DE3022020C2 - Axiale Kraftübertragungs-Einrichtung für ein Stirnradgetriebe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine axiale Kraftübertragungs-Einrichtung für ein Stirnradgetriebe nach dem Oberbegriff des Anspruches 1. Solche Getriebe sind bekannt aus den folgenden Literaturstellen:

1. Dubbel, »Taschenbuch für den Maschinenbau« 1. Band, 1953, Seite 681, Bild 239.

2. Zeitschrift »KEM« (Konstruktion, Elemente, Methoden), 1977, Juni S 1, Seite 66, linke Spalte unten.

3. DE-AS 12 15 463.

4. DE-AS 12 27 749.

5. Dudley/Winter »Zahnräder« Seite 539,1961.

6. DE-PS 4 01 652.

Die bekannten Getriebe weisen einen Druckring oder zwei Druckringe auf (auch »Druckkamm« genannt), die neben dem kleineren Zahnrad auf der Zahnradwelle befestigt sind. Die Zahnräder können eine Geradverzahnung oder eine Einfach-Schrägverzahnung aufweisen. Mit Hilfe des Druckringes bzw. der Druckringe kann eine Axialkraft von dem einen auf das andere Zahnrad übertragen werden. Insbesondere kann die in einer Einfach-Schrägverzahnung entstehende Axialkraft kompensiert werden.

Im allgemeinen muß man damit rechnen, daß auch Axialkräfte von außen auf die An- oder Abtriebswelle einwirken. Diese können die in der Schrägverzahnung entstehenden Kräfte übersteigen bzw. diese je nach Wirkungsrichtung noch steigern. Deshalb ist es zumeist erforderlich, zwei Druckringe für Axialkräfte in beiden Richtungen vorzusehen. Schwierigkeiten bereitet vor allem das Sichern der Druckringe gegen axiales Verschieben unter Axialkraft Dazu sind in der Regel besondere Sicherungsringe erforderlich. Der Platzbedarf für die Druckringe vergrößert sich dadurch, und somit vergrößert sich auch der Abstand zwischen den Lagern derjenigen Welle, welche die Druckringe trägt Eine seit langem bekannte Ausführung eines Zahnrades mit Druckring zeigt die DE-PS 4 01 652. In Figur 2 ist ein seitlich des Zahnrades angeordneter Dixokring für Axialkraftaufnahme in beiden Lastrichtungen to dargestellt Es ist zu erkennen, daß ein externer Druckring, auch wenn er, wie in Figur 1 dargestellt nur einseitig wirken soll, zu einer erheblichen Vergrößerung des axialen Lagerabstanües führt Die die Druckringe tragende Welle wird auf diese Weise torsions- und is biegeweich und ist möglicherweise einer unzulässigen Durchbiegung unterworfen, so daß unter Umständen die biegekritische Drehzahl nahe an die Betriebsdrehzahl herankommt In der Praxis wird man in solchen Fällen gezwungen sein, zur Vermeidung der genannten Nachteile ein größeres Getriebe vorzusehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannten Getriebe, deren Druckring von außen eingeleitete Axialkräfte übertragen soll, dahingehend zu verbessern, daß an der mit einem Druckring versehenen Zahnradwelle ein möglichst geringer Abstand zwischen den Lagern vorgesehen werden kann, und daß demnach eine ausreichende Sicherung gegen axiales Verschieben des Druckringes vorhanden ist

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebene Kraftübertragungseinrichtung gelöst Durch die Erfindung wird, auch wenn Axialkräfte in beiden Richtungen auftreten, nur ein einziger Druckring benötigt Der Druckring wird nämlich im mittleren Bereich des einen Zahnrades in einer Umfangsnut angeordnet Dadurch stützt sich der Druckring unter der Axialkraft seitlich an die Umfangsnut ab, die von den vollständig bleibenden Zähnen begrenzt wird. Die Axialkraft kann somit vollständig formschlüssig übertragen werden. Zusätzliche Sicherungsringe können entfallen, so daß kein zusätzlicher axialer Bauraum beansprucht wird. Darüber hinaus kann der Druckring schmaler gebaut werden als bei bekannten Getrieben. Insgesamt kann durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Lagerabstand verkleinert werden. Diese Maßnahme erfüllt demnach auch die in Druckschrift 5 gestellte Forderung, wonach der Abstand zwischen den Radiallagern und dem Ritzel auf der schnellaufenden Welle möglichst klein gehalten werden soll. Ferner erstreckt sich die Umfangsnut zur Aufnahme des

so Druckringes nur auf einen Teil der Zahnhöhe, wodurch der Einfluß auf die Durchbiegung der Welle vermindert ist.

Vorzugsweise wird man den Druckring in dei Mitte zwischen den Lagern anordnen. Dadurch erzielt man den Vorteil, daß sich der Druckring, wenn sich die Zahnradwelle durchbiegt, nicht schief stellt Hierdurch bleibt im Gegensatz zu den bekannten Lösungen die Geometrie des Eingriffes zwischen dem Druckring und dem anderen Zahnrad unverändert. Es wird Kantenpressung vermieden und die Gefahr von Verschleiß vermindert.

Bekannt ist ein Getriebe mit zentral angeordnetem Druckring aus der DE-AS 12 15 463. Dort befindet sich ein Ritzel mit Druckring im Eingriff zwischen zwei sich diametral gegenüberstehenden Rädern. Dem Druckring kommt dabei die Aufgabe zu, die in der Schrägverzahnung entstehenden Axialkräfte zu übernehmen. Wie aus Figur 1 ersichtlich ist, kann die mit dem Ritzel

verbundene Doppelzahnkupplung eine Axialkraft weder von außen her in das Getriebe einleiten, noch eine solche vom Getriebe, cLb. dem Ritzel, ausgehende Axialkraft aufnehmen und/oder weiterleiten auf die benachbarten Lager. Die in der Verzahnung zwischen dem Ritzel und den beiden Rädern entwickelte Axialkraft führt demnach zunächst zu einer axialen Verschiebung des Ritzels, soweit es das Axialspiel des Druckringes in der Führungsnut im Gegenrad ermöglicht Die Abstützung der Kraft erfolgt dann von der flachen Nut in der Ritzelwelle auf die schräge Flanke des Druckringes und auf die gegenüberliegenden Flanken zwischen Druckring und Gegenrad. Es besteht dadurch ein inneres Kräftegleichgewicht zwischen Ritzel, Druckring und den Gegenrädern. Der Druckring hat also in erster Linie die Aufgabe, das Ritzel zu führen und in Eingriffslage zu halten. Der Druckring kann dort keine äußeren Axialkräfte aufnehmen.

Demgegenüber kommt dem erfindungsgemäßen Druckring die Aufgabe zu, von außen in das Getriebe eingeleiieten Axialkräfte aufzunehmen und weiterzuleiten. Vorzugsweise wird man nämlich die Axia'kraft von einem auf der langsam laufenden Welle angeordneten Axiallager in das Gehäuse leiten. Dadurch wird die entwickelte Verlustreibungsleistung geringer als bei Abstützung über ein Lager auf der schnell rotierenden Welle.

Anspruch 2 befaßt sich mit der Befestigung des Druckringes auf dem Ritzel zur sicheren Übertragung axialer Kräfte. Bekannt ist eine solche Befestigung aus der DE-AS 12 27 749. Dort ist ein Zahnrad mit Innenverzahnung auf ein Ritzel montiert, wobei das Zahnrad auf das Ritzel geschoben werden kann bis zu einer Ausdrehung, in der es um eine halbe Zahnteilung verdreht werden kann, damit die Zahnstümpfe des Zahnrades auf denen des Ritzels zum Tragen kommen. Dort sind ferner zur sicheren Drehmomentübertragung die sich ergebenden etwa doppeltrapezförmigen Zwischenräume in der Verzahnung zwischen Ritzel und aufmontiertni Rad mit Formstücken oder einem Ausguß ausgefüllt, damit keine Verdrehung unter Drehmoment stattfindet. Der Druckring der vorliegenden Erfindung ist jedoch aufgeschrumpft, so daß die Zahnstümpfe des Druckringes spielfrei auf denen des Ritzels in der Umfangsnut ruhen. Eine Drehmomentbeanspruchung tritt nur durch Reibung des Druckringes an den entsprechenden Berührungsflächen des Rades auf und kann vernachlässigt werden.

In Anspruch 3 ist eine vorteilhafte Ausgestaltung der Umfangsnutz im Ritze! angegeben. Durch kegelige Berührungsflächen zwischen Druckring und Ritzel wird ein Wandern des Druckringes in Achsrichtung innerhalb der Umfangsnut bei einem Wechsel der Axialkraftrichtung vermieden. Der Druckring zentriert sich bei Abkühlung auf den kegeligen Übertragungsflächen in einer Lage, die spielfreie Axialkraftübertragung ermöglicht.

Durch die Erfindung werden noch weitere Vorteile wie folgt gewonnen: Die Anordnung des Druckringes im mittleren Bereich des einen Zahnrades ist auch dann möglich, wenn das Zahnrad einteilig ausgeführt ist. Das heißt, es ist nicht erforderlich, einen zunächst separaten Zahnkranz auf den Zahnradkörper aufzuschrumpfen. Somit ist die Erfindung auch anwendbar bei Ritzeln mit sehr kleinen Zähnezahlen, bei denen der Fußkreisdurchmesser oft nur geringfügig größer als der Wellendurchmesser ist.

Die erfindungsgemäße Bauweise ist ferner, im Vergleich zu den bekannten Getrieben, unempfindlicher gegen Fertigungsungenauigkeiten oder gegen Änderungen der Axialkräfte.

Ein weiterer Vorteil ergibt sich aus der Unterbrechung der Zahnflanken durch die Umfangsnuten: Hierdurch wird die thermische Belastung des Schmieröles im Zahneingriff gemindert.

Die durch die Erfindung mögliche Verringerung des Lagerabstandes und der Durchbiegung der mit Druckring ausgestatteten Welle sowie die selbst bei Durchbiegung unveränderte Eingriffsgeometrie schlagen sich in reduzierten dynamischen Zusatzkräften nieder, die es erlauben, höhere Umfangsgeschwindigkeiten und damit höhere Leistungsübertragung des Getriebes zuzulassen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben. Darin zeigt

F i g. 1 die beiden Zahnräder eines Stirnradgetriebes, teils in Ansicht, teils im Schnitt;

Fig.2a einen Querschnitt entlang der Linie II der F i g. 1 beim Einführen des Druckrinj,^;

Fig.2b einen Querschnitt entlang du- Linie ti der F i g. 1 mit fertig montiertem Druckring;
F i g. 3 einen Teilschnitt durch eine andere Ausführungsform der Erfindung.

Die l·' i g. 2a und 2b weisen einen gegenüber der F i g. 1 größeren Maßstab auf.

In Fig. 1 erkennt man von einem Stirnradgetriebe zwei miteinander kämmende Zahnräder 10 und 20. Das eine Zahnrad 10, das sogenannte Ritzel, ist einteilig ausgeführt und weist einen kleineren Wälzkreisdurchmesser auf als das andere Zahnrad, das sogenannte Großrad 20. Die Welle 11 des Ritzels 10 ist in Lagern 12 gelagert, desgleichen die Welle 21 des Zahnrades 20 in Lagern 22 und 23.

In der Mitte des Ritzels 10 ist ein Druckring 13 angeordnet. Dieser greift in eine entsprechende Umfangsnut 24 des Zahnrades 20 ein. Die Seitenflächen des Druckringes 13, die sogenannten Anlauffläci.en 14, sind Kegelflächen mit einem sehr großen Kegelwinkel, der nur wenig kleiner als 180 Grad ist. Mit einer dieser Anlaufflächen 14 kann sich das Ritzel 10 in Achsrichtung gegen das Zahnrad 20 abstützen. Dessen Umfangsnut 24 hat zu diesem Zweck entsprechende kegelige Seitenflächen (Anlaufflächen 25).

Zur Aufnahme des Druckringes 13 in der Verzahnung des Ritzels 10 weist dieses eine Umfangnut 15 auf. Deren Tiefe / ist kleiner als die Zahnhöhe h. Vorzugsweise ist die Tiefe t etwa gleich der Hälfte der

so Zahnhöhe h. Die Breite der Umfangsnut 15 ist nur geringfügig größer als die Dicke des Druckringes 13. Im Bereich der Umfangnut 15 bleiben von den Zähnen des Ritzels 10 sogenannte Zühnstümpfe 16 übrig.

De.· Druckring 13 weist auf seiner Innenseite Zähne 17 auf. Deren Kopfkreisdurchmesser ist gleich dem Kopfkreisdurchmesser der Zahnstümpfe 16. Zum Einführen des Druckringes 13 in die Umfangsnut 15 führt man gemäß F i g. 2a die Zähne 17 des Druckringes durch die Zahnlücken des Ritzels 10. Wenn der Druckring 13 in der Ringnut 15 angekommen ist, wird er um eine halbe Zahnteilung gegenüber dem Ritzel 10 verdreht, so daß schließlich die Zähne 17 duf den Zahnstümpfen 16 ruhen (F i g. 2b).

Die Befestigung des Druckringes 13 in dieser Position erfolgt vorzugsweise durch Schrumpfen. Wie man aus der Zeichnung erkennt, weisen das Ritzel 10 und der Druckring 13 beispielsweise die gleiche Zähnezahl auf. Ferner ist die Breite der Kopfflächen der Zahnstümpfe

16 und der Zähne 17 wenigstens angenähert gleich groß. Von diesen Merkmalen kann jedoch auch abgewichen werden. Die Zähne 17 können vorzugsweise ebene Zahnflanken aufweisen. Diese Zahnflanken können jedoch auch die Form einer Evolvente haben, wie bei 18 (Fig. 2a) mit strichpunktierten Linien angedeutet ist.

Zur Sicherung des Druckringes 13 gegen Verdrehen kann ein Bolzen 30 vorgesehen werden (F i g. 2b), der in eine der Zahnlücken zwischen zwei Zahnstümpfe 16 hineinragt. Oder man füllt einen der Hohlräume, die sich to zwischen den Zahnstümpfen 16 und den Zähnen 17 befinden, mit einem aushärtenden Kunststoff aus, was bei 40 (Fig. 2b) mit strichpunktierter Schraffur angedeutet ist.

Die Zahnräder 10 und 20 können eine Geradverzahnung oder eine Einfach-Schrägverzahnung (19 bzw. 29) aufweisen.

Dementsprechend ist auch die Innenverzahnung 17 des Druckringes 13 eine Geradverzahnung oder eine Schrägverzahnung.

Während in Fig. i die Umfangsnut 15 einen rechteckigen Querschnitt aufweist und der Druckring 13 deshalb auf dem Nutgrund bzw. auf den Zahnköpfen der Zahnstümpfe 16 ruht, zeigt die Fig. 3 ein hiervon abweichendes Ausführungsbeispiel: Zwischen dem Nutgrund der Umfangsnut 15a des Zahnrades 10a und ihren (etwa in Radialebenen liegenden) Seitenwänden

32 befinden sich Übergänge, die durch kegelige Flächen

33 gebildet werden. Auf diesen Kegelflächen 33 ruht der Druckring 13a, der hierzu an seinen Zähnen 17 entsprechende Kegelflächen 31 aufweist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Axisle Kraftübertragungs-Einrichtung für ein Stirnradgetriebe, bei dem auf einem der Zahnräder ein Ring zur Aufnahme von Axialkräften befestigt ist, wobei das mit dem Ring ausgestattete Zahnrad ungefähr in dessen Mitte eine Umfangsnut aufweist, deren Tiefe kleiner ist als die Zahnhöhe, so daß im Bereich der Nut Zahnstümpfe verbleiben, auf die der Ring geschrumpft ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring als Drudering zur Übertragung von äußeren Axialkräften ausgebildet ist und daß das Stirnradgetriebe nur aus zwei miteinander kämmenden Zahnrädern (10,20) besteht und daß wenigstens das antriebsseitige Zahnrad (10) auf zwei beidseitig in einem Getriebegehäuse und symmetrisch angeordneten Lagern (12,22,23) gelagert ist.

2. Axiale Kraftübertragungs-Einrichtung für \iin Stirnradgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckring (13, Vt-s) eine Innenverzahnung aufweist, mit der er entlang den Zähnen des Zahnrades (10) in die Umfangsnut (15, i5a) eingeführt wird, wo er, um eine halbe Zahnteilung verdreht festgelegt wird, se daß die Innenverzahnung des Druckringes (13,13a^ auf den Zahnstümpfen (16,17) sitzt

3. Axiale Kraftübertragungs-Einrichtung für ein Stirnradgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umfangsnut {\Sa) kegelige Obergänge (?3) zu beiden Seitenflächen (32) aufweist, auf denen der Druckring (t3a) mit entsprechenden kegeligen Flächen (31) ruht