DE4328477C2 - Antriebsaggregat - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Antriebsaggregat mit einem anzutreibenden Zahnkranz und mindestens einem mit dem Zahnkranz kämmenden Abtriebsritzel, wobei das Abtriebs­ ritzel fliegend gelagert und von der Abtriebswelle eines leistungsverzweigten Antriebes antreibbar ist.

Derartige Antriebsaggregate sind aus der Praxis in ver­ schiedenen Ausführungsformen bekannt und finden beispiels­ weise bei Mühlenantrieben, Trommelantrieben, Antrieben für Schnitzelpressen und Extraktionstürmen in der Zuckerin­ dustrie oder dergleichen Verwendung. Der leistungsver­ zweigte Antrieb für das mit dem Zahnkranz kämmende Ab­ triebsritzel weist regelmäßig ein Planetengetriebe auf, welches häufig mit einer weiteren Vorstufe wie beipiels­ weise einem Stirnradgetriebe kombiniert ist. Bei den be­ kannten Antriebsaggregaten ist der Zahneingriff zwischen dem Abtriebsritzel und dem Zahnkranz unbefriedigend. Denn aus Fertigungsungenauigkeiten und Gehäusedeformationen in Folge von Temperatureinwirkungen und der Elastizität des Gehäuses aber auch wegen der verschiedenen Wellen und ihrer Lagerungen resultieren Eingriffsungenauigkeiten. Aus den Eingriffsungenauigkeiten resultiert ein erhöhter Verschleiß des fliegend gelagerten Abtriebsritzels. Man hat sich be­ reits bemüht, diese Nachteile zu vermeiden.

So kennt man, eine leistungsverzweigende Antriebsvorrichtung für ein Drehrohr, die mindestens zwei drehfeste Abtriebs­ zahnräder aufweisende Zwischenwellen besitzt, deren in einem Gehäuse gelagerte Abtrieszahnräder mit einem mit dem Drehrohr befestigten Zahnrad im Eingriff stehen und deren Abtriebszahnräder sich zum Zahnrad einstellen können. Das Gehäuse ist während des Betriebs starr auf einem Fundament befestigt. Jedes Abtriebszahnrad ist mittels einer Ballig­ zahnkupplung und einer sphärischen Lagerung frei ver­ schwenkbar auf der jeweiligen Zwischenwelle angeordnet. Diese Antriebsvorrichtung ist verhältnismäßig konstruk­ tions- und bauaufwendig, schon weil sie den Einsatz von zumindest zwei Abtriebszahnrädern verlangt.

Ähnliche Nachteile müssen bei einer anderen bekannten An­ triebsvorrichtung in Kauf genommen werden, bei welcher der Zahnkranz mittels eines fliegend gelagerten Ritzels ange­ trieben wird, das im Inneren eines Gestells angeordnet ist, welches Rollkörper aufweist, die auf inneren Bahnen konzentrisch zu der Verzahnung des Zahnkranzes rollen und das Gestell auf dem Zahnkranz im Betriebsachsabstand durch eine elastische Antriebsstütze halten sollen. Die Antriebs­ stütze wird durch einen an dem Gestell angelenkten Zylinder mit einem Kolben gebildet, dessen verlängerte Kolbenstange in einem Festpunkt angelenkt ist. Darüber hinaus verlangt das Gestell eine weitere Abstützung mittels einer angelenk­ ten Kupplungsstange.

Im übrigen kennt man eine Vorrichtung für den automatischen Ausgleich von Ausfluchtungsfehlern zwischen den Achsen zweier im Eingriff stehender Zahnräder, wobei eine Pendel­ kupplung zwischen einem Antriebsritzel und der zugehörigen Übertragungswelle vorgesehen ist. Die Pendelkupplung be­ steht aus einem Pendellager, welches mit der Übertragungs­ welle fest verbunden ist und eine radiale Last trägt, aus einem Zahnkranz mit gewölbtem Zähnen, der ebenfalls mit der Übertragungswelle fest verbunden ist sowie aus einer Hülse, die koaxial zwischen der Übertragungswelle und dem An­ triebsritzel angeordnet ist. Die Hülse weist eine gerade Innenverzahnung auf, die mit dem Zahnkranz im Eingriff steht, ferner eine gewölbte Außenverzahnung, die mit einer geraden Innenverzahnung des Antriebsritzels im Eingriff steht (vgl. DE-OS 28 17 106).

Außerdem ist ein Umlaufgetriebe bekannt, bei dem der Kraft­ fluß von einem ersten inneren Zentralrad über Umlaufräder und Umlaufträger auf ein zweites inneres Zentralrad ver­ läuft und das eine innere Zentralrad einseitig in einem Pendelrollenlager schwenkbar gelagert ist (vgl. DE-GM 77 36 479).

Ferner wird eine Vorrichtung für den automatischen Aus­ gleich von Ausfluchtungsfehlern zwischen Achsen zweier im Eingriff stehender Zahnräder beschrieben. Diese Vorrichtung umfaßt eine Pendelkupplung zwischen einem Abtriebsteil und der zugehörigen Übertragungswelle, wobei die Pendelkupplung aus einem mit der Übertragungswelle fest verbundenen Pen­ dellager, einem Zahnkranz mit gewölbten Zähnen sowie einer Manschette besteht. Diese Manschette ist koaxial zwischen der Übertragungswelle und dem Antriebsteil angeordnet, wobei die Manschette eine gerade Innenverzahnung besitzt, die mit dem Zahnkranz im Eingriff steht. Zusätzlich weist die Manschette eine gewölbte Außenverzahnung auf, welche mit einer geraden Innenverzahnung des Antriebsteils im Eingriff steht.

Der gegenseitige Abstand der Zahnräder im Eingriff ist derart ausgestaltet, daß das Antriebsteil um einen Mittel­ punkt des Pendellagers und die Manschette pendeln kann, welche dieser Pendelbewegung folgt. Bei dem Pendellager handelt es sich um ein Tonnenwalzenlager oder ein Kugel­ gelenk. Insgesamt wird hier das Ziel verfolgt, eine Vorrichtung zur Verbindung eines Zahnrades mit einer Lagerwelle zu schaffen, bei welcher gegebenenfalls auftre­ tende Ausfluchtungsfehler automatisch und kontinuierlich ausgeglichen werden. Die Vorrichtung soll ferner die wirksame Übertragung beliebig großer Kräfte gestatten (vgl. DE-OS 28 17 106).

Durch die US 3 309 936 ist ein Reduziergetriebe mit einer Antriebswelle und einer zugehörigen Außenverzahnung bekannt geworden, welche mit einer innenverzahnten Getriebehülse kämmt. Diese Getriebehülse ist in Wälzlagern gelagert und besitzt im übrigen eine Außenverzahnung, welche mit einem Getrieberad kämmt.

Darüber hinaus gehört zum Stand der Technik ein Kippan­ trieb, bei welchem ein Konverter mittels zweier Kippzapfen kippbar gelagert ist und ein an einem Kippzapfen be­ festigtes Großrad aufweist. In dieses greift ein angetrie­ benes Ritzel ein, wobei das Großrad und das Ritzel von einem am Kippzapfen aufgehängten Getriebegehäuse umgeben sind (vgl. DE 30 43 908 C3).

Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, ein Antriebsaggregat der eingangs beschriebenen Ausführungsform zu schaffen, welches sich hinsichtlich des Antriebes und der Lagerung des Abtriebsritzels durch eine besonders einfache, kompakte und funktionsgerechte Bauweise aus­ zeichnet und dennoch optimalen Zahneingriff selbst bei Übertragung extrem hoher Antriebsleistungen gewährleistet.

Zur Lösung dieses technischen Problems ist Gegenstand der Erfindung ein Antriebsaggregat mit einem Zahnkranz und einem mit dem Zahnkranz kämmenden Abtriebsritzel, wobei

• - das Abtriebsritzel fliegend gelagert und von der Abtriebswelle eines leistungsverzweigten Antriebes antreib­ bar ist,
• - das Abtriebsritzel auf einem die Abtriebswelle umgebenden Lagergehäuse unter Zwischenschaltung eines Wälzlagers mit Wälzkörpern pendelbeweglich gelagert und über eine auf der Abtriebswelle drehfest angeordnete Zahnkupplung mit einer pendelbeweglichen Kupplungsverzahnung angetrieben ist,
• - unter Bildung der Zahnkupplung das Abtriebsritzel eine Innenverzahnung aufweist,
• - auf der Abtriebswelle eine Kupplungsbuchse mit einer mit der Innenverzahnung kämmenden Außenverzahnung drehfest angeordnet ist, deren Zahnrücken bogenförmig oder ballig ausgebildet sind, wodurch die pendelbewegliche Zahnkupplung verwirklicht ist, und wobei
• - das Lagergehäuse außenumfangsseitig einen Innenring oder eine Laufbahn für die Wälzkörper bildet. - Diese Maßnahmen der Erfindung haben zunächst einmal zur Folge, daß gleichsam eine sphärische Lagerung für das Abtriebsritzel unter Verwendung eines reibungsarmen Wälzlagers erreicht wird. Aus dieser sphärischen Lagerung resultiert stets optimaler Zahneingriff, so daß Gehäusedeformationen und Fertigungsungenauigkeiten kompensiert werden. Das gilt aber auch hinsichtlich Ungenauigkeiten beim Ausrichten des erfindungsgemäßen Antriebsaggregates an der Einbaustelle. Ebenso wirken sich belastungsbedingte Verlagerungen des Antriebsaggregates auf das Breitentragen der Verzahnung zwischen Abtriebsritzel und Zahnkranz nicht länger aus. Die reibungsarme Lagerung und der optimale Zahneingriff sind auch bei hohen Zahnbeanspruchungen bzw. bei extrem hoher Leistungsübertragung gewährleistet. Insoweit ist eine funktionssichere Bauweise gegeben. Darüber hinaus wird aber auch eine einfache und platzsparende Bauweise erreicht, weil das erfindungsgemäße Antriebsaggregat in bezug auf den Antrieb und die Lagerung des Abtriebsritzels mit lediglich einem Wälzlager und einer Zahnkupplung auskommt, die koaxial zu der Abtriebswelle bzw. dem Abtriebsritzel angeordnet sind.

Weitere erfindungswesentliche Merkmale sind im folgenden aufgeführt. So ist die Verzahnung zwischen dem Abtriebs­ ritzel und dem Zahnkranz bevorzugt als Evolventenverzahnung ausgebildet, welche das Abtriebsritzel gegen Achsabstands­ änderungen unempfindlich macht und eine in bezug auf das Breitentragen der Verzahnung optimale Anpassung an die Verzahnung des Zahnkranzes gewährleistet. Das Wälzlager ist vorzugsweise als Pendelrollenlager ausgebildet und er­ möglicht dadurch nicht nur eine schwenkbewegliche Lagerung des Abtriebsritzel, sondern kompensiert zugleich Wellen­ durchbiegungen und kann sowohl hohe Axialkräfte als auch Radialkräfte entnehmen. Nach einer bevorzugten Ausführungs­ form der Erfindung ist vorgesehen, daß das Abtriebsritzel eine Innenbohrung aufweist, welche den Außenring für die Wälzkörper des Wälzlagers bildet. Sofern es sich bei diesem Wälzlager um ein Pendelrollenlager handelt, sieht die Erfindung vor, daß die Innenbohrung eine hohlkugelförmige Laufbahn für die Wälzkörper des Pendelrollenlagers bildet. Dadurch besteht die Möglichkeit, ein Wälzlager mit einem größeren Querschnitt und folglich mit einer höheren Tragfähigkeit einzusetzen. Das gilt im übrigen auch dann, wenn das Lagergehäuse außenumfangsseitig einen Innenring für die Wälzkörper des Wälzlagers bildet und - sofern es sich bei dem Wälzlager um ein Pendelrollenlager handelt - außen­ umfangsseitig eine hohlkugelförmig gewölbte Laufbahn für die Wälzkörper bildet.

Darüber hinaus kann die Außenverzahnung der Kupplungsbuchse selbst bogenförmig ausgebildet sein. Nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß zwischen der Kupplungsbuchse und dem Abtriebsritzel eine Kupplungs­ hülse mit einer mit der Außenverzahnung der Kupplungsbuchse kämmenden Innenverzahnung und einer mit dem Abtriebsritzel kämmenden Außenverzahnung angeordnet ist, und daß zumindest die Außenverzahnung der Kupplungsbuchse und die Außenver­ zahnung der Kupplungshülse bogenförmige Zahnrücken auf­ weisen oder selbst bogenförmig ausgebildet sind. Dabei kann die Kupplungshülse aus Gründen der Platzersparnis als gekröpfte Hülse ausgebildet sein. Insoweit wird nicht nur eine einwandfreie Leistungsübertragung von der Abtriebs­ welle auf das fliegend gelagerte Abtriebsritzel erreicht, sondern ferner die Pendelbeweglichkeit des Abtriebsritzels erhöht. Im übrigen kann die Abtriebswelle an ihrem freien Ende mittels eines Gegenlagers abgestützt sein und die Leistungsverzweigung des Antriebes beispielsweise über ein Stirnradgetriebe und ein Planetengetriebe erfolgen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläu­ tert; es zeigen:

Fig. 1 ein erfindungsgemäßes Antriebsaggregat mit angedeu­ tetem Zahnkranz im Axialschnitt,

Fig. 2 den Gegenstand nach Fig. 1 in Draufsicht mit über den Umfang des Zahnkranzes verteilten und lediglich angedeuteten Antriebsaggregaten,

Fig. 3 einen Vertikalschnitt durch das erfindungsgemäße Antriebsaggregat lediglich im Bereich seiner Ab­ triebswelle und seines Abtriebsritzels, wobei die linke und rechte Zeichnungshälfte unterschiedliche Antriebe für das Abtriebsritzel erkennen lassen,

Fig. 4 den Gegenstand nach Fig. 3 mit einem Gegenlager, und

Fig. 5 einen Vertikalschnitt durch das erfindungsgemäße An­ triebsaggregat lediglich im Bereich seiner Abtriebs­ welle und seines Abtriebsritzels, wobei die linke und rechte Zeichnungshälfte unterschiedliche Antriebe und Wälzlager für das Abtriebsritzel erkennen lassen.

In den Figuren ist ein Antriebsaggregat mit einem anzutrei­ benden Zahnkranz 1 und einem mit dem Zahnkranz 1 kämmenden Abtriebsritzel 2 dargestellt, wobei das Abtriebsritzel 2 fliegend gelagert und von der Abtriebswelle 3 eines lei­ stungsverzweigten Antriebs 4 antreibbar ist. Die Leistungs­ verzweigung erfolgt beispielsweise über ein Stirnradgetriebe und ein Planetengetriebe, die der Einfachheit halber nicht dargestellt sind. Das Abtriebsritzel 2 ist auf einem die Ab­ triebswelle 3 umgebenden Lagergehäuse 5 unter Zwischenschal­ tung eines Wälzlagers 6 pendelbeweglich gelagert und über eine auf der Abtriebswelle 3 drehfest angeordnete Zahnkupp­ lung 7 mit einer pendelbeweglichen Kupplungsverzahnung 8 an­ getrieben. Die Verzahnung 9 zwischen dem Abtriebsritzel 2 und dem Zahnkranz 1 ist als Evolventenverzahnung ausgebil­ det. Das Wälzlager 6 ist ein Pendelrollenlager.

Nach der linken Hälfte der Fig. 3 weist das Abtriebsritzel 2 unter Bildung der Zahnkupplung 7 eine Innenverzahnung 8a auf und ist auf der Abtriebswelle 3 eine Kupplungsbuchse 10 mit einer mit der Innenverzahnung 8a kämmenden Außenverzahnung 8b drehfest angeordnet, deren Zahnrücken bogenförmig bzw. ballig ausgebildet sind. Insoweit wird eine pendelbewegliche Zahnkupplung 7 verwirklicht, obwohl die Innenverzahnung 8a des Abtriebsritzels 2 in herkömmlicher Weise gestaltet ist.

Das gilt auch für die in der rechten Hälfte der Fig. 3 dar­ gestellte Zahnkupplung 7. In diesem Fall weist das Abtriebs­ ritzel 2 ebenfalls eine Innenverzahnung 8a auf, während auf der Abtriebswelle 3 eine Kupplungsbuchse 10 mit einer Außen­ verzahnung 8b drehfest angeordnet ist und zwischen der Kupp­ lungsbuchse 10 und dem Abtriebsritzel 2 eine Kupplungshülse 11 mit einer mit der Außenverzahnung 8b der Kupplungsbuchse 10 kämmenden Innenverzahnung 8c und einer mit dem Abtriebs­ ritzel 2 bzw. seiner Innenverzahnung 8a kämmenden Außenver­ zahnung 8d angeordnet ist. In diesem Fall weist zumindest die Außenverzahnung 8b der Kupplungsbuchse 10 und die Außen­ verzahnung 8d der Kupplungshülse 11 bogenförmige bzw. balli­ ge Zahnrücken auf. Die Kupplungshülse 11 ist als gekröpfte Hülse ausgebildet, um eine möglichst eng bauende Zahnkupp­ lung 7 zu verwirklichen.

Nach dem in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Abtriebswelle 3 an ihrem freien Ende mittels eines Gegen­ lagers 12 abgestützt.

Nach der rechten Hälfte der Fig. 5 weist das Abtriebsritzel eine Innenbohrung 13 auf, welche den Außenring für die Wälz­ körper 14 des Wälzlagers 6 bildet. Da das Wälzlager 6 als Pendelrollenlager ausgebildet ist, bildet die Innenbohrung 13 eine hohlkugelförmige Laufbahn für die Wälzkörper 14. Nach der linken Hälfte der Fig. 5 bildet das Lagergehäuse 5 außenumfangsseitig einen Innenring für die Wälzkörper 14 des Wälzlagers 6 und folglich eine kugelförmig gewölbte Laufbahn für die Wälzkörper 14 des auch in diesem Fall als Pendel­ rollenlager ausgebildeten Wälzlagers.

Claims (11)

1. Antriebsaggregat mit einem Zahnkranz (1) und einem mit dem Zahnkranz (1) kämmenden Abtriebsritzel (2), wobei

• - das Abtriebsritzel (2) fliegend gelagert und von der Abtriebswelle (3) eines leistungsverzweigten Antriebes (4) antreibbar ist,
• - das Abtriebsritzel (2) auf einem die Abtriebswelle (3) umgebenden Lagergehäuse (5) unter Zwischenschaltung eines Wälzlagers (6) mit Wälzkörpern (14) pendelbeweg­ lich gelagert und über eine auf der Abtriebswelle (3) drehfest angeordnete Zahnkupplung (7) mit einer pendelbeweglichen Kupplungsverzahnung (8) angetrieben ist,
• - unter Bildung der Zahnkupplung (7) das Abtriebsritzel (2) eine Innenverzahnung (8a) aufweist,
• - auf der Abtriebswelle (3) eine Kupplungsbuchse (10) mit einer mit der Innenverzahnung (8a) kämmenden Außenverzahnung (8b) drehfest angeordnet ist, deren Zahnrücken bogenförmig oder ballig ausgebildet sind, wodurch die pendelbewegliche Zahnkupplung (7) verwirk­ licht ist, und wobei
• - das Lagergehäuse (5) außenumfangsseitig einen Innen­ ring oder eine Laufbahn für die Wälzkörper (14) bildet.

2. Antriebsaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Leistungsverzweigung des Antriebes bei­ spielsweise über ein Stirnradgetriebe und ein Planeten­ getriebe erfolgt.

3. Antriebsaggregat nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Wälzlager (6) als Pendelrollenlager (6) ausgebildet ist.

4. Antriebsaggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Laufbahn des Lagergehäuses (5) hohlkugelförmig für die Wälzkörper (14) des Pendel­ rollenlagers (6) ausgebildet ist.

5. Antriebsaggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenverzahnung (8b) der Kupplungsbuchse (10) selbst bogenförmig ausgebildet ist.

6. Antriebsaggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebsritzel (2) eine Innenbohrung (13) aufweist, welche den Außenring für die Walzkörper (14) des Wälzlagers (6) bildet.

7. Antriebsaggregat nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Innenbohrung (13) eine hohlkugelförmige Laufbahn für die Wälzkörper (14) des Pendelrollenlagers bildet.

8. Antriebsaggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Kupplungsbuchse (10) und dem Abtriebsritzel (2) eine Kupplungshülse (11) mit einer mit der Außenverzahnung (8b) der Kupplungsbuchse (10) kämmenden Innenverzahnung (8c) und einer mit der Innenverzahnung (8a) des Abtriebsritzels (2) kämmenden Außenverzahnung (8d) angeordnet ist, und daß zumindest die Außenverzahnung (8b) der Kupplungsbuchse (10) und die Außenverzahnung (8d) der Kupplungshülse (11) bogen­ förmige Zahnrücken aufweisen oder selbst bogenförmig ausge­ bildet sind.

9. Antriebsaggregat nach Anspruch 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Kupplungshülse (11) als gekröpfte Hülse ausgebildet ist.

10. Antriebsaggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzahnung (9) zwischen dem Abtriebsritzel (2) und dem Zahnkranz (1) als Evolventen­ verzahnung ausgebildet ist.

11. Antriebsaggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtriebswelle (3) an ihrem freien Ende mittels eines Gegenlagers (12) abgestützt ist.