DE2130694A1 - Hebezeug mit einem irreversibelen Planetenuntersetzungsgetriebe - Google Patents

Description

• Hebezeug mit einem irreversibelen Planetenuntersetzungsgetriebe Die Erfindung bezieht sich auf ein Hebezeug mit eingebautem irreversibelem Planetenuntersetzungsgetriebe.
• Bei bekannten Hebezeugen, welche mit irreversibelen Planetenuntersetzungsgekrieben arbeiten, hat es sich als besonders nachteilig und unpraktisch erwiesen, daß die Irreversibilität des Planetengetriebes sich ausschließlich auf eine Reibungswirkung stützt, welche bei derartigen bekannten Planetengetrieben dadurch erreicht wird, daß die Eingriffsgerade der von den Zahnrädern zu übertragenden Kräfte in einem bestimmten Raumwinkel des Reibungskegels bezüglich ihrer theoretischen Eingriffsgerade gelegt wird. Es folgt daraus, daß die Irreversibilität vor allem nur mit großen Untersetzungsverhältnissen mbglich ist und zwar im allgemeinen größer als 1:30 Eine zweite, nachteilige Folge dieser bekannten Vorrichtungen mit einer ausschließlich auf Reibungswirkung beruhenden Irreversibilität besteht darin, daß die bei der sperrenden Reibung frei werdende Energie in Wärme umgesetzt wird, womit einerseits die gesamte Vorrichtung unverhältnismäßig stark erwärmt und andererseits ein erhöhter Schmiermittelverbrauch, sowie ein Ansteigen des Verschleißes sämtlicher mechanischer Organe verursacht wird.
• Es ist eher die Aufgabe der Erfindung unter Vermeidung der Nachteile des Bekannten ein mit einem Planetuntersetzungsgetriebe versehenes Hebezeug zu schaffen, bei welchem die Irreversibilität ohne merkliche Beeinflussung des mechanischen Wirkungsgrads erreicht wird, insbesondere auch in der gesteuerten Rückbewegungsphase des Hebezeugs.
• Ein weiterer Zweck der Erfindung besteht in einem konstruktiv besonders einfachen Aufbau bei gleichzeitiger Gewährleistung einer hohen Steifigkeit und Festigkeit, um eine funktionell zuverlässige Parallelität der sich in Eingriff befindlichen Räderpaare sowie ihren korrekten verschleiE-freien Eingriff zu erzielen.
• Ein weiterer Zweck der Erfindung besteht in der Verwirklichung eines Planetuntersetzungsgetriebes, an welches ein Motor beidseitig anbringbar ist und welches zudem noch in verschiedenen Gängen betrieben werden kann. Die Lösung dieser Aufgabe besteht bei Hebezeugen der eingangs beschriebenen Art erfindungsgem§ß darin, daß in einer Seiltrommel zwei nebeneinander liegende Zahnkränze angeordnet sind, wobei der eine Zahmkranz fest mit der Seiltrommel verbunden ist und der zweite Zahkranz relativ zur Seiltrommel drehbar ist, daß ein Sonnenrad vorgesehen ist, welches über mindestens ein Planetenrad mit beiden Zahnkränzen verbunden ist, daß das Planetenrad mit einer entsprechenden Verzahnung gleichzeitig in die Verzahnung beider Zahnkränze eingreift, welche mit Jeweils unterschiedlicher Zähnezahl und damit auch Teilkreisen unterschiedlichen Teilkreidurchmessers versehen sind, daß die jeweils unterschiedlichen Eingriffswinkel der entsprechenden Zahnkränze derart ausgewählt sind, daß die Tangentialkomponenten der Zugkraft wesentlich ausgeglichen werden, so daß die Richtung der resultierenden Kraft der wischen den Zähnen des Planetenrads und den Zähnen der Zahnkränze ausgetauschten Kräfte in jedem Eingriffszeitpunkt durch das Rotationszentrum des Planetenrads verläuft.
• Bei der erfindungsgemäten Vorrichtung können verschiedenartige Antriebsmotoren insbesondere Elektromotoren und Wasserkraftmaschinen Verwendung finden, ohne daß Bremsen, wie z.B. Magnetbremsen oder mechanische Sperrvorrichtungen u. dgl. erforderlich sind.
• Weitere Eigenschaften und Vorteile gehen aus der folgenden ausführlichen Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung hervor. Es zeigen: Fig. 1 einen axialen Teilschnitt durch ein Hebezeug mit einem Planetuntersetzungsgetriebe mit den Merkmalen der Erfindung; Fig. 2 eine Ansicht eines Schnitts längs der Linie II-II in Fig. 1 in größerem Maßstab mit einer schematischen Darstellung der Kraftübertragungsverhältnisse; Fig. 3 eine Ansicht eines Schnitts längs der Linie III-III in Fig. 1 in vergrößertem Maßstab ebenfalls mit einer schematischen Darstellung der Kraftübertragungsverhaltnisse; Fig. 4 eine schematische Darstellung des mechanischen Aufbaus einer Aus führungs form des Hebezeuges gemäß Fig. 1 und Fig. 5 ein der Fig. 4 ähnliches Schema einer abgewandelten Ausführungsform des Hebezeuges gemäß Fig. 1.
• Ein Hebezeug weist gemäß Fig. 1 eine Seiltrommel 1 auf welche aus einem Hohlzylinder und zwei stirnseitig auf diesen aufgesetzten scheibenförmigen Seitenplatten la, 1b besteht, und über Lageranordnungen 2, 3 drehbar in einem Stützgerüst gelagert ist. Dieses Stützgerüst besteht aus seitlichen Rahmenteilen 4, 5 die über Distanzrohre 6 fest miteinander verbunden sind. Auf den einzelnen Distanzrohren 6 sind Seilleitwalzen 7 drehbar gelagert.
• In die Seiltrommel 1 ist ein Planetuntersetzungsgetriebe eingesetzt welches einen Zahnkranz 9 aufweist der mit der einen Seitenplatte 1a mittels Bolzen 10 fest verbunden ist.
• Konzentrisch zum Zahnkranz 9 ist ein zweiter Zahnkranz 11 vorgesehen, welcher durch Bolzen 12 mit einer Stützscheibe 13 verbunden ist. Diese.Stützscheibe ist durch eine Verkeilung 14 auf einer Hülse 15 befestigt, welche ihrerseits über Schrauben 16 mit dem einen feststehenden Rahmenteil 5 verbunden ist.
• Die Lageranordnung 3 der Trommel stützt die Hülse 15 ab in welche eine koaxial eingesetzte Hohlwelle 17 durch Lager 18 -19 drehbar gelagert ist. Die Hohlwelle 17 erstreckt sich in Richtung auf den Planetenradsatz über die Stützscheibe'13 hinaus und trägt an ihrem Ende ine Führungsscheibe 20, für die Planetenräder und wird ebenfalls durch ein in einem eigens dazu bestimmten Sitz in der Seitenplatte 1a der Trommel angeordneten Endlager 21 abgestützt. Die Führungsscheibe 20 lagert wenigstens ein mit einer einzigen geraden Verzahnung versehenes Planetenrad 22, welcheileichzeitig in beide Zahnkränze 9,11, sowie in ein Sonnenrad 23 eingreift. Dieses ist mit einer von einem Motor 24 angetriebenen Antriebswelle 23a verbunden. Um das erwünschte Untersetzungsverhältnis zu verwirklichen, besitzen die beiden Zahnkränze 9, 11 unterschiedliche Zähnezahlen,' z.B. kann der Zahnkranz 11 mit 42, und der Zahnkranz 9 mit 44 Zähnen versehen sein, um damit das Untersetzungsverhältnis 1:21 zu erreichen.
• Damit ein korrekter Zahneingriff gewährleistet wird, weisen die zwei Zahnkränze, wie bereits vorgeschlagen, gleiche Zahnprofilierung auf, sowie Teilkreise mit unterschiedlichen Teilkreisdurcbmessern, da die Korrektur durch Verschiebung der Achsenabstände der erwähnten Teilkreise erreicht wird.
• Der Erfindung gemäß wird das Planetengetriebe irreversibel gemacht, wobei der mechanische Wirkungsgrad unverändert und nahe den Werten bei einem korrekten Eingriff z.B, zwischen 0,9 und 0,95, gehalten wird. Dazu ist es erforderlich, daß verschiedene Eingriffswinkel Q1-Q2 für die Verzahnung beider Zahnkränze 9,11, angewandt werden womit die Tangentialkomponenten der Kräfte ausgeglichen werden.
• Gemäß den Figuren 2 und 3 ist die Eingriffsgerade für den Zahnkranz 9 mit R1 bezeichnet. Diese verläuft durch-den Schnittpunkt X1 des vom Zentrum des Planetenrads 22 gezogenen Radius entsprechend dem Teilkre"ia i des Zahnkranzes 9 und bildet mit der Tangente, in diesem Punkt X1, einen 0 Winkel Q1, z.B. 15 . In Fig. 3 ist die Eingriffsgerade mit R2 bezeichnet, welche durch den Schnittpunkt X2 des Radius des Planetenrads mit dem Teilkreis P2 des Zahnkranzes 11 verläuft und bildet mit der Tangente, im Punkt X2, einen Winkel 82, z+B, 30°. Auf den Eingriffsgeraden R1,R2 liegen die entsprechenden Kräfte F1,F2,welche beim gegenseitigen Abwälzen der Zahnräder übertragen werden. Damit die Irreversibilität gewährleistet ist, genügt es, daß die Tangentialkomponenten Ftr,Ft2 der erwähnten Kräfte sich gegenseitig ausgleichen. Diese Bedingung wird dann erreicht, wenn - wie in Fig. 2 bezeichnet - die Richtung der in den Sahnittpunkt X3 verlagerten Resultierenden Q der Kräfte F1,F2 das Zentrum C des Planetenrads 22 durchläuft. Tatsächlich wird bei dieser Zuordnung der Kraftverhältnisse kein Drehmoment auf das Planetenrad ausgeübt, welches sich im Gleichgewicht befindet, In der Praxis werden, um der vorstehend erwähnten Vektorbedingung nachkommen zu können, die Winkel #1-#2 bei bestimmten Teilkreisen P1,P2 iren Teilkreidurchmesser sich in Abhängigkeit von der unterschiedlichen Zähnezahl beider Zahnkränze ändert d.h. auch in Abhängigkeit vom gewünschten Untersetzungsverhältnis und vom verwendeten Modell der Eingriffsgeraden R1-R2, wie vorstehend erwähnt, bestimmt. Damit ergibt sich sowohl der Punkt X3 als auch die Resultierende Q der Kräfte F1,F2. Wenn man nun die Richtung dieser Resultierenden in den Punkt X3 transformiert, ergibt sich im Schnittpunkt der Resultierenden mit der durch die Punkte X1, X2 durchgehendt Gerade der Punkt C, welcher somit als Mittelpunkt für das Planetenrad gewählt wird. Selbst bei geringfügigen Ungenauigkeiten bei der Festlegung der Planevtengetriebeabmaße ist die Bewegungsirreversibilität solange noch sichergestellt, solange sich die tätsächlich einstellende Eingriffsgerade - obwohl sie nicht exakt mit der theoretischen Geraden übereinstimmt - noch innerhalb eines zulässigen Reibungswinkels bewegt. In Fig. 2 und 3 sind diese Reibungskegel mit K1, K2 bezeichnet, deren offnungswinkel unter Berücksichtigung der Eingriffsgeraden R1, R2 festgelegt wurden. Der Tangentialbogen des Reibungswinkels Q beträgt hier 60.
• Diese vorstehend ausführlich behandelte Ausführungsforin ist in Fig. 4 schematisch dargestellt, und mit entsprechend denselben Bezugszeichen versehen. Aus dieser schematischen Darstellung ist ersichtlich, daß das Hebezeug in seinem konstruktiven Gesamtaufbau, insbesondere aber die Stützscheibe 13, mit den Rahmenteilen 4 und 5 sich isostatisch gegeneinander abstützen. Damit wird eine große Gesamtsteifigkeit des Hebezeugs sowie auch eine zuverlässige PUhrung\slch in Eingriff befindlichen Räderpaare sichergestellt, wodurch auch ein geringerer Verschleiß der gesamten Vorrichtung gewShrleistet werden kann. Ebenso ist aus der Darstellung gemäß Fig. 4 ersichtlich, daß der Antrieb des Hebezeugs über einen Motor auch von beiden Enden der Hohlwelle 23a her möglich ist, wenn eine entsprechende Oeffnung in der einen Seitenplatte la vorgesehen wird.
• Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 5 ist kein Sonnenrad 23 vorgesehen, sondern hierbei wird die Drehbewegaung des Motors unmittelbar von der Führungsscheibe 20 übertragen.
• Das UntersetzungBverhkltnis des Planetengetriebes wird hierbei allein durch den Unterschied der Zähnezahl der beiden Zahnkränze 9,11 bestimmt. In der Praxis wird bei dieser AusfUhrungsform die Hohlwelle 23a und die in Fig. 5 als einzige Antriebswelle dargestellte Hohlwelle 17 beispielsweise durch einen Keil oder eine Torsionsverbindung miteinander verbunden. Auch in diesem Fall kann der Drehantrieb ebenfalls von beiden Enden der Hohlwelle 17 her erfolgen.

Claims (8)

Patentansprüche

1. Hebezeug mit einem irreversiblen Planetenuntersetzungsgetriebe, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Seiltrommel (1) zwei nebeneinander liegende Zahnkränze angeordnet sind, wobei der eine Zahnkranz (9) fest mit der Seiltrommel verbunden ist und der zweite Zahnkranz (11) relativ zur Seiltrommel drehbar ist, daß ein Sonnenrad (23) vorgesehen ist, welches über mindestens ein Planetenrad (22) mit beiden Zahnkränzen (9,11) verbunden ist, daß das Planetenrad (22) mit einer entsprechenden Verzahnung gleichzeitig in die Verzahnung beider Zahnkränze (9,11) eingreift, welche mit jeweils unterschiedlicher Zähnezahl, und damit auch Teilkreisen (P1,P2) unterschiedlichen Teilkreisdurchmessers versehen sind, daß die jeweils unterschiedlichen Eingriffswinkel (@1-92) der entsprechenden Zahnkränze (9,11) derart ausgewählt sind, daß die Tangentialkomponenten (Ft1,Ft2) der Zugkraft wesentlich ausgeglichen werden, so daß die Richtung der resultierenden Kraft (Q) der zwischen den Zähnen des Planetenrads (22) und den Zähnen der Zahnkränze (9,11) ausgetauschten Kräfte (F1,F2) in jedem Eingriffszeitpunkt durch das Rotationszentrum (C) des Planetenrads (22) verläuft.

2. Hebezeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die wirklichen Eingriffsgeraden (R1,R2) der zwischen dem Planetenrad (22) und den Zahnkränzen (9,11) auszutauschenden Kräfte zur Gewährleistung der Bewegungsirreversibilität wenigstens innerhalb eines Reibungsk'ge-ls (K1,K2) liegen.

3. Hebezeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Seiltrommel (1) zwischen den Rahmenteilen (4,5) eines S8ützgerüstes gelagert ist und daß der Zahnkranz (11) über Bolzen (12) an einer Stützscheibe (13) angebracht~ist welche über eine Verkeilung (14) drehfest mit einer vom Rahmenteil (5) nach innen abstehenden Hülse (15) verbunden ist.

4. Hebezeug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß koaxial zur Hülse (15) in deren Innenbereich eine Hohlwelle (17) vorgesehen ist, welche an ihrem einen Ende eine Führungsscheibe (20) des Planetengetriebes trägt.

5. Hebezeug nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Sonnenrad (23) mit einer innerhalb der Hohlwelle (17) verlaufenden Antriebswelle (23a) verbunden ist.

6. Hebezeug nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Rahmenteile (4,5) die Hohlwelle (17) und die Seiltrommel (1) hinsichtlich ihrer gegenseitigen AbstUtz~ungen eine isostatisch tragende strukturelle Einheit darstellen.

7. Hebezeug nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehbewegung eines Motors (24) auf die Antriebswelle (23a) des Sonnenrads (23) übertragen wird,

8. Hebezeug nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzei¢hnet, daß die Drehbewegung des Motors (24) auf die die Führungsscheibe (20) tragende Hohlwelle (17) uebertragen wird.

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