DE705496C - Mehrstufiges Zahnradgetriebe mit Veraestelung des Kraftflusses in Zwischenraedern - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Getriebe, das vorzugsweise für sehr hohe Übersetzungen aus dem Schnellen ins Langsame verwendet werden soll und bei dem die Unter-Setzung in mehreren Stufen mittels Zahnrädern erfolgt.

Zweck der vorliegenden Erfindung ist es, den Materialbedarf und damit das Gewicht und den Raumbedarf derartiger hochuntersetzter Getriebe erheblich zu vermindern und die Herstellungskosten bei Erhaltung eines guten Wirkungsgrades und der Vorteile der Stirnradverzahnung trotz Verwendung kleinerer und billiger Zahnräder zu ermäßigen.

Gemäß der Erfindung wird das dadurch erreicht, daß die Kraftübertragung von jedem Triebrad zur nächstfolgenden langsameren Stufe über mehr als ein, vorzugsweise über zwei Abtriebsräder derart erfolgt, daß die ständige Verästelung des Kraftflusses durch Anordnung mehrerer Zwischenräder auch in einem mehrstufigen Getriebe in sämtlichen Stufen und radial nach außen zunehmend — unter Zwischenschaltung federnder EIe-

«5 mente zur Erzielung gleichmäßiger Belastung — erfolgt und daß das letzte Abtriebsrad zweckmäßig Innenverzahnung besitzt und mit dieser das Getriebe bzw. die wesentlichsten Getriebeteile umschließt. Diese Anordnung hat zur Folge, daß ζ. B. bei Annähme von vier Untersetzungsstufen und der Annahme, daß die Kraftübertragung von einem Rad zum nächstfolgenden, langsamer laufenden Rad immer durch zwei Räder erfolgt, die Kraftübertragung von der dritten zur letzten Stufe statt über ein Rad über acht Räder erfolgt. Der hierdurch erzielte Vorteil ist offensichtlich. Dadurch, daß das letzte langsam laufende Abtrie'bsrad durch acht Räder angetrieben wird, erfolgt die Kraftübertragung an acht Stellen des Umfanges, und der notwendige Zahn druck je Eingriffsstelle beträgt daher nur den achten Teil, so daß in bekannter Weise die Zahnstärken und Zahnbreiten und daher auch das Zahnkranzgewicht des Abtriebsrades erheblich vermindert werden kann.

Es sind an sich schon Getriebe bekanntgeworden, bei denen der Kraftfluß über mehr als eine Eingriffsstelle in symmetrischer und

konzentrischer Anordnung erfolgt, z. B. bei Farmangetrieben für den Propellerantrieb oder bei Differentialgetrieben für Kraftfahrzeuge. Bei diesen Getrieben erfolgt aber höchstens nur eine einmalige Aufteilung zum Zwecke des Massenausgleiehes oder überhaupt keine Geschwindigkeitsübersetzung, wie z. B. bei den Differentialgetrieben. Ferner sind bereits auch Getriebe mit mehreren Stufen xo bekanntgeworden, bei denen innerhalb jeder Stufe mehrere Zwischenräder symmetrisch und konzentrisch verwendet werden, jedoch ist die Zahl der Zwischenräder in jeder Stufe gleich, so daß im Gegensatz zur Erfindung keine ständige, radial nach außen zunehmende Verästelung des Kraftflusses stattfindet. Infolge dieser Anordnung sind die einzelnen Stufen bei den bekannten Getrieben in Wellenrichtung gesehen hintereinander angeordnet, so daß der Raumbedarf und das Gewicht verhältnismäßig sehr groß sind. Bekannt ist es auch bei Kraftverästelung, gleichmäßige Belastung durch eingeschaltete federnde Elemente zu erzielen. Durch die Anwendung gemäß der Erfindung des mehrfachen Eingriffs auf mehrstufige Getriebe, insbesondere auf Stirnradgetriebe hoher übersetzung, und die zweckmäßig zu erfolgende Ausbildung des letzten Abtriebsrades mit Innenverzahnung ergeben sich außer dem bekannten Vorteil der günstigen Zahnbelastung noch der weitere wesentliche Vorteil, daß trotz Vergrößerung der Räderzahl entgegen der herrschenden Ansicht das Gewicht wesentlich vermindert und ein äußerst raumsparender Aufbau erzielt wird. In der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles wird auf diese Vorteile an den geeigneten Stellen näher eingegangen werden. Die Gegenstände der Unteransprüche sollen nur in Abhängigkeit von Anspruch 1 geschützt sein.

In der Fig. 1 der beiliegenden Zeichnung ist in prinzipieller Darstellung ein vierstufiges Zahnradgetriebe der bisherigen Ausführungsform dargestellt. Hierbei erfolgt die Kraftübertragung von einer Stufe zur nächsten immer nur an einem Punkt des Umfanges, und zwar an den Punkten 1, 2, 3 und 4 zwischen den Zahnrädern I und II, III und IV. V und VI, VII und VIII. Das letzte Abtriebsrad VIII ist als innenverzahntes Zahnrad ausgebildet, um einen besseren Vergleich mit der in der Fig. 2 dargestellten Ausführungsform eines Getriebes gemäß der Erfindung zu erhalten.

In dieser Figur ist ebenfalls ein vierstufiges Getriebe dargestellt. Bei diesem erfolgt gemäß der Erfindung die Übertragung des Kraftflusses vom Antriebsrad I zur nächstfolgenden Stufe über drei Räder II. Der Antrieb der nächsten Stufe erfolgt immer über je zwei Räder, so daß das letzte Abtriebsrad VIII von insgesamt zwölf Rädern VlI angetrieben wird.

Wie aus dieser Figur ersichtlich, müssen infolge der Eigenart der Übertragung zwischen den einzelnen Stufen sämtliche Zahnräder symmetrisch und konzentrisch um die Achse des Antriebsrades I angeordnet werden. Bei dieser Anordnung ist es ferner zweckmäßig, für das letzte Abtriebsrad Innenverzahnung zu wählen, was auch insofern vorteilhaft ist, als der Wirkungsgrad der Innenverzahnung etwas besser ist als der der Außenverzahnung. Die konzentrische Anordnung ergibt den Vorteil einer leichteren Lagerausführung und die Zulässigkeit, schwächere Wellendurchmesser zu wählen, da bei den einzelnen Zahnrädern das Kraft- ⁸< > moment nicht an einem Punkt, sondern an mehreren am Umfang verteilten Punkten angreift, so daß dadurch eine Verminderung der auf jdie Lagerfläche wirkende Kraftkomponente und damit eine Entlastung der Lager eintritt.

Da das letzte Abtriebsrad von mehreren Zahnrädern angetrieben wird, ist es, damit der Zahndruck bei sämtlichen Rädern gleich ist, vorteilhaft, in der letzten Stufe federnde Elemente einzubauen. Infolge des geringen Federungsweges in der letzten Stufe kann man davon absehen, Spiralfedern o. dgl. anzuwenden, und kann die Wellen der letzten Zahnräder direkt als Torsionsstäbe ausbilden; hierdurch ergibt sich der weitere Vorteil, daß das Getriebe außerordentlich weich arbeitet und in der Lage ist, große Belastungsstöße im letzten Abtriebsrad aufzunehmen und Ungenauigkeiten in der Zahnteilung »00 auszugleichen. Durch diesen Umstand kommt man auch mit niedrigeren Festigkeitsziffern aus, so daß hierdurch sowie auch infolge der schwächeren Lagerausbildung und der damit verbundenen schwächeren Ausbildung des '05 Getriebegehäuses eine erhebliche Materialersparnis erzielt wird. Infolge der Unterteilung in viele kleine Räder wird ferner auch der Einfluß der rotierenden Massen erheblich herabgesetzt. no

Auf den ersten Blick mag es erscheinen, daß durch die hohe Zahl der einzelnen Räder das Getriebe verteuert und der Übersetzungswirkungsgrad herabgesetzt wird. Wie jedoch die Berechnung ergeben hat, ist das Gegenteil »15 der Fall, denn es können nunmehr billige und serienmäßige Zahnräder mit einem kleinen Modul verwendet werden, die insgesamt billiger sind als die wenigen großen Zahnräder mit großem Modul, die infolge der großen >*° Herstellungsgenauigkeit teuer sind. Obwohl der Wirkungsgrad der kleinen Räder etwas

ungünstiger ist als der Wirkungsgrad großer geschliffener Räder, ergibt sich im ganzen keine Verminderung des Wirkungsgrades gegenüber der bisherigen Ausführungsform, da der geringe Einfluß der Lagerreibung eine Verbesserung des Wirkungsgrades zur Folge hat. Außer dieser Ersparnis an Zahnrädergewichten ergibt sich aber noch eine weitere Gewichtsersparnis, die darin begründet liegt, ίο daß die schwere Abtriebswelle und die beiden Lager für dieselbe fortfallen und auch das Gehäusegewicht um ein Mehrfaches geringer ist als bei der bisher üblichen Ausführung. Eine weitere Gewichtsersparnis tritt ferner dadurch ein, daß meistenteils das eine Innenverzahnung besitzende Abtriebsrad gleich mit dem Arbeitsgerät konstruktiv verbunden ist, so daß ein weiteres Maschinenelement für die Kopplung der Antriebswelle mit der Arbeitsmaschine in Fortfall gerät.

Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes, bei der die großen Vorzüge eines derartigen Getriebes besonders anschaulich in Erscheinung treten, ist in den Fig. 3 bis 5 dargestellt, wobei die Fig. 3 und 4 Außenansichten zeigen, während in der Fig. 5 das Getriebe teilweise im Schnitt dargestellt ist. Hier ist die Aufgabe gestellt, an einem Maschinenkörper G einen Kurbelhebel K anzubringen, der eine große Verstellwirkung bei kleinem Kraftweg ausüben und durch einen kleinen Motor angetrieben werden soll. Bei Verwendung eines Getriebes in der bisherigen Bauweise müßte die die Kurbel K tragende Welle in zwei kräftigen Lagern gelagert sein, während für die übrigen Teile des Getriebes und den Motor noch ein besonderes Fundament oder Lagergehäuse vorgesehen sein müßte. Das Getriebe gemäß der Erfindung bietet die Möglichkeit, die Kurbel /C direkt auf dem Getriebegehäuse zu lagern, so daß die schwere Welle mit ihrem Abtriebszahnrad entbehrt werden kann. Im dargestellten Beispiel ist die Anordnung so getroffen, daß ein am Gehäuse angegossener zylindrischer Stumpf G¹ (Fig. 5) gleichzeitig die eine Wand des Getriebegehäuses bildet. Ferner ist die Kurbellagerung derart ausgebildet, daß die in die Hebellagerung eingebaute Innenverzahnung gabelartig in zwei Zahnkränze X' und X" aufgeteilt ist.

Im dargestellten Beispiel wird ein fünfstufiges Getriebe verwendet, wobei die Übertragung vom Antriebsrad I des Motors M zur zweiten Stufe über drei Zahnräder II, von den Ritzeln III dieser Stufe dagegen zu den nächstfolgenden Stufen immer über zwei Zahnräder erfolgt, so· daß in der letzten Stufe mit einem Zahnkranz X' oder X" der Kurbei 24 Ritzel IX, insgesamt also 48 Ritzel kämmen.

Die Anordnung und die Vorteile der Bauweise sind aus der Fig. 5 klar ersichtlich. Der Antriebsmotor M liegt in der Mitte des Getriebes und innerhalb der Kurbelnabe und ist direkt an die Gehäusewand G¹ des Maschinenteiles angeflanscht. Die Wellen der Zahnräder IV und VI sind einesteils in der Gehäusewand G¹, anderenteils in einem ringförmigen Kranz G³ gelagert, der mittels nicht dargestellter Abstandsnasen an die Gehäusewand G¹ angeschraubt ist. Die »Wellen der drei Zahnräder II sind auf der einen Seite in der ringförmigen Platte G² und auf der anderen Seite in einer Deckelabschlußplatte G⁴ gelagert, die das Getriebe nach außen abschließt und mittels Schrauben S an einem flanschartigen Kranz des Teiles G- angeschraubt ist. Die Welle W der beiden Ritzel IX, die die Zahnkränze X' und X" der Kurbel antreiben, sind auf der einen Seite im Gehäuse G, auf der anderen Seite in der bereits erwähnten Deckplatte G⁴ gelagert.

Durch die gewählte Anordnung und die Unterteilung des Innenzahnkranzes in zwei schmalere Zahnkränze X' und X" ergibt sich eine breite Lagerfläche für die Kurbel /C, eine günstigere Zahndruckverteilung sowie eine lange Welle W, die aus besonderem Federstahl gefertigt ist und daher einen großen Torsionsschub zuläßt. Der Raum zwischen der Gabel der Kurbel K wird durch einen zweiteiligen Ring G³ abgedeckt und dient gleichzeitig mit den Rändern R der Teile G und G⁴ als Lagerfläche für die beiden Zahnkranznaben der Kurbel.

Das dargestellte Getriebe besitzt ungefähr eine Übersetzung von 4500 : 1. Man kann deshalb mit einem derartig hochuntersetzten Getriebe Kräfte erzeugen, die sich sonst nur «oo mit großkalibrigen hydraulischen Pressen oder Schneckengetrieben erzielen lassen. Dabei ist die Anordnung sehr raumsparend, benötigt keine ausladenden Fundamente und besitzt gegenüber hydraulischen Einrichtun- <°5 gen, abgesehen von der großen Gewichtsersparnis, noch den großen Vorteil, daß eine kontinuierliche Umdrehung der Kurbel oder eines aufgesetzten Antriebsrades erzielt wird und daß der Wirkungsgrad erheblich besser «><> ist. A-ußer den gewichts- und betriebsmäßigen Vorteilen ist noch zu erwähnen, daß infolge der hohen Übersetzung schnell laufende kleine Elektromotoren verwendet werden können, wie überhaupt der elektrische Einzelantrieb i»5 für derartige Getriebe sich ganz besonders vorteilhaft eignet.

Wie bereits erwähnt, ist die Erfindung nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt; so kann vor allem das Abtriebsrad nur einen einzigen Zahnkranz besitzen, und die Lagerung der Zwischenräder sowie

des Antriebsmotors kann in anderer Weise erfolgen, z. B. derart, daß der Motor außerhalb liegt und daß sämtliche Zwischenräder zwischen zwei Wänden des Getriebegehäuses gelagert sind.

Das Getriebe gemäß der Erfindung eignet sich infolge seines geringen Gewichts in all den Fällen, in denen die Gewichtsverminderung die ausschlaggebende Rolle spielt und

ίο so kurzhübige Bewegungen hoher Leistung ausgeführt .werden sollen, so z. B. im Luftschiff- und Flugzeugbau, im Schiffbau zum Antrieb von Davits, Schottentüren, Rudermaschinen, Pivottrieben, Drehtürmen, Geschützwiegen u. dgl., im Maschinenbau für Pressen, Backenzerkleinerer u. ä. m.

Claims (4)

1. Patentansprüche:

   ao i. Mehrstufiges Zahnradgetriebe, insbesondere für Kraftübertragungen aus dem Schnellen ins Langsame, wobei die Kraftübertragung vom Antriebsritzel zur nächsten Stufe und von der letzten Stufe zum Abtriebsrad über mehr als ein Zwischenrad (II, IV, VI, VIII) in symmetrischer und konzentrischer Anordnung erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß die ständige Verästelung des Kraftflusses durch Anordnung mehrerer Zwischenräder auch in einem mehrstufigen Getriebe in sämtlichen Stufen und radial nach außen zunehmend — unter Zwischenschaltung federnder Elemente (W) zur Erzielung gleichmäßiger Belastung — erfolgt, wobei das letzte Abtriebsrad (VIII, X) zweckmäßig Innenverzahnung besitzt und mit dieser das Getriebe (I bis VII) bzw. die Getriebeteile (C²) konzentrisch umschließt.
2. 2. Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die federnden Elemente (W) zwischen Ritzel und Antriebsrad der letzten Stufe eingeschaltet sind.
3. 3. Getriebe nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine derartige Ausführung des Getriebes, daß bei Verwendung eines elektrischen Antriebes der Antriebsmotor (M) in an sich bekannter Weise innerhalb des vom Getriebe gebildeten Raumes gelagert ist.
4. 4. Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Getriebegehäuse mit einer Flachseite (C¹) in an sich bekannter Weise an die Haltevorrichtung (Maschinenwand G, Sockel u. dgl.) angeflanscht ist.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen