DE4213992A1 - Antriebseinheit zur uebertragung von drehmomenten und axialkraeften - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Antriebseinheit zur Übertragung von Drehmomenten und Axialkräften zwischen einem Getriebe und einem Arbeitsorgan, wobei Relativbewegungen zwischen dem Getriebe und der Lagerkonstruktion des Arbeitsorgans auf­ treten.

Bekannt ist, daß zur Lösung derartiger Antriebsprobleme, ins­ besondere wenn hohe Drehmomente und hohe Axialkräfte übertragen werden müssen, zwischen Getriebe und Arbeitsorgan eine winkel­ bewegliche Kupplung zur Übertragung des Drehmomentes eingesetzt wird, die zusätzlich ein Gelenk besitzt, welches die hohen Axialkräfte unabhängig von der Drehmomentenübertragung weiter­ leitet. Bei geringen Axialkräften setzt man entweder allseits elastische oder nur biegeelastische Kupplungen ein oder winkelbewegliche drehstarre Kupplungen mit geringerer Axial­ kraftübertragungsfähigkeit. Der Nachteil der bekannten Lösungen ist, daß diese bei großen Axialkräften den Einsatz einer teuren Spezialkupplung im Abtrieb der Getriebe erfordern. Insbesondere bei großen Getrieben entstehen dadurch hohe Zusatzkosten. Außerdem sind die Kupplungen störanfällig, da die Verschleiß­ probleme, hervorgerufen durch Reibungsvorgänge, nur schwer beherrschbar sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Antriebseinheit zur Übertragung von Drehmomenten und Axialkräften zwischen Getriebe und Arbeitsorgan zu schaffen, die ohne den Einsatz einer gelenkigen axialkraftübertragenden Kupplung hohe Lagever­ änderungen zwischen Getriebe und Arbeitsorgan ermöglicht. Ferner soll die Erfindung die Übertragung hoher Axialkräfte ge­ währleisten und für den Einsatz in Großantrieben geeignet sein.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß zwischen dem Getriebe und dem Arbeitsorgan eine gelenkige, dreh- und biege­ starre Verbindungswelle ohne äußeren Gelenkpunkt gelenkig ange­ ordnet ist. Die Abtriebsstufe des Getriebes ist als Planeten­ radsatz mit Geradverzahnung ausgebildet, dessen Planetenträger mittels der dreh- und biegestarren Verbindungswelle mit dem Ar­ beitsorgan verbunden und in sphärisch ausgebildeten Lagern ge­ lagert ist, deren gemeinsames Zentrum im Schnittpunkt von Dreh- und Symmetrieachse des Planetenträgers liegt. Die Planetenräder sind auf sphärischen Lagern gelagert und die Verbindungswelle ist innerhalb des Getriebes im Getriebegehäuse gemeinsam mit dem Planetenträger in den sphärischen Lagern axial und radial außerhalb des Getriebes in einem Lager radial gelagert.

Zur Lagerung des Planetenträgers können entweder Axialpendel­ rollenlager oder sphärische Kippsegment-Gleitlager eingesetzt werden. Beim Einsatz von Axialpendelrollenlager sind zur Er­ zeugung der erforderlichen Vorspannung des jeweils von Axial­ belastung freien Lagers beidseitig hydraulisch beaufschlagbare Ringkolben angeordnet. Zur Lagerung der Planetenräder sind Radialpendelrollenlager oder sphärisch wirkende Gleitlager angeordnet. Das Sonnenritzel bleibt stets in Achslage und weist im Eingriff mit den Planetenrädern ein größeres Zahnspiel auf als das Zahnspiel zwischen den Planetenrädern und dem Innen­ zahnkranz.

Die Wirkungsweise dieser Antriebseinheit ist folgende: Der in sphärischen Lagern gelagerte Planetenträger ist in diesen Lagern nach allen Richtungen frei schwenkbar. Aufgrund der ebenfalls sphärisch gelagerten Planetenräder wird unter Wirkung des übertragbaren Drehmomentes beim Schwenken des Planetenträgers keine Veränderung der Achsrichtung der Plane­ tenräder und des Sonnenritzels erfolgen, sondern lediglich eine Achsabstandsvergrößerung zwischen Planetenrädern und Sonnenrad und eine Achsabstandsverringerung zwischen Planetenrädern und Sonnenritzel, ohne daß das Sonnenritzel seine Lage im Raum ver­ ändert. Die Verbindung zwischen dem schwenkbaren Planetenträger und dem Arbeitsorgan wird durch eine starre Welle hergestellt, die lediglich radial gelagert ist. Typisch für viele Antriebs­ fälle ist die Tatsache, daß zwischen dem Fundament des Getriebes und dem Fundament des Radiallagers der Verbindungswelle zum Arbeitsorgan Relativbewegungen stattfinden, die mit dieser Anordnung ohne Zwangs- und Rückstellkräfte verschleißfrei verkraftet werden können. Die sphärischen Lager des Planeten­ trägers übernehmen sowohl große Axialkräfte in beiden Richtungen als auch die Radialkräfte aus der Massenwirkung von Planetenträger und einem Teil der Verbindungswelle und Radial­ kräfte aus dem Prozeß des Arbeitsorgans. Um stabile Laufbedingungen der Lager zu gewährleisten, ist es erforder­ lich, insbesondere bei der Verwendung von Axialpendelrollen­ lagern, beide Lager gegeneinander mechanisch oder hydraulisch zu verspannen. Je nach dem Verhältnis zwischen Radial- und Axialkräften ist die Größe der Verspannkräfte zu dosieren.

Der Vorteil der Erfindung besteht vor allem darin, daß auf den Einsatz einer störanfälligen und teuren Kupplung ver­ zichtet werden kann. Die vorgeschlagene Lösung verursacht im Vergleich zu einer Kupplung nur einen sehr geringen Kosten­ aufwand und gewährleistet ein ausgezeichnetes Betriebsver­ halten. Sie ist störunanfällig und ermöglicht problemlos die Übertragung hoher Axialkräfte.

Die erfindungsgemäße Antriebseinheit ist sowohl verwendbar bei der Übersetzung des Getriebes vom Schnellen ins Langsame, wie z. B. beim Antrieb des Graborgans eines Schneidkopfbaggers, als auch im umgekehrten Falle, wenn der Kraftfluß von der langsam­ drehenden zur sohnellaufenden Welle geht, wie im Falle des An­ triebes durch eine Wasserturbine. Einen weiteren Anwendungs­ fall stellen Schiffshauptantriebe dar, bei denen der Motor mit der erfindungsgemäßen Antriebseinheit verbunden ist, wobei beide gemeinsam auf einem elastisch gelagerten Fundamentrahmen ange­ ordnet sind, und von dieser beweglichen Einheit ein Schiffs­ propeller angetrieben wird, der im Stevenrohrlager radial ge­ lagert ist.

Der Vorteil dieser Anordnung besteht darüber hinaus darin, daß erstmals eine völlige Trennung der Antriebseinheit bestehend aus Dieselmotor, Getriebe und Propellerwelle bezüglich der Übertragbarkeit von Körperschall zum Schiffsrumpf erfolgen kann, vorausgesetzt Motor und Getriebe sind auf Rahmen be­ festigt, die nach allen Richtungen zum Schiffsrumpf durch elastische und gleichzeitig dämpfende kraftübertragende Federelemente abgestützt sind und das Stevenrohrlager eben­ falls eine elastische Verbindung zum Schiffsrumpf besitzt (Gummilagerung). Diese Lösung gewährleistet bei optimaler Abstimmung der Federsteife und Dämpfung der Federelemente eine überragende Körperschalldämmung.

Die Erfindung soll nachstehend an einem Beispiel erläutert werden.

In der zugehörigen Zeichnung ist die erfindungsgemäße Antriebs­ einheit im Längsschnitt dargestellt.

Das Getriebe 12 ist mittels einer starren Verbindungswelle 4 mit dem Arbeitsorgan 5 verbunden. Die Abtriebsstufe des Ge­ triebes 12 ist als geradverzahnte Planetenstufe ausgebildet, wobei der Innenzahnkranz 1 drehfest mit dem Gehäuse 2 ver­ bunden ist. Die Verbindungswelle 4 ist getriebeseitig mit dem Planetenträger 3 verbunden. Dieser ist beidseitig in sphärischen Axialpendelrollenlagern 6 gelagert. Der Schwenkmittelpunkt M liegt auf dem Schnittpunkt zwischen Rotations- und Symmetrie­ achse des Planetenträgers 3, so daß der Planetenträger 3 neben seiner Rotation erhebliche Schwenkbewegungen ausführen kann. Die Planetenräder 7 sind auf Radialpendelrollenlagern 8 ge­ lagert und erlauben ihrerseits eine freie Beweglichkeit des Planetenträgers 3, wobei stets die Achslage des Sonnenritzels 9 erhalten bleibt. Da die Schwenkbewegung zu einer Achsabstands­ verringerung zwischen Sonnenritzel 9 und Planetenrädern 7 führt, ist zwischen diesen beiden Übertragungselementen ein größeres Zahnspiel als zwischen den Planetenrädern 7 und dem Innenzahn­ kranz 1 vorgesehen.

Die Verbindungswelle 4 zwischen Getriebe 12 und Arbeits­ organ 5 ist einmal gemeinsam mit dem Planetenträger 3 im Getriebegehäuse 2 in den sphärischen Lagern 6 axial und radial und in einer zweiten Lagerstelle 10 in der Nähe des Arbeits­ organs 5 nur radial gelagert.

Bei der Verwendung von Axialpendelrollenlagern zur Lagerung des Planetenträgers 3 erfolgt über beiderseits angeordnete hydraulisch beaufschlagbare Ringkolben 11 die erforderliche Vorspannung des jeweils von Axialbelastung freien Lagers.

Claims (6)

1. Antriebseinheit zur Übertragung von Drehmomenten als auch Axialkräften, zwischen einem Getriebe und einem Arbeits­ organ, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Getriebe (12) und dem Arbeitsorgan (5) eine dreh- und biegestarre Verbindungswelle (4) ohne äußeren Gelenkpunkt gelenkig angeordnet ist.

2. Antriebseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtriebsstufe des Getriebes (12) als Planetenrad­ satz mit Geradverzahnung ausgebildet ist, dessen Planeten­ träger (3) mittels der dreh- und biegestarren Verbindungs­ welle (4) mit dem Arbeitsorgan (5) verbunden und in sphärisch ausgebildeten Lagern (6) gelagert ist, deren ge­ meinsames Zentrum im Schnittpunkt von Dreh- und Symmetrie­ achse des Planetenträgers (3) liegt und dessen Planeten­ räder (7) auf sphärischen Lagern (8) gelagert sind und die Verbindungswelle (4) innerhalb des Getriebes (12) im Getriebegehäuse (2) gemeinsam mit dem Planetenträger (3) in den sphärischen Lagern (6) axial und radial und außer­ halb des Getriebes (12) in einem Lager (10) radial ge­ lagert ist.

3. Antriebseinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Lagerung des Planetenträgers (3) Axialpendelrollen­ lager angeordnet sind, wobei zur Erzeugung der erforder­ lichen Vorspannung des jeweils von Axialbelastung freien Lagers, beidseitig hydraulisch beaufschlagbare Ringkolben (11) angeordnet sind.

4. Antriebseinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Lagerung des Planetenträgers (3) sphärische Kipp­ segment-Gleitlager angeordnet sind.

5. Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Planetenräder (7) auf Radialpendel­ rollenlagern oder sphärisch wirkenden Gleitlagern gelagert sind.

6. Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Sonnenritzel (9) stets in Achslage bleibt und im Eingriff mit den Planetenrädern (7) ein größeres Zahnspiel als zwischen den Planetenrädern (7) und dem Innenzahnkranz (1) vorgesehen ist.