DE303704C - In Zylinderabschnitte unterteiltes Zahnrad - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

Bei Zahnradgetrieben für außerordentlich große Leistungen muß die Zahnbreite, selbst wenn sie wie bei Pfeilrädern unterteilt wird, sehr beträchtliche Abmessungen erhalten. Kleinste, an und für sich kaum meßbare und selbst mit den besten Herstellungsverfahren nicht vermeidbare Fehler in Form, Teilung und Parallelstellung der Zähne sowie der Radachsen können sich aber bei der bedeutenden Zahnbreite in erhöhtem Maße geltend machen. Betrachtet man die Bedingungen für einen tadellosen Eingriff sowie für eine gleichmäßige Schmierung über die ganze Zahnbreite an Hand bestimmter, tatsächlichen Verhältnissen entsprechender Zahlen, so zeigt sich, daß Unregelmäßigkeiten in der Bemessung der Zähne, wie sie auch bei sorgfältigster Bearbeitung nicht zu vermeiden sind, infolge der großen Zahnbreite sogar die Gefahr einer einseitigen Überlastung der Zähne und dadurch bedingter vorzeitiger Abnutzung mit stellenweisem Anfressen derselben zur Folge haben können. Schon geringe Temperaturunterschiede zwischen Ritzel und Rad, wie sie infolge der wesentlieh verschiedenen Bedingungen für die Erzeugung und Ableitung von Wärme bei beiden leicht eintreten, können genügen, um eine solche Gefahr herbeizuführen. Nimmt man beispielsweise ein Ritzel mit einer Zahnbreite von 6oo mm, das sechs- bis siebenmal mehr Umdrehungen macht als das zugehörige Rad, ein Fall, wie er bei Schiffsturbinenanlagen vorkommen kann, so wird es nach längerem Betriebe leicht der Fall sein können, daß das Ritzel eine um io° höhere Temperatur aufweist als das Rad. Diese Temperaturdifferenz zwischen Ritzel und Rad bewirkt eine Vergrößerung der Zahnteilung des Ritzels. Bei einer Zahnbreite von 6oo mm werden infolgedessen die Zähne der beiden Räder, wenn sie auf der einen Seite aneinander anliegen, auf der andern Seite der Zahnbreite um etwa sechs Hundertstel Millimeter voneinander abstehen, so daß nur ein Bruchteil der Zahnbreite für die Kraftübertragung herangezogen wird, welcher um so kleiner wird, je mehr die Belastung wächst. Dies führt durch Überlastung des Materials zu Betriebsstörungen. In ähnlicher Weise wirken schädliche Teilungsfehler, welche von der Torsion oder von Ungenauigkeiten in der Herstellung herrühren.

Man hat auch bereits vorgeschlagen, benachbarte Abschnitte eines Rades durch bewegliche Elemente miteinander und die so gebildeten Gruppen von Radabschnitten wiederum unter sich durch bewegliche Elemente miteinander zu verbinden, so daß die in Richtung des Radumfanges zwischen den Elementen bzw. zwischen den Gruppen auftretenden Unterschiede im Zahndruck sich ausgleichen können. Ganz abgesehen von der Unzulänglichkeit dieser Bauart an und für sich für die Übertragung großer Leistung haftet derselben schon im Prinzip eine Unzulänglichkeit insofern an, als hier die von den einzelnen Rädern ausgehende Kraft erst mit Hilfe der zwischen diesen und ihren Gruppen angebrachten Elemente vereinigt und dann

als Gesamtkraft an einem einzigen Punkt vereinigt auf die Welle übertragen wird. Der Druckausgleich findet also außerhalb der Welle in dem System der Verbindungselemente statt. Vorliegende Erfindung ermöglicht durch unmittelbare Abstützung gegen den Wellenkeil .den Zahndruckausgleich jedes Radabschnittes mittels eines Sprengwerkes zu erreichen und dadurch die Welle selbst zur Überleitung des

ίο Druckausgleichs heranzuziehen und mit einfachen Mitteln eine gleichmäßige Verteilung des Gesamt druckes nicht allein auf alle Ab-. schnitte des Rades, sondern auch über die ganze vom Rad eingenommene Wellenlänge zu erzielen.

Die Form, Anordnung und Lagerung der Elemente kann dabei in verschiedenster Weise gewählt werden.

In der Zeichnung sind einige Ausführungs-

ao formen dargestellt.

Fig. ι zeigt im Längsschnitt, und Fig. 2 im Querschnitt eine Bauart, bei welcher die Ver-¹ spannung der Radabschnitte a_x, a₂ gegeneinander und gegen die Welle b durch stabförmige Elemente c erfolgt, welche wie bei Sprengwerken unter einem gewissen Winkel in ständiger Wiederholung in Zickzacklinie aneinandergereiht sind und an ihren Enden Verbindungsstücke d tragen, welche gleichzeitig als Widerlager zur Abstützung gegen den Radkörper S₁ bzw. «₂ einerseits und gegen den in die Welle b eingesetzten Keil e andererseits dienen. Die Elemente c können durch die Verbindungsstücke d gelenkig miteinander verbunden sein wie die Glieder einer Kette oder frei mit ihren Enden gegen die Stücke d sich abstützen.

In Fig. 3 ist in Ansicht bzw. Längsschnitt und in Fig. 4 im Querschnitt ein Ritzel dargestellt, welches sechs auf die Welle b aufgesetzte Zylinderabschnitte a_v a₂ . . . . a_e aufweist. ■ Diese Abschnitte sind gegeneinander und gegen den in der Welle sitzenden Keil durch aneinandergereihte dreieckige Elemente c verspannt, welche mit ihrer Grundfläche abwechselnd gegen die Abschnitte α und gegen den Keil e sich abstützen und mit ihren Seitenflächen aneinander anliegen. Die drei Kanten dieser Elemente sind abgestumpft, so daß sie mit ihren Seitenflächen aneinander gleiten und dabei sich gegeneinander verschieben können. Die Kräfteverteilung zwischen diesen Elementen und ihren Auflagern mit Zerlegung in achsial und tangential gerichtete Komponenten ist in Fig. 5 angedeutet und für den FaIl₁ daß der Radabschnitt Ci₁ einen größeren Zahndruck erfährt als der Abschnitt «2 ^mit Buchstaben bezeichnet. Die Elemente C₁, c₃ und c₅ liegen mit ihren Grundflächen an den Radabschnitten U₁ bzw. a₂ an, die Elemente c₂ und c₄ dagegen am Keil in der Welle. Der auf C₁ wirkende vergrößerte Zahndruck ft treibt dieses Element als Keil zwischen die beiden anliegenden Elemente im Sinne des eingezeichneten Pfeiles ein und erzeugt dabei in achsialer Richtung wirkende Kraftkomponenten nach beiden Seiten. Die nach der Seite des Radabschnittes «₂ gerichteten Komponenten bewirken eine Verschiebung bzw. Zusammenpressung der am Keil anliegenden Elemente c₂, c_i usw., so daß die zwischen, diesen liegenden Elemente c₃, c- usw. infolge der Keilwirkung gegen den Radabschnitt a₂ gedrückt werden und auf diesen Kräfte q im Sinne einer Vergrößerung seines ' Zahndruckes ausüben und so einen Ausgleich ! des Zahndruckes zwischen den Elementen Ci₁ und «2 bewirken.

ί Als Elemente für die Übertragung dieser , Kräfte können beispielsweise auch Kugeln oder beliebige Rotationskörper oder eine Kom- '·■ bination von solchen mit keilförmigen Elementen dienen, welche im Zickzack aneinander- ; gereiht in den zwischen dem Keil an der ! Welle und der Nase, an den Radabschnitten j gebildeten Raum eingeschlossen werden. Fig. 6 ! zeigt den entsprechenden Aufbau eines aus sechs Abschnitten zusammengesetzten Ritzels j im Längsschnitt, Fig. 7 im Querschnitt, wobei ! die entsprechenden Teile mit denselben Buch- ! stäben bezeichnet sind wie bei den vorhergenannten Abbildungen.

Die zwischen den Kugeln auftretenden j Kräfte und Verschiebungen für den Fall, daß der Radabschnitt Ci₁ einen größeren Zahndruck erleidet als der Radabschnitt «₂, zeigt Fig. 8. Hier sind die Bezeichnungen entsprechender Teile und Kräfte wie in Fig. 5 gewählt.

Aus den Fig. 6 und 7 geht gleichzeitig hervor, in welcher Weise Zahnräder nach vorliegender Erfindung einzurichten sind für Getriebe, welche dazu dienen sollen, nach beiden Drehrichtungen Leistungen zu übertragen. Der Einbau der Verspannungselemente, in diesem Fall der Kugeln c, erfolgt zu diesem Zweck zu beiden Seiten des Keiles e.

Anstatt eines einseitigen oder zweiseitigen Verspannungssystems mit einem einzigen Keil in der Welle können deren mehrere über den Umfang der Welle verteilt werden. Hierdurch wird sowohl die Beanspruchung der Welle und der Radabschnitte über den ganzen Umfang gleichmäßig verteilt, als auch eine Entlastung der Verspannungselemente erreicht. Um bei Anordnungen dieser Art eine gleichmäßige Verteilung des Zahndruckes unter den verschiedenen Gruppen von Verspannungselementen zu erzielen, muß eine besondere Einrichtung zum Ausgleich der Verspannungskräfte auch zwischen den einzelnen Gruppen getroffen werden. Zu diesem Zweck können die in : Richtung des Radumfanges zwischen den Ver-

spannungselementeD auftretenden Kräfte herangezogen werden. Eine Einrichtung,¹ welche dies erreichen läßt, zeigt Fig. 9 im Längsschnitt und Fig. 10 im Querschnitt. In die Welle b sind hier in gleichmäßigen Abständen drei Keile e eingelassen, welche auf einer Seite jeweils durch ein System von Kugeln c mit den Radabschnitten a_v a₂ . . . . a_e verspannt sind. Die Keile sind nicht durchgehend über die ganze Radbreite, sondern in zwei Teilen angeordnet. In die zwischen den beiden Teilen jedes Keiles befindliche Lücke greifen ringförmig um den Umfang der Welle gelegte Stücke h ein, welche mit. ihren Enden gegen je ein Kugelsystem c sich abstützen. Auf diese Weise wird ein vollständiger Ring gebildet, welcher sich abwechselnd aus ringförmig gebogenen Stücken h und Kugeln c zusammensetzt und zwischen den drei längs der Achse angeordneten Verspannungssystemen eine Querverbindung herstellt, welche die in ihnen auftretenden Spannungsunterschiede ausgleicht.

Auf diese Weise wird eine gleichmäßige Verteilung der Kräfte für die' Übertragung zwischen Welle und Radabschnitten nicht allein innerhalb ein und desselben Verspan-. nungssystems, sondern auch unter den verschiedenen Systemen erreicht. Um eine Ver-Schiebung der aus den Stücken h gebildeten Querverbindung zu verhindern, kann eines dieser Stücke beispielsweise durch Schrauben mit der Welle fest verbunden werden.

Eine Anordnung, bei welcher die in Richtung der Achse in den Verspannungssystemen auftretenden Kräfte zum Ausgleich zwischen zwei doppelseitig wirkenden Systemen herangezogen werden, zeigen die Fig. 11 und 12 im Längs- bzw. Querschnitt. In die Welle b sind hier zwei diametral einander gegenüberliegende Keile e. eingelassen, an welche je zu beiden Seiten Kugelsysteme C₁ bzw. c₂ sich anschließen. Am einen Ende des Radkörpers werden die in achsialer Richtung'auftretenden Komponenten der durch diese Kugelsysteme übertragenen Verspannungskräfte, wie Fig. 11 erkennen läßt, durch einen Bund k an der Welle abgefangen. Am anderen Ende dagegen sind diese Kräfte in beiden Systemen in gegeriseitige Wechselwirkung gebracht, indem sich die Kugeln gegen einen um die Welle gelegten Ring I anlegen, , dessen äußere Begrenzungsfläche nach einer Kugelfläche gestaltet ist und gegen eine entsprechend geformte Innenfläche einer als Widerlager dienenden, auf die Welle aufgesetzten Kappe m sich abstützt. Überwiegen die Verspannungskräfte beispielsweise im System C₁ über die im System c₂, so wird der Ring I eine Verschiebung auf der Kugelfläche von m erleiden, derart, daß der im System C₁ vorhandene Überschuß der Verspannungskräfte auf das System C₂ übergleitet und auf diese Weise ein Ausgleich zwischen den Kräften beider Systeme erzielt wird.

Der Aufbau von Rädern mit einer Unterteilung in Abschnitte und Verspannung dieser Abschnitte gegeneinander und gegen die Welle nach vorliegender Erfindung kann sowohl für Getriebe für sehr hohe Leistungen, wie z. B. beim Schiffsantrieb, als auch für Getriebe von mittleren und kleinsten Abmessungen Verwendung finden. Die Unterteilung kann dabei auf einen Teil des Getriebes, z. B. das Pfeilradritzel (Fig. 14), beschränkt werden oder auf beide Teile, also das Ritzel und das zugehörige Rad, Anwendung finden. In letzterem Falle können die Abschnitte beider Teile gegeneinander versetzt werden. Die Schnittebenen, welche die Radabschnitte be- ' grenzen, können auch schief zur Achse gelegt werden, um eine durch die Schnittlinie verursachte Verschiedenheit in der Abnutzung auf verschiedene Stellen der Verzahnung des eingreifenden Rades zu verteilen. Für die Schmierung der Auflagerstellen der Verspannungselemente aneinander sowie an Welle und Radabschnitten können in allen Teilen der Konstruktion Bohrungen für reichliche Zuführung von Schmieröl vorgesehen werden.

Für kleine Ritzel kann die Anordnung auch in vereinfachter Form gewählt werden, indem über den ganzen Umfang der Welle Verspannungselemente, beispielsweise Kugeln, angeordnet werden, so daß diese gleichzeitig zur Zentrierung der Radabschnitte dienen. Eine Anordnung dieser Art ist in Fig. 13 angedeutet. In die Welle b ist der Keil e eingelassen. Gegen ihn stützen sich die Kugeln ab, welche hier über den ganzen Wellenumfang und die ganze Radbreite in Form eines zusammenhängenden Netzes ausgebreitet sind und an den in die Radabschnitte eingelassenen Keilen 0 ein Widerlager finden.

Mit besonderem Vorteil kann eine Einrich- »■ tung zum Ausgleich des Zahndruckes nach vorliegender Erfindung auch bei gestaffelten Stirnrädern verwendet werden. Bei Rädern dieser Art ist es nicht möglich, die Keile der einzelnen Staffeln genau so einzustellen, daß sämtliche Staffeln gleichmäßig am Zahndruck teilnehmen. Wird dagegen ein Rad eines derartigen Getriebes mit einer Einrichtung zum Ausgleich des Zahndruckes zwischen den einzelnen Staffeln versehen, so werden alle Staffeln des Getriebes zur Übertragung des Gesamtdrehmomentes gleichmäßig beitragen.

Claims (3)

1. Patent-Ansprüche:

   i. In Zylinderabschnitte unterteiltes Zahnrad, dadurch gekennzeichnet, daß jeder einzelne der Abschnitte sowohl mit den benachbarten Abschnitten als auch mit

   der Welle verspannt ist durch Elemente, welche nach Art von Sprengwerken aufgebaut sind aus Teilen, die sich einerseits gegen die Zylinderabschnitte, des Rades, andererseits gegen die Radwelle abstützen und in ständiger Wiederholung in Zickzacklinie aneinandergereiht sind, wobei die Stützpunkte mindestens teilweise verschiebbar sind.
2. 2. Zahnrad nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß als Elemente für die Verspannung Kugeln, Scheiben oder sonstige Dreh- oder Walzkörper dienen, welche im Zickzack aneinandergereiht sind und sich einzeln oder in Gruppen auf der einen Seite gegen die Zylinderabschnitte des Rades, auf der andern Seite gegen die Radwelle abstützen.
3. 3. Zahnrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verspannung der Radabschnitte unter sich und gegen die Welle aneinandergereihte dreieckige Elemente dienen, welche sich einzeln oder in Gruppen abwechselnd auf der einen Seite gegen die Rad abschnitte, auf der andern Seite gegen die Welle abstützen.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.