DE3407621C2 - Zahnradgetriebe - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Zahnradgetriebe nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Ein gattungsgemäßes Zahnradgetriebe ist aus der DE-AS 19 63 831 bekannt.

Des weiteren sind Zahnradgetriebe mit einer doppelten Schrägverzahnung bekannt, bei der Zahnräder jeweils zwei gegenläufig ausgeführte Reihen äußerer, schräg angeordneter Zähne aufweisen, welche mit der gegenläufig ausgeführten, schrägen Innenverzahnung zweier zentrischer, ringförmiger Laufräder in Eingriff kommen. Die ringförmigen Räder weisen äußere, schräg verzahnte Kupplungszähne auf, durch die sie mit einem gemeinsamen Kupplungsteil verbunden sind, das eine entsprechende gegenläufig ausgeführte Schrägverzahnung aufweist. Das gemeinsame Kupplungsteil hat eine äußere Stirnradverzahnung, durch die es mit einem äußeren Kupplungsteil verbunden ist, das eine innere Stirnradverzahnung aufweist. Eine Verlagerung zwischen der Rotationsachse des äußeren Kupplungsteils und der gemeinsamen Rotationsachse der Ringräder und des inneren Kupplungsteils läßt sich durch relatives Längsschieben zwischen den Stirnradkupplungszähnen ausgleichen.

Beim praktischen Einsatz des Zahnradgetriebes gemäß der DE-AS 19 63 831 treten schon nach relativ kurzer Betriebsdauer Probleme auf. Und zwar wird an den Anlageflächen der beiden Ringräder, obwohl sie mit Schmieröl benetzt sind, ein zunehmend fortschreitendes Fressen festgestellt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das gattungsgemäße Zahnradgetriebe so weiter zu entwickeln, daß die Gefahr einer Beschädigung der Ringräder im Betrieb gemindert und so die Lebensdauer des Getriebes erhöht wird.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

So kann bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Zahnradgetriebes eine dem benachbarten Ringrad zugewandte Außenfläche des einen Ringrades außen eine bis zum Fuß der äußeren Kupplungs- Stirnverzahnung reichende Nut aufweisen, um Schmiermittel bis zu den in Eingriff stehenden Seitenflächen der Verzahnungen zu leiten. Das Schmiermittel, das den Laufverzahnungen und den Lauflagern für die Planetenräder zugeführt wird, wird durch Fliehkrafteffekte durch den Spalt zwischen den Ringrädern gedrückt.

Bei einer anderen Weiterbildung des erfindungsgemäßen Zahnradgetriebes weist mindestens eines der Ringräder radiale Nuten auf, um Schmiermittel über die Außenflächen des Ringrades zu der Zahnspalte oder zu den in Eingriff stehenden Seitenflächen der Ringräder zu befördern.

Im folgenden wird das Zahnradgetriebe an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch einen Teil eines bekannten Epizykloid- Zahnradgetriebes;

Fig. 2 eine schematische, auszugsweise dargestellte Ansicht, aus der die Folgen des in der Vorrichtung nach Fig. 1 entstehenden "Inside Out"-Effekts hervorgehen;

Fig. 3 einen schematischen Schnitt, ähnlich wie in Fig. 1, aus dem der wesentliche Bestandteil einer beispielhaften Vorrichtung gem. der Erfindung hervorgeht; und

Fig. 4 eine schematische, auszugsweise vorgenommene Ansicht, aus der hervorgeht, wie der "Inside Out"-Effekt aufgrund der Erfindung unterbunden wird.

Fig. 1 und 2 zeigen wesentliche Teile eines Epizykloid-Zahnradgetriebes gem. Stand der Technik. Diese Vorrichtung enthält einen Kupplungsring 10, der über ein Teil 12 mit einer für den unteren Geschwindigkeitsbereich ausgelegten Welle (nicht gezeigt), beispielsweise in einer sternähnlichen Getriebevorrichtung, verbunden ist. Der Ring 10 besitzt eine innen angebrachte Kupplungs-Stirnverzahnung (nicht gezeigt), die mit einer äußeren Kupplungs-Stirnverzahnung 14 auf einem inneren Kupplungsring 16 in Eingriff steht. Der Ring 16 besitzt eine zweireihige, innen angebrachte und gegenläufig ausgeführte Kupplungs-Schrägverzahnung (nicht gezeigt) in der Nähe seines Rands.

Außerdem weist die Vorrichtung zwei zueinander ähnliche Ringräder 18, 20 auf, die einander benachbart auf einer gemeinsamen Achse angebracht sind und jeweils eine äußere, gegenläufig ausgeführte Kupplungs- Schrägverzahnung 22 bzw. 24 besitzen, welche mit der Kupplungsverzahnung des Rings 16 in Eingriff steht.

Die Ringräder 18, 20 haben jeweils eine innen angebrachte Schrägverzahnung 26, 28, welche gegenläufig ausgeführt sind. Planetengetrieberäder (nicht gezeigt) - in sternähnlichen Getriebevorrichtungen oft als Sterngetrieberäder bezeichnet - weisen je eine zweireihige, gegenläufig ausgeführte Lauf-Schrägverzahnung auf und sind in Lauflager auf einem Träger (nicht gezeigt) innerhalb der Ringräder 18, 20 gefaßt; ihre Verzahnungen sind in die jeweiligen Verzahnungen der Ringräder 18, 20 eingerückt.

Ein Sonnenrad (nicht gezeigt) steht in bekannter Weise mit den Planetenrädern in Eingriff.

Befindet sich die Vorrichtung im laufenden Zustand, so entstehen Kräfte an der Lauf-Schrägverzahnung der Ringräder 18, 20, welche tangential, radial und transversal (d. h. parallel zur Rotationsachse der Ringräder) wirken.

Geringfügige, winkelige Verlagerungen zwischen der Rotationsachse des Teils 10 und der gemeinsamen Rotationsachse des Teils 16 und der Ringräder 18, 20 werden durch relatives Längsschieben der Verzahnung 14 und der darin eingerückten Verzahnung ausgeglichen.

Gem. Fig. 2 entstehen Transversalkräfte T an den Zentren 30, 32 der zu den Ringrädern 18, 20 gehörigen Laufverzahnungen 26, 28, denen Reaktionskräfte T (R) von der Kupplungsschrägverzahnung des Kupplungsrings 16 entgegenwirken, wobei die Reaktionskräfte auf die Zentren 34, 36 der jeweiligen, zu den Ringrädern 18, 20 gehörigen Kupplungsschrägverzahnungen 22, 24 wirken. Die Zentren 34, 36 der Kupplungsverzahnungen 22, 24 sind von den Zentren 30, 32 der jeweiligen Laufverzahnungen 26, 28 auswärts versetzt, so daß eine Drallung auf jedes Ringrad 18, 20 ausgeübt wird, die den als "Inside Out"-Effekt bekannten Drehfehler (gezeigt) erzeugt.

Fig. 3 zeigt ein Beispiel eines sternähnlichen Getriebes gem. Erfindung, bei der der in Fig. 1 gezeigte Kupplungsring 16 eliminiert ist.

Diese Vorrichtung umfaßt einen Kupplungsring 40, der über eine Komponente 42 mit einer für den unteren Geschwindigkeitsbereich vorgesehenen Welle 44 verbunden ist. Der Ring 40 besitzt eine innere Kupplungs-Stirnverzahnung (nicht gezeigt), die mit äußeren, auf dazugehörigen Ausläufern 52, 54 befindlichen Kupplungs-Stirnverzahnungen 56, 58 der Ringräder 46, 48 in Eingriff ist.

Die Ringräder 46, 48 sind einander benachbart an einer gemeinsamen Achse 49 angebracht und haben jeweils innere Lauf-Schrägverzahnungen 60, 62, die gegenläufig ausgeführt sind.

Planetengetrieberäder 64, die jeweils zwei gegenläufig ausgeführte Lauf-Schrägverzahnungen 66, 68 aufweisen, sind in Lauflager an einem Träger 70 innerhalb der Ringräder 46, 48 gefaßt; deren Verzahnungen 66, 68 sind mit den jeweiligen Verzahnungen 60, 62 der Ringräder 46, 48 in Eingriff. Der Träger 70 ist mit einem Reaktionsmomentteil 71 verbunden. Ein Sonnenrad 72 ist mit den Planetenrädern 64 in bekannter Weise in Eingriff.

Die Ausläufer 52, 54 der Ringräder 46, 48 erstrecken sich aufeinander zu, wobei die äußeren Kupplungs-Stirnverzahnungen 56, 58 einander benachbart sind. Die aneinander liegenden Seitenflächen 74, 76 der Verzahnungen 56, 58 sind miteinander in Eingriff.

Aus Fig. 4 sind weitere Einzelheiten beim Ringrad 48 ersichtlich; das andere Ringrad 46 ist ähnlich.

Die Transversal- bzw. Radialkräfte T bzw. R wirken auf die zum Ringrad 48 gehörende Laufverzahnung 62, welche die effektiven Zentren 78 aufweist.

Die in die Seitenflächen 74 der Verzahnung 56 des Ringrads 46 eingreifenden Seitenflächen 76 der Verzahnung 58 bilden gemeinsam Anlageflächen des Ringrades 48, die Seitenflächen 74 der Verzahnung 56 Anlageflächen des Ringrades 46.

Das Ringrad 46 wirkt den Transversalkräften T an der Verzahnung 58 des Ringrads 48 dadurch entgegen, daß es Reaktionskräfte erzeugt, die parallel zu den Kräften T auf die Anlageflächen 76 wirken. Letztere sind von den Zentren 78 in einer Entfernung D1 radial versetzt, so daß ein rechtsläufiges Verdrillmoment im Uhrzeigersinn auf das Ringrad 48 ausgeübt wird.

Den radialen Kräften R an der Verzahnung 62 wirkt der Kupplungsring 40 entgegen, indem er auf die Zahnflanken 58 wirkende Reaktionskräfte erzeugt.

Die Kräfte an der Kupplungsverzahnung sind in Wirklichkeit über eine Vielzahl von Zähnen verteilt. Zur leichteren Verständlichkeit sind die Radial- und Transversalkräfte in derselben Ebene wirkend wie die Kräfte an der Laufverzahnung dargestellt.

Die radiale Komponente R (R) der Reaktionskraft an der Kupplungsverzahnung 58 ist von den Zentren 78 der Verzahnung 62 zum anderen Ringrad 46 hin axial versetzt, so daß ein linksläufiges Verdrillmoment auf das Ringrad 48 ausgeübt wird.

Da die Verdrillmomente im einander entgegengesetzten Sinn wirken, ist der Drehfehler erheblich reduziert und in manchen Fällen eliminiert.

Die Größe der Transversalkräfte T entspricht der Größe der Reaktionskräfte T (R); diese Größe ergibt sich als Produkt aus der am Zahn angreifenden Tangentialkraft bei der Verzahnung 60 oder 62 und dem Tangens des Schrägverzahnungswinkels.

Die Radialkraft R entspricht dem Produkt aus der Tangentialkraft bei der Verzahnung 60 oder 62 und dem Tangens des Zahneingriffswinkels für die Verzahnung 60 oder 62.

Die Größe der Reaktionskraft R(R) entspricht nicht der Größe der Kraft R, sondern ist das Produkt aus (i) der Tangentialkraft an der Verzahnung 60 oder 62; (ii) des Tangens des Eingriffswinkels bei der Kupplungsverzahnung 56 oder 58; (iii) des Quotienten r1 geteilt durch r2, wobei r1 für den Radius der Laufverzahnung 62 (oder 60) zu den Zentren 78 und r2 für den Radius der Kupplungsverzahnung 58 (oder 54) zu den wirksamen Zentren jener Verzahnung steht.

Das linksläufige Verdrillmoment hat den Wert R (R) D2 + R D3, wobei D2 und D3 für die Entfernungen zwischen den jeweiligen Wirkungslinien der Reaktionskräfte R (R) und der Radialkräfte R vom Massenpunkt 80 des Teilelementes des Ringrads stehen, das durch das in Fig. 4 gezeigte Profil dargestellt ist.

Demnach werden die einander gegenläufigen Verdrillmomente meist ungleich sein, weil die Abmessungen der Ringräder in erster Linie von anderen Faktoren bestimmt werden; es besteht jedoch die Möglichkeit, daß die Verdrillmomente einander gleichen.

Winkelige Versetzungen zwischen der Rotationsachse des Teils 40 und der gemeinsamen Rotationsachse der Ringräder 46, 48 sind durch relatives Längsschieben zwischen den Kupplungs-Stirnverzahnungen 56, 58 und der inneren damit in Eingriff stehenden Stirnverzahnung des Teils 40 ausgleichbar.

Gem. Fig. 1 und 3 sind die Kupplungs-Verzahnungen 14, 22, 24, 56 und 58 zwischen Befestigungsfederringen 84 gehalten. Die Ringe 84 in den Teilen 10, 40 sind in jedem Fall meist parallel zur Rotationsachse derselben Teile verschiebbar, um die durch oben erörterte winkelige Versetzung verursachte Verbindung zwischen den Teilen 10 und 16 oder zwischen dem Teil 40 und den Ringrädern 46, 48 auszugleichen.

Eine Außenfläche 86 des Ringrades 46 enthält außen eine bis zum Fuß der Verzahnung 56 reichende Nut, um Schmiermittel zu den in Eingriff stehenden Seitenflächen der Verzahnungen 56, 58 zu leiten. Das Schmiermittel, das den Laufverzahnungen 60, 62 und den Lauflagern für die Planetenräder zugeführt ist, wird durch Fliehkrafteffekte durch den Spalt zwischen den Ringrädern 46, 48 gedrückt.

Bei einigen Abwandlungen (nicht gezeigt) reicht der ausgesparte Bereich nicht bis zum Fuß der Verzahnung, oder es ist keine Aussparung vorhanden; in diesen Fällen sind radiale Nuten oder andere Mittel vorgesehen, um Schmiermittel über die Außenfläche des Ringrades zu der Zahnspalte oder zu den in Eingriff stehenden Seitenflächen der Ringräder zu befördern. In einigen Fällen ist kein Eingriff zwischen den Seitenflächen der Verzahnungen, sondern lediglich zwischen den Seitenflächen sonst wo auf den Ringrädern vorhanden.

Falls gewünscht, sind beide Ringräder an ihren gegenüberliegenden Außenflächen lösbar und können genau gleichartig, nämlich spiegelbildlich sein.

Bei einer weiteren Ausführungsform (nicht gezeigt) ist die Kupplungsverzahnung hinsichtlich der gesamten axialen Länge der beiden aneinandergesetzten Ringräder nicht mittig angeordnet, sondern von der Mitte der Gesamtlänge der Ringräder 46 und 48 versetzt.

Bei einigen Anwendungen (nicht gezeigt) können die Ringräder unterschiedliche axiale Längen aufweisen, wobei die Versetzungen der Kupplungsverzahnungen von der Mitte der jeweiligen Ringräder ebenfalls unterschiedlich sein dürfen.

Bei einer weiteren Ausgestaltung (nicht gezeigt) sind die gegenüberliegenden Widerlagerflächen der Ringräder in Zwischenringeinrichtungen zwischen den Ringräder eingerückt, anstatt unmittelbar miteinander in Eingriff zu stehen, wobei Schmiermittel für die gesamte in Eingriff stehende Fläche vorgesehen sind.

Die Erfindung ist auf Epizykloid-Getriebevorrichtungen anwendbar, seien es Planeten-, Stern-, Sonnen-, Differential- oder andere Zahnradgetriebesysteme ähnlicher oder analoger Art.

Bei der an Hand der Zeichnung beschriebenen Vorrichtung ist der "Inside Out"-Effekt durch eine Drehmomentübertragung über die Vorrichtung, die in lediglich einem einzigen Richtungssinn stattfindet, unterbunden.

Bei einer anderen Ausführung (nicht gezeigt) ist das Teil 40 mit dem anderen Teil der Vorrichtung durch Kupplungsverzahnung anstelle von Bolzen verbunden.

Claims (2)

1. Zahnradgetriebe mit Zahnrädern (64), die jeweils zwei gegenläufig ausgeführte, äußere Schrägver­ zahnungen aufweisen, die jeweils mit der inneren Lauf-Schrägverzahnung (60, 62) zweier Ringräder (46, 48) mit gleichem Durchmesser in Eingriff ste­ hen, welche einander benachbart auf einer ge­ meinsamen Achse gelagert sind, und mit einem ring­ förmigen Kupplungsteil (40) mit innerer Kupplungs- Stirnverzahnung, welche zu den Ringrädern (46, 48) konzentrisch angeordnet und mit denselben gekuppelt ist, wobei die einander gegenüberliegende, ge­ schmierte Anlageflächen (74, 76) aufweisenden Ringräder (46, 48) jeweils äußere Kupplungs-Stirn­ verzahnungen (56, 58) aufweisen, die von den Zen­ tren (78) der Lauf-Schrägverzahnungen (60, 62) der jeweiligen Ringräder (46, 48) versetzt sind und mit der inneren Kupplungs-Stirnverzahnung des Kupp­ lungsteils (40) in Eingriff stehen, wodurch den je­ weiligen, an den Zentren (78) und parallel zur ge­ meinsamen Achse (49) wirkenden Transversalkräften entsprechende entgegengesetzte Reaktionskräfte ent­ gegen wirken, welche durch die Ringräder (46, 48) wechselseitig aufeinander ausgeübt werden, dadurch gekennzeichnet, daß Schmiermittel vom Inneren der Ringräder (46, 48) durch Fliehkraft zu den im Eingriff miteinander stehenden Seitenflächen (74, 76) der Kupplungs- Stirnverzahnungen (56, 58) durch einen Schmierspalt geleitet wird, der durch eine zumindest an einer der einander gegenüberliegenden Anlageflächen der Ringräder (46, 48) vorgesehene, auswärts bis zum Fuß der Kupplungs-Stirnverzahnungen (56, 58) reichende Ausnehmung in Verbindung mit der anderen der einander gegenüberliegenden Anlageflächen ge­ bildet wird.

2. Zahnradgetriebe gem. Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungsverzahnungen (56, 58) auf den Ringrädern (46, 48) von den Zentren (78) der Lauf- Schrägverzahnung (60, 62) auf den Ringrädern (46, 48) zueinander gleich weit versetzt sind.