DE3048411C2 - Schnellaufendes Stirnradgetriebe - Google Patents

Description

— daß die Verzahnungsbreite des Zwischenrades (40) größer ist als die Summe der Verzahnungsbreiten von Antriebs- (20) und Abtriebsrad (30)

— und daß die Verzahnung des Zwischenrades (40) durch eine Ringnut (44) in zwei voneinander getrennte, gleiche Verzahnungen (43 und 43') unterteilt ist, von denen die eine (43) nur mit dem Antriebsrad (20) und die andere (43') nur mit dem Abtriebsrad (30) kämmt.

2. Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

25

— daß die Achse des Abtriebsrades (30) von der Achse des Antriebsrades (20) einen ebenso großen Abstand hat wie von der Achse des Zwischenrades (40),

— daß die Wellenzapfen (41,41') des Zwischenrades (40) in die Wellenlager (16,16' oder 17,17') mindestens eines der beiden übrigen Räder (20, 30) passen

— und daß an einem Wellenzapfen (41) des Zwischenrades (40) ein Kupplungsteil (42) angeordnet ist.

40

Die Erfindung betrifft ein schnellaufendes Stirnradgetriebe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei solchen Getrieben sorgt das einzige Zwischenrad dafür, daß sich das Abtriebsrad in gleicher Richtung wie das Antriebsrad dreht; auf das Übersetzungsverhältnis des Getriebes, das im allgemeinen 1 :1 beträgt, bleibt das Zwischenrad ohne Einfluß. Die Umfangsgeschwindigkeiten an den Zahnrädern eines Getriebes für Turbomaschinen-Prüfstände können 200 m/s erreichen oder überschreiten. Um die bei solchen Geschwindigkeiten entstehenden Erwärmungen der Verzahnungen in Grenzen zu halten, muß deren Modul entsprechend klein gewählt werden. Dabei muß in Kauf genommen werden, daß bei gegebener Drehmomentbelastung die Biegespannungen in den Verzahnungen mit abnehmendem Modul zunehmen. Die Verzahnung des Zwischenrades, die bei bekannten gattungsgemäßen Getrieben unmittelbar mit den Verzahnungen des Antriebs- und des Abtriebsrades kämmt, ist Biegewechselspannungen ausgesetzt und kann deshalb, um eine vorgegebene Sicherheit gegen Zahnbruch einzuhalten, nur mit 50 bis 70% des Drehmoments belastet werden, das einer gleichgroßen, aber nur mit einfachen Biegespannungen belasteten Verzahnung zugemutet werden kann. Somit sind der spezifischen Belastbarkeit bekannter gattungsgemäßer Getriebe vom Zwischenrad her enge Grenzen gesetzt.

Aus einem Aufsatz in der Zeitschrift VDI-Z 113(1971) Nr. 2, S. 106 bis 113, insbesondere Bild 1 auf S. 108, ist ein achsversetztes Turbo-Stirnradgetriebe bekannt bev dem Antriebs- und Abtriebsrad pfeilverzahnt sind und unmittelbar miteinander kämmen. Die bei Turbomaschinen-Prüfständen unter bestimmten Voraussetzungen unerwünschte Drehrichtungsumkehr läßt sich bei diesem bekannten Getriebe nicht vermeiden. In dem genannten Aufsatz sind im übrigen Grundsätze für die Gestaltung von Zahnradgetrieben beschrieben, ohne daß das Problem der Biegewechselspannungen in der Verzahnung eines Zwischenrades erwähnt wäre.

Aus der US-PS 33 06 107 ist ferner ein zweistufiges Stirnradgetriebe bekannt, bei dem zwischen einem Antriebsrad und einem Abtriebsrad ein Wechselradsatz angeordnet ist. Der Wechselradsatz kann aus zwei gleichen Wechselrädern bestehen, die auf einer Zwischenwelle befestigt und mit dieser in einem Paar Schiebeblöcke gelagert sind. Die Schiebeblöcke sind in einem Gehäuse derart angeordnet, daß die Wellenlager der Zwischenwelle in derselben Ebene liegen wie die Wellenlager des Antriebs- und des Abtriebsrades. Dieser Wechselradsatz ist gegen einen anderen Wechselradsatz austauschbar, der zwei verschiedene Wechselräder aufweist, welche ebenfalls über eine Zwischenwelle in einem Paar Schiebeblöcke gelagert sind, wobei die Wellenlager dieser Zwischenwelle in den zugehörigen Schiebeblöcken derart außermittig angeordnet sind, daß sie in Einbaulage nicht in derselben Ebene liegen wie die Wellenlager des Antriebs- und Abtriebsrades. Ein sowohl mit dem Antriebsrad wie mit dem Abtriebsrad kämmendes Zwischenrad ist auch hier nicht vorhanden, so daß das Problem der Biegewechselspannungen ebenfalls von vorneherein nicht auftritt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Getriebe mit geringem zusätzlichem Bauaufwand derart weiterzubilden, daß es zur Übertragung einer spezifisch höheren Leistung imstande ist, ohne daß beim Zwischenrad die verlangte Sicherheit gegen Zahnbruch unterschritten oder die höchstzulässige Erwärmung überschritten wird.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die Ringnut im Zwischenrad verhindert jegliche Übertragung von Biegespannungen zwischen den durch sie getrennten Verzahnungen des Zwischenrades; dadurch werden Biegewechselspannungen in diesen Verzahnungen vermieden. Infolgedessen sind die Verzahnungen des Zwischenrades ebenso hoch belastbar wie die Verzahnungen des Antriebs- und Abtriebsrades; die Sicherheit gegen Zahnbruch ist bei allen Verzahnungen gleich groß.

Das gemäß Anspruch 2 weitergebildete erfindungsgemäße Getriebe kann wahlweise mit allen drei Rädern als Getriebe ohne Drehrichtungsumkehr zwischen Antriebs- und Abtriebsseite oder mit nur zwei Rädern als Getriebe mit Drehrichtungsumkehr verwendet werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand einer schematischen Zeichnung beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine Schrägansicht eines Getriebes ohne Drehrichtungsumkehr bei aufgeschnittenem Gehäuse und

Fig. 2 dasselbe Getriebe mit den für seinen Betrieb mit Drehrichtungsumkehr erforderlichen Bauteilen.

Das in Fig. 1 dargestellte Getriebe hat ein Gehäuse 10, das in zwei parallelen Ebenen 11 und 12 in ein Unterteil 13, ein .Mittelteil 14 und ein Oberteil 15 unterteilt ist. Die vom Betrachter abgewandte, im

folgenden als Antriebsseite bezeichnete Seite des Gehäuses 10 weist drei Wellenlager 16, 17 und 18 auf; damit fluchtend sind an der gegenüberliegenden, dem Betrachter zugewandten Seite des Gehäuses 10, die im folgenden als Abtriebsseite bezeichne·, wird, drei Wellenlager 16', 17' und 18' ausgebildet Die Wellenlager 16 und 17, sowie 16' und 17' werden durch die Ebene 11 mittig geteilt, sind also je zur Hälfte im Unterteil 13 und im Mittelteil 14 ausgebildet; die Wellenlager 18 und 18' werden dagegen durch die Ebene 12 mittig geteilt, sind also je -.ar Hälfte im Mittelteil 14 und im Oberteil 15 ausgebildet

Im Gehäuse 10 ist ein Antriebsrad 20 angeordnet, das mit an ihm ausgebildeten Wellenzapfen 21 und 2Γ in den Wellenlagern 16 und 16' gelagert ist, und zwar axial verschiebbar im Wellenlager 16, und axial unverschiebbar im Welienlager 16'. Am Wellenzapfen 21 ist ein Kupplungsteil 22, im dargestellten Beispiel ein Kupplungsflansch, zum Anschluß an einen nicht dargestellten Antriebsmotor ausgebildet Das Antriebs; ad 20 ist ein Stirnrad mit im dargestellten Beispiel gerader Verzahnung 23.

In entsprechender Weise wie das Antriebsrad 20 ist ein Abtriebsrad 30 mit Wellenzapfen 31 und 31' in den Wellenlagern 17 und 17' gelagert und weist einen Kupplungsteil 32 sowie eine gerade Verzahnung 33 auf. Antriebsrad 20 und Abtriebsrad 30 sind zueinander achsparallel und haben einen solchen Abstand und Verzahnungsdurchmesser, daß sie unmittelbar miteinander kämmen könnten, was jedoch dadurch verhindert wird, daß die Verzahnungen 23 und 33 gegeneinander in Achsrichtung um einen Betrag versetzt sind, der etwas größer als ihre Zahnbreite ist.

Die erforderliche Getriebeverbindung zwischen Antriebsrad 20 und Abtriebsrad 30 ist gemäß Fi g. 1 durch ein Zwischenrad 40 hergestellt, das mit Wellenzapfen 41 und 41' in den Wellenlagern 18 und 18' gelagert ist An dem Wellenzapfen 41 ist ein Kupplungsteil 42 ausgebildet Das Zahnrad 40 weist zwei axial nebeneinander angeordnete gleiche Verzahnungen 43 und 43' auf, die durch eine Ringnut 44 voneinander getrennt sind. Die Verzahnung 43 kämmt ausschließlich mit der Verzahnung 23 des Antriebsrades 20, die Verzahnung 43' dagegen ausschließlich mit der Verzahnung 33 des Abtriebsrades 30. Die Gesamtbreite der Verzahnungen

ίο 43 und 43' und der Ringnut 44, in Achsrichtung des Zwischenrades 40 gemessen, ist zumindest annähernd um die Breite der Ringnut 44 größer als die Summe der Breiten der Verzahnungen 23 und 33.

Bei der in F i g. 1 dargestellten Getriebeanordnung drehen sich Antriebsrad 20 und Abtriebsrad 30 stets gleichsinnig, da sie durch das Zwischenrad 40 miteinander verbunden sind. Dementsprechend dreht sich ein an das Kupplungsteil 32 angeschlossener Prüfling, beispielsweise ein Turbogetriebe, stets in gleicher Richtung wie der an das Kupplungsteil 22 angeschlossene Motor. Wünscht man dagegen eine Drehrichtungsumkehr, so baut man das Mittelteil 14 des Gehäuses 10 sowie das Antriebsrad 20 aus und setzt das Zwischenrad 40 an die Stelle des Antriebsrades 20. An dem Verzahnungseingriff zwischen den Verzahnungen 33 und 43' ändert sich dadurch nichts, da die gemeinsame geometrische Achse der Welienlager 17 und 17' von der Achse der Wellenlager 16 und 16' den gleichen Abstand hat wie von der Achse der Wellenlager 18 und 18'. Nun übernimmt das Zwischenrad 40 die Rolle des Antriebsrades 20; das Kupplungsteil 42 kann unmittelbar mit dem Antriebsmotor gekuppelt werden. In entsprechender Weise könnte das Abtriebsrad 30 ausgebaut und durch das Zwischenrad 40 ersetzt werden; in diesem Fall bliebe der Eingriff der Verzahnungen 23 und 43 erhalten.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Schnellaufendes Stirnradgetriebe für Turbomaschinen-Prüfstände mit einer Getriebestufe, bei der alle Wellenlager (16, 16', 17, 17', 18, 18') in einem einheitlichen Gehäuse (10) in zwei verschiedenen Ebenen (11,12) angeordnet sind und ein Antriebsrad (20) mit einem in festem Abstand achsparallel zu ihm angeordneten Abtriebsrad (30) durch ein einziges, mit beiden kämmendes Zwischenrad (40) verbunden ₎₀ ist, dadurch gekennzeichnet,