DE3019197A1

DE3019197A1 - Drehmomentaufteilender zahnradantrieb

Info

Publication number: DE3019197A1
Application number: DE19803019197
Authority: DE
Inventors: Jun Robert B Bossler; Charles P Hardersen
Original assignee: Kaman Aerospace Corp
Current assignee: Kaman Aerospace Corp
Priority date: 1979-06-01
Filing date: 1980-05-16
Publication date: 1980-12-04
Also published as: FR2458007A1; GB2049873A; US4297907A; GB2049873B

Description

PATENTANWÄLTE-^^" -

körner·&. QtJey

D-1 BERLIN-DAHLEM 33 ■ PODBIELSKIALLEE D-8 MÜNCHEN 22 · WIDENMAYERSTRASSE 49

Kaman Aeronpace Corporation

BERLIN: DIPL.-ING. R. MÜLLER-BÖRNER

MÜNCHEN: DIPL.-INQ. HANS-HEINRICH WEY DIPL.-ING. EKKEHARD KÖRNER

Berlin, den 16. Mai I98O

Drehmomentaufteilender Zahnradantrieb

(Priorität: U.S.Ser.No. 04'·),'492 vom 01. Juni 1979)

12 Seiten Beschreibung mit 10 Patentansprüchen 1 Blatt Zeichnung

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BERLIN: TELEFON (03O) 8312O88 KABEL: PROPINDÜS · TELEX O1 84O57 MÜNCHEN: TELEFON (08Θ) 335585
KABEL: PROPINDUS · TELEX Ο53424Φ

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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf drehmomentaufteilende Zahnradantriebe und beschäftigt sich insbesondere mit einer verbesserten Einrichtung bei einem solchen Antrieb, um ein drehmoraentverteilendes Getriebeelement vorzusehen und zu lagern, das in axialer Richtung entlang seiner Drehachse verschiebbar ist, urn seine 3reh~io:nentverteilungsfunktion auszuüben.

Drehmomentaufteilende Zahnradantriebe können für verschiedene Zwecke verwendet werden; sie sind jedoch besonders in den Fällen von Nutzen, wo es erwünscht ist, mittels Zahnräder hohe Kraftpegel zwischen zwei drehbaren Wellen zu übertragen. Ein derartiger Wunsch kann beispielsweise entstehen, wenn es erforderlich ist, die Drehgeschwindigkeit von einer Welle zur anderen zu verändern oder eine Richtungsänderung dort unterzubringen, wo eine Welle in einem Winkel zur anderen liegt. Wie es um große Kraftbeträge geht, müssen die Zahnräder von herkömmlichen Zahnradantrieben verhältnismäßig groß sein, um ein überschreiten ihrer oberen Leistungsgrenzen zu vermeiden. Bei einem drehmomentaufteilenden Zahnradantrieb wird jedoch das übertragene Drehmoment über zwei parallele Bahnen wirksam kanalisiert, von denen jede ungefähr die Hälfte der Gesamtleistung trägt; dadurch wird eine 'Größen- und Gewichtsminderung bei den einzelnen Zahnrädern ermöglicht. Beispiele von früher vorgeschlagenen drehiuomentaufteilenden Antrieben derjenigen Art, zu der die vorliegende Erfindung allgemein gehört, sind in den US-PS'en 1 040 443., 1 514 522, 2 982 144, 3 259 100 und 3 871 248 gezeigt.

Ein wesentliches Element von drehraomentaufteilenden Antrieben, wie sie durch die vorerwähnten US-PS'en gezeigt sind, ist ein Drehmomentverteilungselement, das zwei Zahnräder trägt, die

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jeweils mit zwei .weiteren Zahnrädern kämmen, welche jeweils zu einer getrennten der beiden parallelen Bahnen gehören, und" das sich unter dem Einfluß von Kräften, die diesem durch die "raix denselben kämmenden Zahnräder auferlegt werden, auf.irgendeine Weise verschiebt oder verbiegt, um. das an diese Zahnräder angelegte Drehmoment auszubalancieren. Dies macht wiederum erforderlich, daß das Drehmomentve.rteilungselement derart gelagert wird, da3 es in der Lage. ist ₄~ sich; genau und in kleinen Beträgen, wie dies zum Ausüben seiner: Drehmomentverteilungsfunktion notwendig ist, zu yerschieben..oder zu verbiegen, während es des weiteren zur.- gleichen Zeit die ganze an den Antrieb angelegte Kraft überträgt.

/Es ist daher die technische Aufgabe der vorliegenden Erfindung,, einen drehmomentaufteilenden. Zahnradantrieb mit einem Drehmomentverteilungselement zu schaffen, das derart gelagert wird;, daß es eine verbesserte, automatische und genaue Lastenteilung zwischen den beiden parallelen Bahnen bewirkt, wobei der Antrieb leicht montierbar ist, keine äußerst genaue Lagefeststellung oder Starrheit der das Drehmomentverteilungselement tragenden Welle erforderlich macht und bei dem das Drehmomentverteilungselement gegen eine Verschiebung aus seiner" normalen Drehachse durch auf dasselbe während des Betriebs auferlegte Kräfte gut gesichert ist. .."■""■-■ .

Zur Lösung dieser Aufgabe dient die im Hauptanspruch angegebene .Erfindung. In Übereinstimmung mit der Erfindung ist das Drehmomentverteilungselement ein Körper, der von einer der Wellen des Antriebs getragen wird und zwei Zahn-

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räder vorsieht, die mit zwei dazwischenliegenden Zahnrädern kämmen, welche jeweils an einer von zwei anderen Wellen befestigt sind, die Teile der beiden parallelen Bahnen bilden, über die die an den Antrieb angelegte Kraft kanalisiert wird. Ein von dem Rahmen oder Gehäuse des Antriebs getragenes Lager umgibt und greift das Drehoraentverteilungselement-entlang eines axialen Abschnitts desselben an, um es zwecks Drehung relativ zum Rahmen drehbar zu lagern und es zu ermöglichen, sich relativ zum Rahmen in Ausübung seiner Drehmomentaufteilungsfunktion axial zu bewegen.

Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen, angegeben.

In der Zeichnung ist der Gegenstand der Erfindung beispielsweise dargestellt. Die einzige Figur zeigt einen Schnitt durch einen die Erfindung verkörpernden drehmomentaufteilenden Zahnradantrieb, der auf einer die Achsen der drei Wellen des Antriebs enthaltenden Ebene ausgeführt wurde.

Wie aus der Zeichnung hervorgeht, weist der dargestellte drehmomentaufteilende Zahnradantrieb einen Rahmen oder ein Gehäuse auf, der bzw. das allgemein mit 2 bezeichnet ist und aus einem unteren Teil 3, einem Zwischenteil 4 und einem oberen Teil 5 besteht, die durch eine Vielzahl von Befestigungsmitteln wie den mit 6, 6 bezeichneten zusammengehalten werden. Der Antrieb hat eine erste Welle 8, eine zweite Welle 10 und eine dritte Welle 12, die jeweils zwecks Drehung relativ zum Rahmen 2 um eine zugehörige Achse, drehbar gelagert sind, die mit Bezug auf den Rahmen festgelegt

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ist. Eine solche Lagerung für die Welle 8 wird durch die Lager I¹I, I¹A geschaffen, die diese Welle zwecks Drehung um eine zugehörige erste Achse Io lagern. Die Lager 18 und 20 lagern die zweite Welle 10 zwecks Drehung um eine zugehörige zweite Achse 22, und die Lager 2 U und 26 lagern die dritte "/.'eile 12 zwecks Drehung um eine zugehörige dritte Achse 23. -

Die "Antriebswelle kann entweder die erste Welle 8 oder die dritte. Welle 12 sein, während die Abtriebswelle die verbleibende ist; für die vorliegende Beschreibung wird jedoch angenommen, daß die Welle 8 die Antriebswelle und die Welle die Abtriebswelle ist. Daher wird bei Verwendung des Antriebs die. Welle 8 an einen Verbrennungsmotor oder irgendeine andere .-Antriebsmaschine antreibend angeschlossen, und die Welle wird an eine kraftaufnehmende Vorrichtung oder Last angeschlossen. . Um die Antriebswelle 8 an ein kraftabgebendes Drehelement anschließen zu können, weist diese an ihrem rechten Ende eine Reihe von Federn 30 für Keilnuten oder andere geeignete Befestigungsmittel auf. Zum Anschließen der Abtriebswelle 12 an ein kraftaufnehmendes Abtriebsdrehelement, das mit der Last verbunden ist, weist diese Welle ebenfalls eine Reihe von Federn 32 für Keilnuten oder andere geeignete Befestigungsmittel auf. Das linke Ende der Antriebswelle 8 erstreckt sich über das Gehäuse oder den Rahmen 2 hinaus und kann, falls erwünscht, zum Antreiben irgendeines anderen Zusatzgeräts oder einer Last geeignet sein, welche möglicherweise eine weitere Drehmomentaufspalteinrichtung einschließen kann, die der dargestellten ähnlich ist.

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An der Antriebs- oder ersten Welle 8 ist ein Drehmomentverteilungselement 34 angebracht j das zwei Spiralkegelräder 36 und 38"besitzt, die mit zwei dazwischenliegenden Spiralkegelrädern 40 und 42 kämmen, welche jeweils an der Welle 10 und der Welle 12 befestigt sind. Das Element 34 ist mit ier Welle 3 über mit 44 bezeichnete ineinandergreifende Federn und Keilnuten auf dem Element und auf der Welle verbunden, die das Element dazu zwingen, sich mit der Welle zu drehen, während sie es ihm gestatten, sich auf der Welle in axialer ■ Richtung zu bewegen oder zu gleiten.

Wenn die Antriebswelle 8 gedreht wird, treibt das Drehmoment-Verteilungselement 34 beide dazwischenliegende Zahnräder 40 und 42 gleichzeitig an. Das Kämmen der Zahnräder 36 und 40 entwickelt am Kämmpunkt eine Trennkraft, und eine Komponente dieser Kraft, die parallel zur Achse l6 der Welle 8 verläuft und proportional dem zwischen den beiden Zahnrädern übertragenen Drehmoment ist, wird dem Element 34 auferlegt, um es auf die rechte Seite'in der Figur zu drängen. Auf die gleiche Weise ruft das Kämmen der beiden Zahnräder 38 und 42 eine ähnliche Kraftkomponente hervor,die proportional dem zwischen den Zahnrädern 38 und 42 übertragenen Drehmoment ist und dem Element 34 auferlegt werden soll, wodurch es dann auf die linke Seite in der Figur gedrängt wird. Durch die Bewegung des Elements 34 von rechts nach links wird das Zahnrad 40 veranlaßt, seinen Anteil des gesamten Drehmoments zu erhöhen, und das Zahnrad 42 dazu gebracht, seinen Anteil des gesamten Drehmoments zu vermindern. Auf ähnliche Weise wird durch die Bewegung des Elements 34 von links nach rechts das Zahnrad veranlaßt, seinen Anteil des gesamten Drehmoments zu erhöhen, und das Zahnrad 40 dazu gebracht, seinen Anteil des gesamten

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Drehmoments zu vermindern. Das Reinergebnis besteht darin, daß die beiden wechselseitig "entgegengesetzten, axial gerichteten Komponenten der Trennkräfte,- die an das Element 34 angelegt, werden, dieses Element in eine Stellung von ausbalancierter Kraft treiben, woraus sich eine automatische und genaue Aufspaltung des Drehmoments und der übertragenen Kraft zwischen den beiden Zahnrädern 40 und 42 ergibt.

Die. Welle-..1Q stellt die eine und die Welle 12 die andere von zwei parallelen Bahnen dar, über die das aufgespaltene oder geteilte Drehmoment und die Kraft kanalisiert werden. ^; Beide Wellen sind ihrerseits durch ein Getriebe antreibend miteinander verbunden, das sie zwingt, sich gemeinsam zu drehen und ein Zusammenlegen der aufgespaltenen oder geteilten Kraft und ein Kanalisieren derselben in die Abtriebswelle 12 zu bewirken. Dieses Getriebe besteht im dargestellten Fall aus einem an der Welle 10 befestigten Zahnrad 46 und einem ähnlichen Zahnrad 48, das an der Welle 12 befestigt ist und mit dem Zahnrad. 46 kämmt.

Die beiden Zahnräder 36 und 38 des Drehmomentverteilungselements 34 können getrennte, auf geeignete Weise am verbleibenden Teil: des Elements 34 befestigte Einheiten sein; vorzugsweise ist das Element 34 jedoch ein einstückiger Körper, mit dem die Zahnräder 3.6 und 38 ebenfalls einstückig ausgebildet. sind. :. . '".

In -Übereinstimmung mit der Erfindung ist das Drehmomentverteilungselement 34 selbst zwecks Drehung relativ zum Rahmen oder 'Gehäuse um die erste Achse 16, abgesehen von der Einrichtung, die seine zugehörige Welle 8 drehbar lagert, getrennt lagert. Wie ersichtlich, weist diese Einrichtung ein Lager

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mit einem verhältnismäßig großen Durchmesser auf, das das Element 34 umgibt und angreift derart, daß es zu einer Drehung um die Achse 16 gezwungen wird, während es ihm nichtsdestoweniger erlaubt wird, sich in axialer Richtung frei zu bewegen. Das Lager 50 kann zwar von unterschiedlicher Art und Gestalt sein, ist jedoch vorzugsweise, wie gezeigt, ein Rollenlager mit einem äu3eren Laufring 52,. der am Rahmen 2 befestigt und gelagert ist, und mit einer Anzahl von genau zylindrischen Rollen 54, 54. Diese Rollen stehen mit einem genau zylindrischen äußeren Laufring 56 in Eingriff, der unmittelbar auf den Element 34 ausgebildet ist. Weiterhin befinden sich die beiden Zahnräder 36 und 38 an den gegenüberliegenden axialen Enden des Elements 34 und sind im Axialabstand voneinander angeordnet, um einen Zwischenabschnitt des Elements 34 zu schaffen, auf dem die Lauffläche 56 gebildet wird. Die Lauffläche ist überdies die Fläche des größten Durchmessers des Elements 34, was ein leichtes Montieren des Lagers 50 mit dem Element gestattet.

Aus den vorstehenden Ausführungen und aus der Zeichnung wird klar, daß das Lager 50 das Drehmomentverteilungselement 34 zwecks Drehung um' die Achse 16 sicher trägt und einer Biegung des Elements von dieser Drehachse weg, wie dies durch radial gerichtete Komponenten von dem Element durch die Zahnräder und 42 auferlegten Trennkräften bewirkt wird, einen unnachgiebigen Widerstand entgegensetzt. Auch wegen des getrennten, das Element 34 tragenden Lagers werden die ineinandergreifenden Federn und Muten 44 des Elements 34 und die Welle 8 ^: radialer Belastungen enthoben, wodurch die Freiheit des Elements 34 erhöht wird, sich axial zu verschieben, wie dies zur Ausübung

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seiner Drehmomentaufspaltfunktion erforderlich ist. Hinzu könnt, daß das getrennte Lager für das Element 34 mehr Toleranz bei- der Positionierung der Welle 8 gewährt und die Belastungen mindert, die die Lager für diese Welle sons: tragen müßten.

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Leerseife

Claims

. P./a-t e η. t a η s -p r.;ü- c h e

f ' ■'' ' ' ■ ' -■"--■"."■ " ■ "' " ■ . - -■ ■ .'-Iw Dre^.nioir.er.^aufteilender Zahnradantrie"b mit einem Sahnen,

einer ersten, eineT zweiten und einer'dritten Welle, - die:zwecks/Drehung relativ zum Rahmen jeweils um eine erste, eine zweite und eine dritte Achse gelagert - sind, einem.ersten und einem zweiten Zahnrad, die von. der ersten Welle getragen und gemeinsam-entlang der ersten Achse bewegbar sind, zwei dazwischenliegenden Zahnrädern, die jeweils an der zweiten und der dritten Welle befestigt -._-:■ .sind und. jeweils mit dem ersten und dem zweiten Zahnrad . ." kämmen, und einem weiteren Getriebe, das die zweite und

die dritte 7JeIIe antreibend verbindet und die zweite und '.-. ' - -die dritte Welle dazu zwingt, sich gemeinsam -zvr drehen, "'■"-... da du r c Ii \g eic en η ze i c .h η e t, daß sowohl .; -.-'■'■' das ecs;te -(36) als auch das zweite Zahnrad. (38-) Teil -eines -""".-"--DrZehtnonientVerfeilungselements- ί3^) sind, das von der ... ' erst&n Welle -(3)- getragen, aber getrennt von dieser ist,

daß _: ,dieses Element (34) mit der ersten Welle (36) ' verbindende Einrichtungen (44) vorgesehen sind, wodurch es gezwungen ist, sich mit der ersten Welle zu drehen, /aber sich frei relativ zu ihr axial bewegen kann, und .. ein Lager (50) angeordnet ist, das aus. Rahmen (2) gelagert

ist und das. Element (3/4) entlang eines axialen Abschnitts .desselben umgibt und angreift, um es zwecks Drehung um die ^: erste.. Achse (Id-) relativ zum Rahmen drehbar zu lagern und zu gestatten,, sich relativ zum Rahmen und zur ersten Welle (3): axial ".-zu "bewegen.

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2. Drehmoaentauftellender Zahnradantrieb nach Anspruch 1,

d a d u "r -c h ' g e" k e: η ti ζ e 1 c α -η et, .daß das "Dre-hmomentverteiltir.gserenient -(3¹O eine zzylindrisGhe äußere Lauffläche-{5ο) -aufweist-, die eänen Lau.fring für das Lager ("50) schafft"... :
3. Drehmosenraufteilender Zahnradantrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Lager (50) ein Rollenlager ist, das mit der Lauffläche (5b) des Drehmomentverteilungselements (3^) in Eingriff stehende Rollen (5Ό aufweist.
4. Drehmomentaufteilender Zahnradantrieb nach. Anspruch 2, dad. urcii gekennzeichnet,, daß das Drehmomentverteilungselement (3¹O ein einstückiger Körper

.-- .ist-, wobei das erste' und das zweite Zahnrad {3ß_r38) und die ■ "■' "Lauffläche "(56) sämtlich Teil dieses einstückigen.. Körpers sind". "- """ '." --"" .""'■■-" '". . '."-.-'. --■...-.-■- . -..
5-· Drehmomentaufteilender Zahnradantrieb nach Anspruch 2,

d. a d u r c h. "g e k e η η ζ e i c h η e t, daß die Lauffläche (56) eine genaufeylindrische Fläche und das Lager ein Rollenlager mit genau zylindrischen Rollen (5^) ist, die mit der Lauffläche in Eingriff stehen, wodurch die Rollen das Drehmomentverteilungselement (3¹O auf .eine Drehung um die erste Achse (16) beschränken, während es dem Drehmomentverteilungselement ermöglicht ist, sich axial zur ersten Achse zu bewegen.

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6. D-rehmomentaufteilender Zahnradantrieb nach Anspruch.I₅ d a - d ur ch | e. k e η η ζ .e i c h η e t, daß das erste ('36)und das zweite- Zahnrad (33) des Drehmomentverteilungselements (34) entlang der ersten Achse (16) . im Abstand voneinander angeordnet sind und daß das Lager (50) das Element-entlang eines Abschnitts desselben, der sich axial zwischen dem ersten und dem zweiten Zahn-rad befindet j-angreift.-
7- Drehmomentaufteilender Zahnradantrieb nach-Anspruch 6, dadurch. gekennzeichnet, daß das Drehmomentverteilungselement (34) eine zylindrische äußere Lauffläche (5-6)· aufweist, die sich in axialer Richtung zwischen dem ersten und dem zweiten Zahnrad (36,38) befindet und eine: Laufbahn für das Lager (50) schafft.
8. Drehmomentaufteilender Zahnradantrieb nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Laufbahn (56) einen- Durchmesser aufweist, der der maximale Durchmesser des Drehmomentverteilungselements (34) ist. '
9. Drehmomentaufteilender Zahnradantrieb nach Anspruch 1, da d u r c h g e k e η η ze i c h η e t, daß das weitere.Getriebe zwei weitere Zanräder (46,48) enthält, die jeweils an der zweiten (10) und der dritten Welle (12)

.-. befestigt sind und die miteinander kämmen, um die zweite und die dritte Welle dazu zu zwingen, sieh gemeinsam zu drehen.

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10. Drehnonentaufteilender Zahnradantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, da5 die das Element (3*0 mit der ersten Welle (3) verbindende Einrichtung aus ineinandergreifenden Feiern und 'iuten (^4) auf der ersten Welle und auf der. Element besteht.

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