-
Planetengetriebe mit elastisch verformbaren Planeten
-
Wälzkettengetriebe Die Erfindung beinhaltet ein Planetengetriebe
mit einem oder mehreren auf dem Umfang einer Getriebestufe verteilten sowie ein-
oder mehrspurig nebeneinander angeordneten elastisch verformbaren Planeten, die
von der runden Form abweichend, dem ringzylinderförmigen Hohlraum zwischen Sonnenrad
und Umfangsrad (Zenitrad) sich anpassend, in ovalem bis wurstförmigem Zustand, Bewegung
und Kraft übertragen. Dadurch ist am Umfang des treibenden wie des getriebenen Rades
eine bessere Lastverteilung und größere Kraftübertragung möglich, was z.B. bei zahnradgetriebenen
Planetengetrieben den Eingriff einer Vielzahl von Zähnen gleichzeitig bedeutet,
wodurch eine auf die Zähne gleichmäßigere Lastverteilung und damit eine kleinere
Last pro Zahn sich einstellt.
-
Als elastisch verformbare Planeten sind mehrere Systeme möglich, z.B.
elastisch verformbare, geschlossene, radial stabilisierte Keilriemen, oder radial
stabilisierte geschlossene Wälzketten. In der Folge sind Wälzketten beschrieben.
-
Elastisch verformbare Planeten, in der Folge Wälzketten benannt, dämpfen
Schläge und Stöße in radialer und tangentialer Richtung und erübrigen daher eine
elastische Kupplung und eine genaue Zentrierung. Die Massenkräfte der umlaufenden
Wälzketten sind bedeutend kleiner als die der Planeten bekannter Getriebe.
-
Aufgrund der geringen Flächenpressung pro Zahn können Kunststoffzähne
oder mit verschleißfestem Kautschuk oder Kunststoff überzogene Stahl zähne mit den
Stahlgliedern der Wälzketten im Eingriff stehen, wodurch eine Schmierung der Zähne
sich erübrigt. Je nach Wälzkettenart kann auch die Schmierung der Kettengelenke
entfallen oder es genügt eine Ulnebelschmierung.
-
Wegen der Verformbarkeit der Planeten können diese von außen durch
eine mit einem Deckel verschließbaren Uffnung im Umfangsrad in den Umlaufraum eingeführt
bzw. gewechselt werden, wodurch ein gutes Reparaturverhalten des Getriebes gegeben
ist.
-
Die Wälzkette ist so ausgebildet, daß sie Druck- und Zugkräfte übertragen
kann.
-
Auf Blatt 1 ist ein einfaches Planetengetriebe dargestellt, bei dem
die Wälzkette "F" drückend Kraft und Bewegung des Sonnenrades Bil an das Umfangsrad
"C" bzw.
-
über die Rollen D1,2>3 an den Planetenträger "E" abgibt. Dabei
dienen die Rollen D1,2,3 als Umlenk- und Druckrollen gleichzeitig. Die Abstände
der Wälzketten
und der Druck- bzw. Umlenkrollen zueinander sind
in der Umlaufbahn so gewählt, daß z.B. bei der dargestellten Drehrichtung die Rolle
"D1" dem Planeten "F" als Druckrolle und dem Planeten "G" als Umlenkrolle dient.
-
Druck- und Umlenkrollen sind mit dem Planetenträger fest oder verstellbar
verbunden. Durch Verstellen der Rollen können die Laufeigenschaften der Wälzketten
korrigiert werden.
-
Die Wälzkette ist im allgemeinen so ausgebildet, daß diese, wie in
Darstellung Blatt 1 gezeigt, und in Blatt 2, mittleres Bild, verdeutlicht, in der
Umlenkung den engstmöglichen Radius erreicht und damit dort die größte Steifigkeit
aufweist. Durch Aneinanderstoßen der Kettengliederfüße wird die Wälzkette in der
Umlenkung zum starren Gebilde.
-
Aus Blatt 1 ist eine zweite Getriebevariante.ersichtlich, bei der
unter Wegfall der Druck- und Umlenkrollen D1,2,3 die strichpunktiert gezeichneten
Zug- und Umlenkrollen "V" Kraft und Bewegung an den Planetenträger abgeben.
-
Sie sind fest oder verstellbar mit dem Planetenträger verbunden und
lenken kugel gelagert die Wälzketten um. Dabei wird der Planetenträger von den Wälzketten
gezogen. Bei Getrieben mit Richtungswechsel kann zusätzlich eine zweite Rolle "W"
in der entgegengesetzten Umlenkung der Wälzkette angeordnet werden. Ist der Planetenträger
so ausgebildet, daß er bei Stillstand, ohne ein Hindernis zu bilden, ein Wandern
der Planeten in der Umlaufbahn zuläßt, z.B. durch stabilisierende Verbindung der
beiden beiderseits der Wälzkette angeordneten Planetenträgerscheiben "E" mit Hilfe
der Achsen der Zug- und Umlenkrollen, so genügt nur eine Rolle "V". In diesem Falle
wandern bei Richtungswechsel die Wälzketten F, G, H in Richtung Rolle "V" und nehmen
diese umschließend den Planetenträger in umgekehrter Richtung mit. Bei Verwendung
von nur einer Rolle für beide Drehrichtungen wird dieselbe am Umfang glatt ausgebildet
und die Füße der Kettenglieder enden auf dem gleichen Kreisbogen, um das Wandern
im Innern der Wälzkette zu verbessern. Bei Verwendung von zwei Rollen können diese
am Umfang mit den Kettengliedern verzahnt sein, um diese zu stabilisieren.
-
Auf Blatt 3 ist eine Alternative dargestellt, bei der die Wälzkette
sowohl Druck- wie auch Zugkräfte übertragen kann. Diese Getriebeart einnet sich
für die Übertragung größerer Leistungen. Die Druckübertragung wird hierbei durch
jeweils zwei zwischen zwei Wälzketten angebrachten Druckrollen "I" und "K" übernommen
und die Wälzkette in der Umlenkung auf der Seite in Drehrichtung des Planetenträgers
mit -einem lose mitlaufenden mit den Füßen der Kettenglieder verzahnten Distanzhalters
"L" versteift. Die Umlenkung der Wälzkette auf der entgegengesetzten Seite erfolgt
mittels einer mit dem Planetenträger
verbundenen Rolle "M", mittels
dieser Zugkräfte über die Spann- und Verbindungslaschen der Wälzketten übertragen
werden. Die Wälzketten haben in diesem Falle auf der Seite der Rollen "M" in den
Punkten X und Y nur leichte oder keine Berührung mit den Druckrollen III und "K",
um ein Quetschen der Kette zwischen beiden Rollensystemen zu vermeiden.
-
Um eine Balance zwischen Druck- und Zugkräften in der Wälzkette zu
erreichen, müssen die elastisch verformbaren Ausgleichselemente der Zugrolle sowie
die der Wälzkette und der Umlenkrollen in Umlaufrichtung gesehen aufeinander abgestimmt
sein. Die Balance kann auch mittels Verändern des Spieles oder Schaffen eines Obermaßes
im jeweiligen Wälzkettensektor durch Verstellen der Druckrollen oder entsprechende
Kettenabmessung erreicht werden.
-
Blatt 4 zeigt eine Alternative mit doppelter Zähnezahl, bei der die
Wälzkette derart gestaltet ist, daß sowohl die Köpfe der vorgespannten hohlen Stahiglieder
0 wie auch die der starren Glieder "P" mit Taschen für den Eingriff eines Zahnes
versehen sind. Dabei fehlen die Stütz- und Laufriemen, so daß die Zahnbreite der
Kettengliedbreite entspricht. Die Abstützung der elastisch verformten Wälzkette
erfolgt durch die gummierten Flächen "Q" zwischen den Zähnen, die jeweils eine Kopfhälfte
der Glieder 11011 und "P" zusammen abstützt und so eine Stabilisierung der Wälzkette
in radialer Richtung bewirkt.
-
Der Vorteil dieser Alternativen liegt in der größeren Zahnbreite bei
doppelter Zähnezahl und eignet sich daher für größere Belastungen.
-
Der die Druckrollen I" und "K" umspannende Riemen "R" dient der besseren
Lastverteilung und einer Stabilisierung der Wälzkette in radialer Richtung im Bereich
der Druckzone.
-
Als Wälzketten werden zwei Grundarten beschrieben: I Die Wälzkette
mit herkömmlichen Drehgelenken wie die Büchsen- und Bolzenketten, auf Blatt 7 dargestellt.
-
II Die Wälzketten mit Abwälzgelenken, in den Zeichnungen Blatt 1 bis
6 dargestellt und z.T. der vorangegangenen Beschreibung zugrunde gelegt. Diese sind
ebenfalls Gegenstand der Erfindung.
-
I Wälzketten mit Drehgelenken auf Blatt 7 darqestellt Bei diesen wird
zwischen je zwei Laschenparren 15 und 16 ein profiliertes elastisch verformbares
aus Gummi oder Kunststoff bestehendes oder aber als Ganzstahlglied ausgebildetes
Zwischen- oder Verbindungsglied 17 angeordnet.
-
Dasselbe wird vorgespannt eingebaut, so daß es in jeder Biegung der
Wälzkette Spannung erzeugt. Die Füße der Laschen verjüngen sich zu diesem Zweck
in radialer Richtung zum Wälzketteninnern hin und sind beiderseits mit Taschen für
die Aufnahme der Zwischenglieder versehen.
-
In der Darstellung ist für die elastischen Zwischenglieder ein V-förmig
profilierter Körper gewählt, dessen gespreizte Schenkel in den Taschen der Laschenfüße
gehalten sind. In der Umlenkung der Wälzkette ist das elastisch verformbare Zwischenglied
vollständig zusammengedrückt und die Laschenfüße berühren sich an der Stelle "U",
so daß die Wälzkette, in der Umlenkung zum starren Gebilde geworden, drückend Kraft
an den Planetenträger übertragen kann. Die anderen Möglichkeiten der Kraftübertragungen
wie ziehend oder ziehend und drückend können aus den vorangegangenen Darstellungen
entliehen werden.
-
Die Innen- und Außenlaschen sind am äußeren Umfang der Wälzkette
flanschartig verbreitert zwecks Aufnahme von Stütz- und Laufstollen, aus Gummi oder
Kunststoff, Pos. 18.
-
Die Stützstollen der Innen- und Außenlaschen sind nicht miteinander
verbunden, stehen auf Lucke und bilden ein gemeinsames Profil mit welchem sie in
der Gegenspur der Zahnräder rechts und links der Zähne laufend, die Wälzkette zentrieren
und abstützen und so einen vom Anpreßdruck der Wälzkette unbelasteten Zahneingriff
ermöglichen. Die Stützstollen können in Längsrichtung ballig gestaltet werden, so
daß sie in der Umlenkung den Umlenkradius bilden.
-
II Die Wälzkette mit neuartigen Abwälzgelenken, in gestreckter Länge
auf Blatt 5 und in den einzelnen Biegezonen auf Blatt 2 dargestellt, besteht abwechselnd
aus einem starren Glied, Pos. 1 (P), einem vorgespannten Hohlglied, Pos. 2 (0) und
einem elastisch verformbaren Zwischen- oder Verbindungsglied, Pos. 3. Die Glieder
werden zusammengehalten durch die Spannelemente Pos. 4 und die Verbindungs- oder
Spannlaschen, Pos. 5. Zusätzlich ist die Wälzkette, mit Ausnahme bei der Getriebevariante
auf Blatt 4, noch mit Lauf- und Stützriemen, Pos. 6, ausgestattet, die auf die Kettenglieder
aufgezogen oder fest aufvulkanisiert sind und mit Hilfe derer die elastisch verformte
Wälzkette während des Betriebes auf den entsprechenden Laufflächen an Sonnen- und
Umfangsrad, Teile S und T und an den Druck- und Umlenkrollen D1,2>3 (Blatt 1)
bzw. "I" und "K" (Blatt 3) sich abstützt.
-
Die Kettenglieder sind derart geformt und gegeneinander verlagert,
daß sich dieselben in Funktion aneinander abwälzen und an jeder Stelle beim Umlauf
radial miteinander verriegelt sind. Es entstehen beim Bewegen der Glieder
gegeneinander
keine Reibkräfte wie bei bekannten Ketten mit Drehgelenken.
-
Das elastisch verformbare Verbindungsglied ist so vorgespannt eingebaut,
daß es in jedem Biegeradius der umlaufenden Kette unter Spannung steht.
-
In den Umlenkungen erfährt das Verbindungsglied seine höchste Deformation.
-
Dort hat die Wälzkette die größte Spannung und wird durch gegenseitige
Berührung der Gliederfüße steif.
-
Das starre Glied, Pos. 1, doppel-T-förmig ausgebildet, aus druck-
und verschleißfestem Material bestehend (in Blatt 5 z.B. aus Kunststoff), ist durch
Unterbrechung des Kopfes in der Mitte ausgespart, wie aus Schnitt C+D des Blattes
5 und in der Seitenansicht, Blatt 6, ersichtlich. In diese Aussparung greifen die
Zähne des Sonnen- und Umfangrades ein, um ihre Kraft über Teil 3 an das vorgespannte
Glied Teil 2 weiterzugeben. Die Stirnseiten der Restkopfflächen dienen zur Aufnahme
der Entlastungs- und Zentrierlager, Pos. 9 (Wälzgelenke genannt).
-
Das vorgespannte Hohlglied, Teil 2, aus einem vorspannbaren Material
bestehend, (in Blatt 5 aus Stahl) wird durch die Klammer, Pos. 7, unter Vorspannung
gehalten. Die Vorspannung ist so gewählt, daß sie höher liegt als die im Normalbetrieb
herrschenden Druckkräfte in der Wälzkette. Beim Oberschreiten der Vorspannung, durch
Schläge, Stöße oder kurzfristige Oberbelastung drückt Teil 2 an der Stelle "U" bis
zum Anschlag sich elastisch zusammen. Oberbelastungen der Wälzkette treten zuerst
an den Umlenkungen im Bereich der Druck- und Umlenkrollen auf. Die nur leichte Wölbung
des Kopfes von Teil 2 garantiert ein hohes Widerstandsmoment.
-
Andererseits ist die Kopfwölbung funktionsbedingt insofern, daß diese
beim Abwälzen der Glieder aneinander in der engsten Umlenkung Raum gibt für die
starr stehenden Spannelemente, wodurch diese und die Spannlaschen keinen Torsions-
bzw. Biegekräften ausgesetzt sind. Aus den Bildern Blatt 2 gehen die Stellungen
der Spannelemente zu der Kopfseite des Teiles 2 in den verschiedenen Krümmungen
der Kette hervor. Das vorgespannte Hohiglied wälzt sich also an den Spannelementen
ab. Bei der Herstellung der Glieder ist der bei der Vorspannung entstehende Anteil
der Kopfwölbung zu berücksichtigen.
-
Auf der Kopfseite der Glieder 2 und 3 ist zwischen den Lauf- und Stützriemen
ein Gummi- oder Kunststoffkopf, Pos. 8, aufvulkanisiert, der in das Abwälzprofil
des Zahnes hineinragt und den Zahneingriff dämpft.
-
Das elastische Glied, Teil 3, bewirkt den notwendigen Anpreßdruck
der Wälzkette gegen Sonnen- und Umfangsrad. Es besteht aus einem Stahlteil, das
sich an das Glied Teil 2 unter leichter Verspannung formschlüssig anpaßt und einem
elastisch verformbaren aufvulkanisierten zweischenklig profilierten Gummi- oder
Kunststoffteil.
-
Der eine der beiden Gummi schenkel sitzt festgepreßt zwischen Fuß,
Kopf und Steg des starren Gliedes Teil 1, während der andere nach dem vorgespannten
Glied hinzeigende frei bewegliche Schenkel mit seinem nach dem Ketteninnern hinliegenden
Ende in das z-förmig gewinkelte Stahl teil eingreift und mit diesem durch Vulkanisation
fest verbunden ist. Das nach dem Kettenäußern hinzeigende Ende des z-förmigen Stahl
teils ist so abgebogen, daß es einerseits zu der Stirnseite des Kopfes von Teil
1 eine Kante bildet, Abwälzkante benannt, und andererseits auf den Kopf des Teiles
2 herabgebogen ist, wodurch in Verbindung mit der Keilform des Gliedes 2 eine radiale
Verriegelung aller drei Kettenglieder miteinander erreicht wird, die im engsten
Kettenradius dadurch gewährleistet ist, daß der Fuß des Teiles 1 unter den Fuß des
Teiles 2 greift. Teil 3 ist auch als elastisch verformbares Ganzstahlglied denkbar.
-
Die Wälzkettenglieder sind mit Hilfe von Spannlaschen über Spannelemente
miteinander verbunden, wobei jeweils zwei vorgespannte Hohlglieder, Pos. 2, über
je ein Verbindungsglied, Pos. 3, gegen die Stirnseiten des Kopfes des Teiles 1 gedrückt
und so mit diesem verspannt werden. Die Zentrierung und Lagerung der Spannelemente
erfolgt im Winkel zwischen Flanke und Kopf des Hohl gliedes, Pos. 2, mit Hilfe einer
dort eingebrachten Kunststoffunterlage mit eingelegten elastisch verformbaren Lagern,
die.in Verbindung mit den Gliedflanken eine Zentrierung und Vorspannung erlauben,
wie in Punkt "A" des Blattes 6 gezeigt. Als Alternative kann anstelle der eingelegten
elastisch verformbaren Lager eine Kunststoffpfanne gewählt werden (Punkt "A"). Bei
Bewegung der Kette wälzen sich die Hohl glieder an den Spannelementen ab, oder gleiten
bei Wahl der Alternativen in Kunststoffpfannen.
-
Auf der Gegenseite wird am Kopf des Gliedes 1 die Abwälzkante ''B1''
des Teiles 3 in die elastisch verformbaren Entlastungs- und Zentrierlager, Teil
9, gedrückt. Diese haben die Aufgabe, Teil 2 mit Teil 1 zu zentrieren und sind so
ausgebildet, daß sie die Abwälzfläche "C," (Blatt 5) von dem durch die Spannlaschen
erzeugten Druck ganz oder teilweise entlasten, wodurch die Flächenpressung während
des Betriebes um den Betrag der Vorspannung verringert wird. Durch diese Konstruktion
ist gewährleistet, daß mit Ausnahme der aufgezeigten Alternativen, kein Gleiten,
sondern ein Abwälzen erfolgt, wodurch eine Schmierung entfallen kann.
-
Die beim Abwälzen entstehenden geringen Radialbewegungen werden durch
den elastischen Teil der Verbindungsglieder, Teil 3, und der Stützriemen, Teil 6,
aufgenommen. Da die Zahnangriffslinie mit den Wälzkanten A1" und 11B111 in einer
Ebene liegen (Siehe Blatt 6, Punkt A), wird auf die Wälzkettenglieder kein Moment
ausgeübt.
-
Die Zentrierung kann, wie in den 3 Alternativen des Blattes 6 gezeigt,
mit Hilfe eines elastisch verformbaren Hohlzylinders, Alternative 1, oder mit einem
elastisch verformbaren mit Zentrierstern versehenen Vollzylinders ausgebildet sein
(Alternative 3).
-
Eine weitere Möglichkeit besteht darin, einen elastisch verformbaren
Hohlzylinder in einer offenen, als Zylindersegment ausgeführten Gleitschale gefaßt
zu verwenden (Alternative 2), wobei die Enden des Zylindersegments dem zu zentrierenden
Glied als Anschlag dienen. Hierdurch kann eine Drehbewegung erzielt werden ohne
Berührung der Kettenglieder 1 und 3. Die Schmierung der Gleitschale erfolgt als
Dauerschmierung über eine in Teil 1 eingelassene Fettkammer.
-
Die beiden äußeren Ränder der Wälzkette sind mit Lauf- bzw. Stützriemen
(Pos. 6) versehen, die auf die Kettenglieder aufgezogen oder aufvulkanisiert sind.
Diese bewegen sich auf entsprechenden Laufspuren "S" und "T" der Zahnräder, dienen
als Abstützung und Zentrierung der Wälzkette an den Zahnrädern und Druckrollen und
bewirken einen ruhigen Lauf und einen vom Gegendruck der Wälzkette unbelasteten
Zahneinqriff. Die Stützriemen bestehen außen aus einer verschleißfesten Hartgummischicht
und innen, über den Kettengliedern aus einer Weichgummischicht, die beim Lauf die
Längs-und Radialverschiebungen aufnimmt, die aufgrund der Riemenverlagerung außerhalb
des Teilkreises entstehen. Zwischen beiden Schichten kann zur Verstärkung eine Gewebeeinlage
vorgesehen werden. Die Lauf- und Stützriemen bewirken außerdem, aufgrund ihrer Lage
außerhalb des Teilkreises, eine Versteifung der Wälzkette und damit eine Unterstützung
des Anpreßdruckes.