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Vorrichtung zur Bewegungsübertragung auf einen Zahnkranz größeren
Durchmessers Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Bewegungsübertragung
auf einen Zahnkranz größeren Durchmessers durch ein treibendes Ritzel. Dabei ist
der Zahnkranz mit einer Einrichtung fest verbunden, die mit geringer Geschwindigkeit
angetrieben werden muß, z. B. ein Schwenkkran oder Drehofen.
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Bekanntlich muß bei solchen Vorrichtungen der Achsabstand zwischen
dem oder den Antriebsritzeln und dem Zahnkranz sowie die Verteilung der Belastungen
über die gesamte Zahnbreite trotz der relativen Verlagerungen, welche die übertragungsorgane
durch das übertragene Drehmoment erfahren, konstant gehalten werden. Deshalb ist
die Achse des treibenden Organs gewöhnlich mit der Achse des Zahnkranzes durch ein
sehr steifes Gehäuse oder eine metallische Konstruktion verbunden, damit der Achsabstand
dieser beiden Organe ständig gleichbleibt. Es entstehen dadurch infolge der großen
Abmessungen des Zahnkranzes schwierige Probleme. Man ist deshalb gezwungen, Gehäuse
oder Konstruktionen von sehr großen Abmessungen vorzusehen, welche, um die nötige
Steifheit zu besitzen, genügend verstärkt werden müssen. Die Herstellungskosten
solcher Gehäuse oder Konstruktionen sind infolgedessen hoch und der erzielte Erfolg
nicht immer vollkommen befriedigend.
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Deshalb hat die Erfindung den Zweck, für dieses Problem eine einfache
Lösung zu bringen und insbesondere eine gleichbleibende Verteilung der Belastungen
auf die gesamte Breite der Verzahnungen zu sichern, wenn das gewöhnlich vorgesehene
Gehäuse weggelassen oder zumindest durch eine einf iche Ummantelung ersetzt wird,
die die Aufgabe, die Achsen der Antriebsorgane in ihrer Lage zu halten, nicht mehr
hat.
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Es ist bereits bekannt, ein Zahnrad großen Durchmessers durch ein
Ritzel anzutreiben, das auf einem Rahmen gelagert ist, der um einen festen Punkt
schwingen kann. Das Zahnrad trägt auf seiner oberen Seite einen Führungsring, gegen
dessen innere und äußere Führungsbahn sich je eine Rolle abstützt, die fest
auf dem das Ritzel tragenden Rahmen gelagert ist. Zwar wird das Ritzel durch die
beiden Rollen stets in der gleichen Entfernung von den Zähnen des Zahnrades gehalten,
auch wenn dessen Zahnkranz von der Kreisforin abweicht, aber es ist keine Vorsorge
dagegen getroffen, daß sich die Zähne des Zahnrades und des Ritzels stets auf ihrer
ganzen Breite tragend berühren.
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Bei einer bekannten Vorrichtung zum Ausgleichen von Veränderungen
des Eingriffes in Zahntrieben ist das Ritzel auf einem Hebel gelagert, dessen Drehachse
fest am Triebwerksgehäuse gelagert ist und auf dessen freies Ende eine Federkraft
einwirkt. Das Ritzel trägt eine zu seiner Achse konzentrische Führungsscheibe, die
durch Federkraft gegen die Außenfläche eines Führungsringes des von dem Ritzel angetriebenen
Triebstockkranzes gedrückt wird. Die Parallelität der Achsen des Triebstockkranzes
und des Ritzels ist hier nicht gesichert.
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Ferner ist ein Zahnbogengetriebe mit Innenverzahnung bekannt, dessen
Ritzel auf einer Lasche gelagert ist, die zwei Rollen trägt, die zu beiden Seiten
der Eingrifflinie auf der Außenseite des Zahnbogens anliegen. Die Lasche ist mittels
einer Schwinge an der Welle eines das Ritzel antreibenden Zahnrades angelenkt. Es
ist nur auf einer Seite der Mittelebene des Zahnbogens eine Führungsbahn vorgesehen,
so daß die Parallelität der Achsen des Ritzels und des Zahnbogens nicht gesichert
ist.
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Des weiteren ist ein Zahnradgetriebe bekannt, bei dem die Wellen des
Zahnrades und des Ritzels durch ein Verbindungsstück in stets gleicher Entfernung
gehalten
werden. Der Ritzelrahmen ist federnd gelagert und kann Schwingbewegungen um die
Zahnradachse ausführen.
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Bei einem bekannten Zahnradgetriebe sind die Lager des Zahnrades und
des Ritzels in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht, das auf der Welle des Zahnrades
gelagert ist. Um eine Drehung des Lagergehäuses um die Welle des Zahnrades zu verhindern,
ist an das Lagergehäuse in der Nähe des Lagers des Ritzels eine gelenkig mit dem
Boden verbundene Stange angelenkt.
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Bei einem bekannten, aus zwei Zahnrädern und zwei Ritzeln bestehenden
Zahnradgetriebe ist auf der Abtriebswelle ein Zahnrad aufgekeilt, das mit einem
Ritzel kämmt, das auf der gleichen Welle sitzt wie das vom Antriebsritzel angetriebene
Zwischenzahnrad. Alle Zahnräder und Ritzel sind in einem Gehäuse gelagert, das drehbar
auf der Achse des Antriebsritzels gelagert ist. Ein Mitdrehen des Lagergehäuses
wird durch eine an ihm angelenkte Spannstange, die in ihrem mittleren Bereich zwei
Gummipuffer aufweist, verhindert.
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Schließlich ist noch ein Zahnradgetriebe mit Innenverzahnung bekannt,
bei dem die miteinander kämmenden Räder zu beiden Seiten der Verzahnung noch mit
glatten Zylinderflächen aufeinander abrollen.
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Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zur Bewegungsübertragung
auf einen Zahnkranz größeren Durchmessers durch ein treibendes Ritzel, das in ein
um einen festen Punkt schwingbar gelagertes Ritzelgehäuse eingebaut ist, das unabhängig
von der Drehachse des Zahnkranzes mit mehreren Führungsrollen an zum Zahnkranz konzentrischen
Führungsbahnen geführt ist und den Umfang des getriebenen Zahnkranzes nur zu einem
Bruchteil umhüllt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer solchen Vorrichtung
sicherzustellen, daß die Zahnflanken des Zahnrades und des Ritzels stets parallel
verlaufen, daß also die Zähne des Zahnrades und des Ritzels sich stets auf ihrer
ganzen Breite berühren, so daß stets ein einwandfreier Eingriff der miteinander
kämmenden Zähne des Zahnrades und des Ritzels stattfindet. Es soll selbsttätig ein
Ausrichten der Zähne des treibenden Ritzels auf den 2
Zähnen des angetriebenen
Zahnkranzes herbeigeführt werden, um so Ungenauigkeiten der Verzahnung und in der
Führung des Ritzelgehäuses an der Führungsbahn am Radzahnkranz mit möglichst großer
Beweglichkeit und Stoßdämpfung am Ritzelgehäuse aufzunehmen.
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Um dies zu erreichen, sieht die Erfindung vor, daß bei einer solchen
Vorrichtung das Ritzelgehäuse zugleich beiderseits der Mittelebene des Zahnkranzes
sowie außerhalb der Verbindungsebene zwischen Ritzel und Zahnkranzachse Rollenstützpunkte-
aufweist und mindestens in an sich bekannter Weise an einem festen Punkt mittels
eines etwa in der Mittelebene des Ritzels liegenden biegungsfreien Verbindungselementes
- z. B. Stoßdämpfer - allseitig gelenkig verbunden ist.
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Durch die erfindungsgemäße Anordnung der Führungsrollen und der Verbindungsstange
werden dem Ritzel zwei translatorische und ein rotatorischer Freiheitsgrad eingeräumt,
die einen einwandfreien Zahneingriff zwischen Zahnrad und Ritzel ermöglichen.
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Nachstehend werden drei Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen
Vorrichtung in Verbindung mit den Zeichnungen näher beschrieben, und zwar zeigt
F i g. 1 eine Teilansicht, von oben gesehen, einer Antriebsvorrichtung gemäß
der Erfindung, F i g. 2 und 3 Schnittaasichten nach den Linien
11-11 und III-III der F i g. 1,
F i g. 4 eine schaubildliche
Darstellung einer anderen Ausführungsfonn dieser Antriebsvorrichtung mit einem Pendelgetriebe,
welches unmittelbar auf den Wellenstumpf des Ritzels aufgekeilt ist, F i
g. 5 eine Teilansicht, von oben gesehen, einer weiteren Ausführungsform
dieser Vorrichtung.
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Die in den F i g. 1 bis 3 dargestellte Antriebsvorrichtung
enthält einen Zahnkranz 1 von großem Durchmesser, welcher vom Umfang eines
Geräts 2, das mit geringer Geschwindigkeit gedreht werden soll, getragen ist. Das
Antriebsorgan dieses Zahnkranzes ist ein Ritzel 3 auf einer treibenden Welle
4, welche durch geeignete Mittel angetrieben wird, z. B. durch ein Schneckengetriebe,
welches in der Zeichnung nicht dargestellt ist; zur übertragung ist eine Gelenkwelle
vorgesehen.
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Das Ritzel 3 ist in einem Ritzelgehäuse angeordnet, welches
durch zwei durch Spannbolzen 6 verbundene Platten und eine Wand 5a gebildet
wird. Rollenlager für die Ritzelwelle sind ebenfalls vorgesehen. Die beiden Platten
des Ritzelgehäuses 5 befinden sich auf beiden Seiten des Zahnkranzes
1.
Diese beiden Platten tragen vier Paar Rollen 7, 8, 9,
10 auf
der Innenseite der ersten Platte und 7a, 8a,
9a, 10a auf der Innenseite
der anderen Platte. Jedes Rollenpaar dreht sich auf beiden Seiten der kreisförinigen
Führungen 11 und 11 a, die auf den beiden Seiten des Zahnkranzes
1 vorgesehen sind.
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Das Ritzelgehäuse 5 wird so durch die Mitwirkung seiner Rollen
an den kreisfönnigen Führungen 11,
lla festgehalten. Die Zähne des Ritzels
3 sind durch die Konstruktion vollkommen im Eingriff mit denen des Zahnkranzes
1, und der Achsabstand behält seinen gewollten Wert.
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Das Ritzelgehäuse wird durch ein bei 12 angelenktes stoßdämpfendes
Verbindungselement 13, das seinerseits an einem festen Punkt 20 angelenkt
ist, in seiner Lage gehalten. Die Gelenke 12 und 20 des Verbindungselementes
13 sind Universalgelenke, z. B. Kugelgelenke oder Kardangelenke, um dem Ritzelgehäuse
5 eine gewisse Bewegungsfreiheit nach allen Richtungen zu gewähren. Das stoßdämpfende
Verbindungselement 13 ermöglicht es, Stöße ohne Nachteil aufzunehmen, da
dem Ritzelgehäuse 5 die Möglichkeit gegeben ist, sich mit dem Ritzel
3
schwach zu bewegen, während der Stoßdämpfer seine Aufgabe erfüllt. Dieser
Arm kann außerdem mit einer dynamometrischen Vorrichtung ausgerüstet werden, welche
die Einrichtung im Falle von zu starken Stößen oder Beanspruchungen stillegt. Gegebenenfalls
kann ein zweiter solcher Stoßdämpfer am gegenüberliegenden Ende 12a des Ritzelgehäuses
angeordnet werden.
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Auch bei den relativen Versetzungen des Ritzels 3
und des Zahnkranzes
1 bleibt der Achsabstand zwischen diesen beiden Organen unverändert, weil
während dieser Versetzungen längs des Zahnkranzes das Ritzelgehäuse vollkommen durch
den Zahnkranz selbst oder, richtiger gesagt, durch die kreisförmigen Rippen desselben
geführt wird.
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Der oder die Gelenkpunkte des stoßdämpfenden Verbindungselementes
sind derart angeordnet, daß
die Kraftlinie jedes Stoßdämpfers in
der Hauptsache durch die mittlere Ebene des antreibenden Ritzels geht. So setzt
sich das Ritzelgehäuse selbst in die vorteilhafteste Stellung durch Drehung um den
Punkt 12, damit sich die Belastung auf die gesamte Breite der Verzahnung verteilt.
Es wird dadurch verhindert, daß die Zähne mit ihren Ecken aufeinanderliegen und
so starke örtliche überlastungen zustande kommen. Das Drehen des Ritzelgehäuses
um sich selbst zur Sicherung des bestmöglichen Eingreifens der Zähne des Ritzels
mit denen des Zahnkranzes 1
bewirkt nur eine Änderung in der Verteilung der
Belastungen auf die Führungsrollen des Ritzelgehäuses, ohne eine überlastung auf
die Verzahnungen hervorzurufen.
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Es stellt dies einen außerordentlich wichtigen Vorteil dar, denn es
kann vorkommen, daß die Zähne des Zahnkranzes 1 oder des Ritzels
3 nicht streng parallel sind. Ein solcher Fertigungsfehler der Verzahnung
kann bei den üblichen Getrieben ernste Folgen haben, weil dadurch die Breite der
Tragfläche des Ritzels auf den Zahnkranz ganz erheblich verkleinert wird, wodurch
bedeutende örtliche Überlastungen entstehen. Mit der Vorrichtung gemäß der Erfindung
ist die tragende Fläche auf der ganzen Breite der Verzahnung gesichert, ganz gleich
welche Fehler sich in Beziehung »Parallefismus der Zähne« befinden, da ja diese
Fehler automatisch dadurch korrigiert werden, daß das Ritzelgehäuse 5 die
Mög-
lichkeit zu einer leichten Drehung behält. Diese Bewegungsmöglichkeit
des Lagergehäuses, welche wesentlich ist, wird durch das Vorhandensein der Universalgelenke
12 und 20 ermöglicht. In der Tat erlauben diese Gelenke dem Ritzelgehäuse sich schwach
nach allen Richtungen hin zu bewegen. Eventuell könnten diese Universalgelenke durch
gewöhnliche Achsen mit einem gewissen Spiel ersetzt werden, welche dem Ritzelgehäuse
eine genügende Freiheit seiner Bewegungen in die verschiedenen Richtungen gestattet.
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Es können in dem Ritzelgehäuse 5 zwei zusätzliche Rollen 14
zur Drehung um die senkrechten Achsen der Führungsrollen angeordnet werden, welche
von den umgebördelten inneren Rändern der Platten des Ritzelgehäuses 5 getragen
werden. Diese beiden Rollen 14 rollen beiderseits des Ansatzes des Zahnkranzes,
wodurch das Ritzelgehäuse 5
in seiner Stellung in Achsrichtung der treibenden
Welle 4 gehalten wird.
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Um ein Kippen des Ritzelgehäuses 5 unter Einwirkung der Kräfte,
welche auf dieses übertragen werden, zu verhindern, ist die Befestigung so vorgesehen,
daß die Kraftlinie des Stoßdämpfers auf das Ritzelgehäuse ein gleiches, aber entgegengesetztes
Kippmoment erzeugt wie die Kippmomente, welche durch die Antriebsvorrichtung des
Ritzels gebildet werden. Insbesondere wenn das Ritzel durch ein vorgelegtes Getriebe,
welches auf dem Wellenstummel des Ritzels angeordnet ist, angetrieben wird, wird
der Anlenkpunkt 12 des Verbindungselementes 13 so angeordnet, daß die Kraftlinie
des Stoßdämpfers im normalen Betrieb die Kontaktlinie der Teilkreise Ritzel
- Zahnkranz schneidet. Es wird auf diese Weise ein Kippmoment erzeugt, welches
das Kippmoment des Vorgeleges ausgleicht.
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Wenn am Ritzel eine ausgeglichene Kupplungshülse angreift, wird der
Anlenkpunkt 12 des Verbindung , selementes 13 so gelagert, daß bei
normalem Betrieb die Kraftlinie des Stoßdämpfers durch die Achse des Ritzels geht.
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Es muß bemerkt werden, daß die Umkehrung der Kraftübertragung, z.
B, wenn der große Zahnkranz treibend wirkt oder beim Bremsen, die Richtung der Kräfte
und der Drehmomente umkehrt, aber nicht das Gleichgewicht der Kippmomente stört.
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Die Umkehrung der Drehrichtung bewirkt ebenfalls eine Umkehrung in
der Richtung der Kräfte und der Drehmomente, ohne das Gleichgewicht der Kippmomente
zu stören.
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F i g. 4 zeigt eine schaubildliche Ansicht einer anderen Ausführungsforrn
der übertragungsvorrichtung mit einem Ritzelgehäuse. Bei dieser Ausführungsform
ist das Ritzelgehäuse 5 b mit zwei festen Teilen 17, 17 a durch
die Stoßdämpferarine 13, 13 a
verbunden, welche am Ritzelgehäuse bei
12 und an den iesten Punkten 20, 20 a angelenkt sind. Auf der Welle 4, welche
das Ritzel 3 zum Antrieb des Zahnkranzes trägt, ist ein Pendelgetriebe
18 angeordnet, über welches die Kraft der Motorwelle 19 auf die Welle
4 übertragen wird.
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Das Ritzelgehäuse 5 b hat nur vier Führungsrollen
9 b, 10 b auf einer Seite und 9 e, 10 c auf der anderen. Diese
Rollen entsprechen den Rollen 9, 10, 9 a, 10 a,
welche bei der
vorhergehenden Ausführungsforrn auf der Seite des Ritzelgehäuses 5b, das
nach der Mitte des Zahnkranzes gerichtet ist, vorgesehen sind; die Rollen auf der
Außenseite sind weggelassen. Die so vorgesehenen vier Rollen werden mit der inneren
Seite der beiden kreisförinigeri Rippen llb mit dem Zahnkranz in Kontakt gehalten,
und zwar durch die Spreizkraft, welche zwischen dem treibenden Ritzel und dem Zahnkranz
beim Eingriff vorhanden Ist.
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Es sind außerdem zwei Rollen mit Seitenführung 21b und 21c
vorgesehen, welche mit dem Antriebsritzel 3 gleichachsig sind. Durch ihre
Seitenführung halten diese Rollen das Ritzelgehäuse 5 b in der axialen
Lage und verhindern ein entsprechendes Kippen des Ritzelgehäuses durch die Wirkung
des Gewichtes des Getriebes 18 im Stillstand, wodurch die Rollen
9 b und 10 b von der Führung 11 b verschoben und die Zähne
des Ritzels bis auf den Grund des Zahnkranzes eindringen würden.
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F i g. 5 stellt eine weitere Ausführungsform der Vorrichtung
nach F i g. 1 bis 3 dar. Bei dieser Ausführungsform hat das Ritzelgehäuse
5 d der Vorrichtung nur Führtingsrollen, welche gegen die Außenseite
der Führungsrippen lld anliegen. Auf der einen Seite hat das Ritzelgehäuse
5 d zwei Rollen 7 d
und 8 d, die gegen die entsprechende
Rippe 11 d anliegen. Auf der anderen Seite können an dem Ritzelgehäuse zwei
gleichartige Rollen angeordnet werden oder, wie in dem dargestellten Beispiel, eine
einzige Rolle 7 e in der mittleren Zone. Diese Rolle kann um die Achse
des Ritzels 3 angeordnet sein, ihre Höhe muß mit der entsprechenden Führungsrippe
(welche aus der Zeichnung nicht ersichtlich ist) übereinstimmen.
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Bei dieser Ausführungsforin ist nicht nur ein Stoßdämpferann
- Verbindungselement 13 -, der am Ritzelgehäuse bei 12 und an einem
festen Punkt bei 20 angelenkt ist, vorgesehen, sondern außerdem ein Schubkolben
22, welcher bei 23 am Ritzelgehäuse und bei 24 an einem festen Punkt angelenkt
ist, und der ungefähr in der Verlängerung eines über die Achse des Ritzels
3 gehenden Radius des Zahnkranzes 1 angeordnet ist. Dieser Schubkolben
22 ist dazu
bestimmt, die Rollen7d, 8d und 7e gegen die äußere
Seite der beiden Führungsrippen 11 zu drükken trotz der Spreizkraft, welche
durch den Eingriff des Ritzels mit dem Zahnrad verursacht wird.
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Vorzugsweise sind der Stoßdämpfer - das Verbindungselement
13 - und der Schubkolben 22 hy-
draulisch, und in diesem Fall ist eine
Leitung 25
zum Ausgleich zwischen den beiden Vorrichtungen vorgesehen. Auf
diese Weise wird der in dem hy-
draulischen Stoßdämpfer - das Verbindungselement
13 - durch die Tangentialkraft erzeugte Druck auf den andrückenden
hydraulischen Schubkolben 22 übertragen. Dieser Schubkolben ist so bemessen, daß
die andrückende Kraft stets etwas stärker ist als die Spreizkraft zwischen Ritzel
und Zahnkranz. Dadurch können die Beanspruchungen, denen die Rollen unterliegen,
verringert und so ihre Lebensdauer entsprechend verlängert werden.
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In ihren verschiedenen Ausführungsforinen gewährt die vorgesehene
Vorrichtung den wesentlichen Vorteil einer gewissen Schwenkfreiheit des Ritzelgehäuse-s,
wodurch ohne schädliche Beanspruchungen sämtliche notwendigen Verschiebungen zwischen
dem Ritzelgehäuse und dem Gestell der angetriebenen Maschine, die auf elastische
Verformungen, auf therrnische Einflüsse, falschen Rundlauf oder auf eine eventuelle
Exzentrierung des angetriebenen Zahnkranzes zurückzuführen sind, ermöglicht werden.
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Im übrigen kann das Ritzelgehäuse sich auch auf ein dynamometrisches
Stoßdämpfersystern oder auf einen hydraulischen oder luftbetätigten Schubkolben
abstützen, um in die übertragung eine gewisse Drehelastizität hereinzubringen oder
zum Messen des übertragenen Drehmomentes, damit sofort auf die Kontrollorgane eingewirkt
werden kann, sobald eine überlastung, ein Stoß oder eine Klemmung Beanspruchungen
hervorruft, welche die zulässigen Spitzen überschreiten.
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Bei Anordnung eines hydraulischen Schubkolbens zum Festlegen des Ritzelgehäuses
kann gegebenenfalls eine übertragung ausgeführt werden, in welcher außer dem normalen
Antrieb des Zahnkranzes durch die Motorwelle über das Ritzel eine begrenzte Bewegung
für Feineinstellung dieses Zahnkranzes bewerkstelligt werden kann, durch die Betätigung
des Schubkolbens mittels eines angemessen angeordneten Schaltnetzes beim abgestellten
und gebremsten Motor. Die Betätigung des Schubkolbens bewirkt dann ein Versetzen
des Ritzelgehäuses und infolgedessen auch des Zahnkranzes. Diese zusätzliche Antriebsmöglichkeit
kann in manchen besonderen Anwendungen außerordentliche Vorteile bringen. Eine derartige
Kombination ist für den Fall einer übertragungsvorrichtung, welche ein auf der Welle
des treibenden Ritzels angeordnetes Pendelgetriebe einschließt, ganz besonders vorteilhaft.