DE55785C - Räder- und Stangenverzahnung mit drehbaren Zähnen - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

Damit bei der Uebertragung der Bewegung eines Zahnrades auf ein anderes die Zähne sich in vollen Flächen berühren, werden statt der gewöhnlichen festen Zähne oder Triebstöcke drehbare Zapfen oder Bolzen mit ebenen Flächen angeordnet, die bei der Drehung der Räder auf einander gleiten, wobei die Zapfen oder Bolzen Drehungen ausführen. Diese Zapfen oder Bolzen können deshalb als Drehgleitzähne bezeichnet werden. Jeder , Zahn des einen Rades vermittelt beim Zusammentreffen mit einem Zahn des anderen die Einstellung der nächstdem zum Eingriff kommenden Drehgleitzähne, die Zähne steuern sich also gegenseitig. Zu diesem Zwecke können Räder- oder Kurbelgetriebe in Anwendung kommen. Man kann indessen. auch Federn verwenden, welche eine durch Anschläge begrenzte Drehung der Drehgleitzähne bewirken und der während des Eingriffes stattfindenden Drehung so viel wie noting nachgehen. Ist der Winkel, den die beiden Achsen der Räder mit einander bilden, so grofs, dafs sämmtliche Drehgleitzähne während der ganzen¹ Umdrehung mit einander in Berührung bleiben, so findet eine gegenseitige Steuerung der Zähne statt, und es kann dann jede weitere Steuervorrichtung entbehrt werden.

Nach Fig. 1 und 2 bilden die beiden Räder mit einander einen Winkel von go°. Der die ebene Gleitfläche c² tragende Theil c der Drehgleitzähne C ist von gröfserem Durchmesser als der anschliefsende Theil c¹, der hinten durch den Radkörper tritt und die Kurbel D trägt. Die Zapfen d der Kurbeln, sämmtlicher Zähne der Räder A und B sind durch den Ring E mit einander verbunden, so dafs sie bei der Drehung der in Eingriff stehenden Zähne C sich sämmtlich wie diese um ihre Längsachsen mitdrehen. Die Gleitflächen c² liegen in Ebenen, die durch diese Längsachsen führen, und sind durch Fortschneiden der Hälfte des eingreifenden Theiles der Zähne gebildet. Sobald die Zähne des einen Rades denjenigen des anderen sich nähern, bieten sie ihre ebenen Gleitflächen c² einander so dar, dafs sie dicht auf einander gleiten. Da die Zahngleitflächen beider Räder immer zu einander parallel bleiben, Fig. 1, so dauert auch das dichte Aufliegen der Flächen von Anfang bis zu Ende des Eingriffes. An der cylindrischen Hinterseite der Zähne C kann man eine Schiene c³ anbringen, die sich an "eine entsprechende Schiene c³ der Zähne des anderen Rades legt und dadurch den Rückschlag verhindert.

In Fig. ι a sind die Drehgleitzähne durch einfache Linien i ersetzt, die sich in den' Hülsen ο der Radkörper A und B drehen können. Sämmtliche Linien i, die Zahnachsen beider Räder, beschreiben Cylinderflächen, welche sich in einer Ellipse schneiden. Der Schnittpunkt der Achsen i bewegt sich also in der Symmetrieebene x-x auf einer Ellipse, und die Symmetrieebene halbirt den Winkel α, welchen die Achsen der beiden Räder mit einander bilden. Hiernach ist es keineswegs nöthig, dafs die Gleitflächen der Zähne unter sich immer parallel bleiben. Die Zähne müssen nur stets so gesteuert werden, dafs die Flächen der sich berührenden Zähne zusammenfallen, was dadurch

erzielt werden kann, dafs man die Zähne beider Räder sich nach demselben Gesetz bewegen läfst.

Nach Fig. 3 sind die Drehgleitzähne demgemäfs durch Stirnräder c⁴ mit einem lose drehbaren Zahnkranz E¹ verbunden. Nach Fig. 4 greifen Kegelrädchen c⁵ der Zähne in die Kegelradverzahnungen eines in einer Ringnuth drehbaren Ringes E¹ ein. Ebenso können die Rädchen auch statt durch einen gezahnten Ring durch Zwischenrä'der verbünden werden, die am Radkörper um Zapfen drehbar sind. Das Getriebe Fig. 4 ist in Fig. 4 a systematisch dargestellt. Die geometrischen Achsen i der Drehgleitzähne beschreiben hier Ebenen, und die Schnittlinie dieser Ebenen unter einander und mit der Symmetrieebene x-x ist eine zur Ebene des Papiers senkrecht stehende Gerade, auf welcher der Schnittpunkt der Achsen i der zusammenarbeitenden Zähne beständig wandert.

Bei der Uebertragung von grofsen Kräften können die Drehgleitzähne C, Fig. 5, durch besondere Lagerstücke F abgestützt werden, die zwischen je zwei Zähnen am Ende angeordnet sind. Sollen die Räder nach beiden Richtungen arbeiten, so werden nach Fig. 6 die Gleitflächen des ersten, dritten, fünften u. s. w. Zahnes α der einen Drehrichtung zugekehrt und die Gleitflächen des zweiten, vierten, sechsten u. s. w. Zahnes b der anderen Drehrichtung.

Die Drehgleitzähne C¹ des einen Rades A können auch nach Fig. 7 an jedem Ende gelagert werden, die Drehgleitzähne C des anderen Rades B treten dann in die am Umfange des Rades A gebildete Ringnuth ein.

Fig. 8 und 9 zeigen Räder mit einem Achsenwinkel von weniger bezw. mehr als 90⁰. Die schematischen Darstellungen Fig. 8 a, 8 b und 9 a lassen erkennen, dafs die gegenseitige Lage der Radkörper sich auch ändern kann. Bei allen drei Figuren bewegen sich die Schnittpunkte der geometrischen Achsen der Drehgleitzähne wiederum in Ellipsenbahnen wie in Fig. 1 a.

Ein Vergleich dieser beiden Figuren mit Fig. ι a läfst erkennen, dafs dieselben Räder bei Veränderung der Achsenwinkel α stets den richtigen Zahneingriff behalten, was eine werthvolle Eigenschaft der Räder ist. In den bisher behandelten Beispielen sind die Achsen der Drehgleitzähne zu den Achsen der Räder parallel bezw. senkrecht, die Achsen der Zähne beschreiben daher Kreiscylinder oder Ebenen, was jedoch keineswegs eine nothwendige Bedingung ist. Fig. 10 stellt die Verzahnung für parallele Achsen dar, und hier treten die Drehgleitzähne aus den in einer Ebene liegenden Radkörpern A und B unter einem Winkel von 45⁰ heraus, weshalb ihre Achsen i, Fig. ioa, Kegelmäntel beschreiben. Der Schnittpunkt der zusammenarbeitenden Zahnachsen bewegt sich also auf einer Parabel bezw. Hyperbel; dieselbe liegt in der Symmetrieebene x-x und bildet die Schnittlinie dieser Ebene mit den beiden von den Linien i beschriebenen Kegelmänteln. Der Achsenwinkel kann auch gröfser oder kleiner als 45⁰ sein, wenn nur die Bedingungen erfüllt werden, dafs genügend grofse Strecken der Schnittlinie in der Endlichkeit liegen, so dafs die Cylinderabschnitte C sich auch wirklich berühren, und dafs die Symmetrieebene x-x sowohl die Winkel der Zähne oder deren Nebenwinkel, als auch den Winkel der Achsen halbirt. Auch brauchen die Winkel, welche die Linien i mit den Achsen der Radkörper bilden, einander nicht gleich zu sein, es könnte z. B. die Verzahnung für zwei parallele Wellen statt nach Fig. ioa auch nach Fig. 10b erfolgen, in welcher der eine Winkel ß, der andere i8o°-ß ist. Die Linien i beschreiben nach Fig. iob genau dieselben Kegelflächen wie nach Fig. ioa. Beide Getriebe haben bezüglich der Veränderlichkeit der Achsenwinkel der Radkörper dieselben Eigenschaften wie das Getriebe nach Fig. ia Is. Fig. ioc und iod).

Weitere Abänderungen dieses Getriebes zeigen die Fig. ioe und 10f. Das Getriebe nach Fig. ι of entspricht seiner Anordnung nach der Fig. 9 a. In ähnlicher Weise können auch die Räder des in Fig. ioa gezeichneten Getriebes zum Eingriff gebracht werden (s. Fig. iog). Dieses Getriebe eignet sich ebenso wie das Getriebe iof sehr gut für den Fall, dafs die Achsen der Räder einen Winkel von i8o° oder etwas weniger mit einander biJden und demgemäfs die zusammenarbeitenden Drehgleitzähne während der ganzen Umdrehung der Räder mit ihren Druckflächen in gegenseitiger Berührung bleiben. Für diesen besonderen Fall bedarf es keiner Steuerung der Drehgleitzähne. Auch für dieses Rädergetriebe gilt, dafs der richtige Eingriff, so weit die körperlichen Formen der Räder dieses gestatten, gewahrt bleibt, wenn auch der Winkel α, den die beiden Achsen der Räder mit einander bilden, sich ändert. Ein solches Rädergetriebe kann demnach zweckmäfsig an Stelle der bekannten Universalkupplung treten, in Vergleich mit dem es den erheblichen Vortheil besitzt, dafs es die Drehungen der Wellen gleichmäfsig überträgt, auch wenn die Wellen etwas axial verschoben werden.

In allen Fällen, wo bei den beschriebenen Getrieben eine gegenseitige Steuerung der Zähne des einen Rades nicht möglich oder schwierig ist, können die Drehgleitzähne C nach Fig. 12 mittelst Federn S an Anschläge in die Stellung gedrängt werden, die sie beim Eingriff mit einander einnehmen würden. Während der Eingriffsdauer gestatten die Federn den Zähnen eine genügende Drehung, dafs die ebenen Gleitflächen in Berührung bleiben, und nach

Claims (2)

Aufhören des Eingriffes führen die Federn die Drehgleitzähne C in die für den Wiedereingriff passende Stellung zurück. Wenn die Räder nur Theildrehungen auszuführen haben, machen die Drehgleitzähne ebenfalls keine ganzen Drehungen, sondern nur Theildrehungen. Sind die Theildrehungen klein, so genügt ein Zahn zum Arbeiten und einer zum Rückschlufs. In Fig. 13 sind die Drehgleitzähne C nach Fig. 5 durch Lagerstücke F abgestützt, und die Gleitflächen der Zähne sind abwechselnd der einen und anderen Drehrichtung zugekehrt, so dafs die Räder nach beiden Richtungen arbeiten können. Die Kurbeln d stehen zu den Gleitflächen am· besten unter einem rechten Winkel und sind durch den Ring E mit einander verbunden, welcher an einem passend befestigten Rahmen zwischen Rollen R1 geführt sein kann. Der Ring kann sich um seinen Mittelpunkt frei drehen, und diesem wird durch die Rollen R1 beständig eine zum Rade excentrische Lage ertheilt, so dafs während der Umdrehung des Rades sämmtlicbe Drehgleitzähne sich drehen und ihre ebenen Gleitflächen gleiche Richtung beibehalten. Wenn man durch Rückwärtsstellen einiger Zähne den Rückschlufs sichert, wird übrigens der Ring durch die Zähne selbst in seiner excentrischen Lage gehalten, und die Rollen sind überflüssig. Wenn die Achsen der mit einander in Eingriff stehenden Räder nicht in einer Ebene liegen, also windschief stehen, so fallen die ebenen Gleitflächen der Zähne nicht wie in Fig. ι bis 13 mit den Drehachsen der letzteren zusammen, sondern die Drehachsen je zweier zusammenarbeitenden Zähne liegen bei der Berührung derselben in zwei parallelen Ebenen, deren Abstand dem kürzesten Abstand der beiden Achsen der Räder gleich ist. Dabei werden die Drehkörperabschnitte, Fig. 14 bis 16, entweder nicht ganz bis zur Drehachse der Zähne oder darüber hinaus verlängert. Stets mufs aber der kürzeste Abstand der Achsen zweier sich berührenden Zähne gleich dem kürzesten Abstand der Achsen der Räder sein. Da dieser Abstand bei Rädern mit sich schneidenden Achsen gleich Null ist, so schneiden sich auch bei solchen Rädern die Achsen der sich berührenden Zähne dieser Räder, indessen brauchen auch hier die Gleitflächen der Zähne nicht durch die Achsen derselben zu gehen, sondern sie können einen gewissen Abstand von denselben haben. Bestimmend ist nur die gegenseitige Lage der Achsen der Zähne. Im übrigen gelten für die Verzahnung, z. B. was die Eingriffsdauer betrifft, die für andere Verzahnungen bekannten Regeln. Bleiben die Zähne während der ganzen Umdrehung mit einander in Berührung, so führen die Drehgleitzähne, wenn sie nicht einen rechten Winkel zur Achse bilden, Fig. iog und ioh, nur Theildrehungen aus, und es genügt dann, wenn sie die Form von Cylinder-, Kegel-, Kugel- oder allgemein Drehkörperabschnitten haben und in den Lagerstücken F gegen axiale Verschiebung gesichert eingebettet werden. Die geringste Anzahl der Zähnepaare beträgt in diesem Falle eins oder besser zwei, Fig. 17, bezw. vier, wenn ähnlich wie bei Fig. 5 und 12 das Getriebe für beide Drehrichtungen arbeiten soll (siehe Fig. 18). Die bauliche Ausführung eines solchen als Wellenkupplung brauchbaren Rädergetriebes zeigt Fig. 19 und 20. Diese Ausführung des in Fig. 18 gezeichneten Rädergetriebes unterscheidet sich von der in Fig. 5 und 13 lediglich dadurch, dafs die letztgenannten Figuren achtzähnige Räder darstellen, Fig. 19 und 20 dagegen vierzähnige, die aber infolge des Fehlens der Steuerungskurbeln nur für Theildrehungen oder für sehr gestreckte Achsenwinkel verwendbar sind. Die Drehgleitzähne C, Fig. 17 bis 19, sind in Form von Cylinderabschnitten in den von den Radkörpern A und B ausgehenden Lagerstücken F eingebettet, und damit der richtige Achsenabstand der beiden Räder von einander gewahrt bleibe, sind die beiden Lagersrticke F durch Querstege f mit einander verbunden. Für den Fall, dafs die Drehgleitzähne des einen Rades stets mit denselben Zähnen des anderen Rades zusammenarbeiten, Fig. 5, 13, 17 und 18, ist es nicht erforderlich, dafs die einzelnen Zähne die gleichen Lagerungen im Radkörper erhalten, vielmehr kann man nach Fig. 17 a und 17b dann auch für jedes Zahnpaar eine andere Stellung wählen, wobei aber die oben angegebenen Bedingungen erfüllt sein müssen. Pateντ-Anspruche:

1. Eine Verzahnung für gleich grofse Räder, gekennzeichnet durch Drehgleitzähne, die am Radkörper drehbar gelagert sind und ebene Gleitflächen tragen, welche den Druck aufnehmen und bei der Drehung der Räder unter relativer Drehung der Drehgleitzähne zu ihrem Radkörper auf einander sich drehen oder gleiten.

2. Um bei der unter 1. gekennzeichneten Verzahnung die ebenen Flächen der Drehgleitzähne in der für den Beginn des Eingriffes geeigneten Stellung zu erhalten, entweder:

a) die Verbindung der Drehgleitzähne mittelst Kurbeln oder mittelst Zahnräder, oder

b) die Anordnung einer Feder an jedem Drehgleitzahn und eines die Anfangsstellung bestimmenden Anschlages, welcher dem Zahn gestattet, während der Dauer des Eingriffes eine theilweise Drehung zu machen.

Bei der unter ι. gekennzeichneten Verzahnung die Einbettung der als Cylinder- oder Drehkörperabschnitte ■ ausgebildeten Drehgleitzähne in von den Radkörpern ausgehenden Lagerstücken F.
Behufs Uebertragung der Drehbewegung in beiderlei Richtung bezw. Sicherung des Rückschlusses bei der unter i. gekennzeichneten Verzahnung entweder:

a) die Anordnung eines Theiles der Zähne zum Treiben in der einen Richtung und der übrigen Zähne in der umgekehrten Richtung, oder

b) die Anordnung, dafs sämmtliche Zähne den Druck beim Vorwärtsgang (Treiben) in ebenen Flächen aufnehmen, den Rückschlufs durch ihre entsprechend geformte Rückseite bewirken, indem sich die Rückseiten auf einander gleitender Zähne in Punkten oder Linien berühren.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen.