45, kann das Zahnrad so weit drehen, bis auch die zweite Räderkette kein Spiel mehr hat. Die garantiert gleichmäßige Verteilung des Antriebsmomentes auf beide Räderketten erfolgt also immer aufgrund dieser Gestaltung nach der Erfindung und es werden damit auch alle Toleranzen während des Laufes und damit fortlaufend ausgeglichen.

Die Wirkung des Lastausgleiches nach Anspruch 2 und Fig. 3 und 4 ist im Prinzip gleich. Die axiale Ausgleichsbewegung erfolgt nach dieser Anordnung der Erfindung durch die Zahnräder 3', 4¹ selbst und muß bei der Zahnbreite an diesen Zahnrädern gegenüber den Anschlußzahnrädern der Räderketten berücksichtigt werden.

Auch die Ausführungen der Lastausgleichseinrichtungen nach Anspruch 4, Fig. 5, und Anspruch 5, Fig. 6, unterliegen dem gleichen Wirkprinzip. Die axiale Ausgleichsbewegung erfolgt lediglich nach Anspruch 4 durch den beiderseitig konisch angeformten Bolzen 8 und nach Anspruch 5 und Fig. 6 durch die Kugel 11.

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Zur weiteren günstigen Ausgestaltung des Anspruches 2 ist, wie aus Fig. 3 und "Fig. 4 zu ersehen, im Prinzip auch die Lösung nach Anspruch 3 möglich, aber auch die Lösungen nach Anspruch 4 und 5 können unter bestimmten Bedingungen weitere Vorteile bringen. Die in so einer Lösung nur einseitig konisch angeformten Bolzen können dabei mit dem nicht angeformten Ende sowohl mit einem Ring wie auch mit einem Zahnrad fest verbunden sein.

Die Erfindung ist nicht auf die in den Beispielen dargestellten Ausführungsformen beschränkt, sondern erstreckt sich auf alle Einrichtungen, die infolge einer axialen Ausgleichsbewegung eines Bauteiles eine relative Umfangsbewegung zum Lastausgleich in zwei Räderketten bewirken. Diese Lastausgleichseinrichtung ist darüber hinaus auch anwendbar bei Zahnräderwechselgetrieben mit mehr als zwei inneren Wellen.

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21.03.1979
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Leerseite

Claims

ZAhNRADFABRIK FRIEDRICHSHAFEN Aktiengesellschaft
Friedrichshafen

Zahnräderwechselgetriebe mit Lastausgleich

Patentansprüche

(l. Zahnräderwechselgetriebe mit einer Antriebswelle, mindestens zwei, die Leistung gleichzeitig übertragenden inneren Wellen einer. Abtriebswelle und einem Lastausgleich, gekennzeichnet durch die Merkmale

auf einer angetriebenen Welle (1) ist eine Lastausgleichseinrichtung (2) drehfest, jedoch axial verschiebbar angeordnet,

die Lastausgleichseinrichtung (2) hat gerade oder krumme Abweisflächen (26), deren wirksamer Bereich unter einem Winkel < 90o zum Verlauf der Achse der angetriebenen Welle angeordnet ist,

- auf beiden Seiten der Lastausgleichseinrichtung (2) sind Zahnräder (3, 4), auf der Welle (1) gelagert, angeordnet,

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die Zahnräder (3, 4) haben stirnseitige Einrichtungen (33, 43), die mit der Lastausgleichseinrichtung (2) zusammenwirken und sind so angeordnet, daß eine begrenzte, axiale Bewegung der Lastausgleichseinrichtung möglich ist, die Zahnräder (3, 4) sind jeweils mit Räderketten getrieblich verbunden.
2. Zahnräderwechselgetriebe mit einer Antriebswelle, mindestens zwei die Leistung gleichzeitig übertragender inneren Wellen einer Abtriebswelle und einem Lastausgleich, gekennzeichnet durch die Merkmale

auf einer angetriebenen Welle (1) sind zwei Ringe (21¹, 21") dreh- und axialfest angeordnet,

die Ringe (21', 21") haben an den gegeneinander zugekehrten Stirnseiten Abweisflächen (23', 23"), zwischen den Ringen (21', 21") sind zwei Zahnräder (3¹, 4¹) angeordnet, die sich gegenseitig abstützen und an einer Stirnseite Einrichtungen (33', 43') aufweisen, die mit den Abweisflächen der Ringe zusammenwirken, der axiale Abstand der Ringe (21·, 21") ist so bemessen, daß die Zahnräder sich sowohl axial bewegen wie auch in Umfangsrichtung relativ zur angetriebenen Welle (1) und den beiden Ringen (21¹, 21") begrenzt verdrehen können.

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3. Zahnräderwechselgetriebe nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Merkmale

- die Lastausgleichseinrichtung besteht aus einem Ring (21) mit einer beidseitig angebrachten Stirnverzahnung (25), die Stirnverzahnung (25) hat gerade oder krumme Abweisflächen (26), die mit an den benachbarten Zahnrädern zusätzlich angeordneten Stirnverzahnungen (35, 45) zusammenwirken, der Ring .(21) ist direkt auf der angetriebenen Welle (1) axial verschiebbar angeordnet,

die Stirnverzahnung (25, 35, 45) am Ring wie auch an den Zahnrädern kann sich über den gesamten Umfang der Stirnfläche erstrecken oder auch nur mehrere einzelne, zusammenwirkende Zähne haben.
4. Zahnräderwechselgetriebe nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Merkmale

die Lastausgleichseinrichtung (7) besteht aus einem Ring (71) mit in axialer Richtung verlaufenden Bohrungen (72), in denen beidseitig konisch angeformte Zylinderbolzen (8) angeordnet sind,

die beidseitig konisch angeformten Zylinderbolzen (8) können sich in den Bohrungen (72) des Ringes in axialer Richtung bewegen,

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- beide konischen Anformungen (81) der Zylinderbolzen (8) arbeiten mit konischen Einarbeitungen {91, 101) an den Zahnrädern (9, 10) zusammen.
5. Zahnräderwechselgetriebe nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Merkmale

- die Lastausgleichseinrichtung (7¹) besteht aus einem Ring (71',' mit in axialer Richtung verlaufenden Bohrungen (72'), in denen je eine Kugel (11) gelagert ist, die aus dem Ring (71') beidseitig herausragenden Teile der Kugel (11) arbeiten mit Kugelkalotten (92, 102), die an der Stirnseite der Zahnräder (9¹, 10') angeordnet sind, zusammen.

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