DE3022020C2 - Axiale Kraftübertragungs-Einrichtung für ein Stirnradgetriebe - Google Patents
Axiale Kraftübertragungs-Einrichtung für ein StirnradgetriebeInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine axiale Kraftübertragungs-Einrichtung für ein Stirnradgetriebe nach dem Oberbegriff
des Anspruches 1. Solche Getriebe sind bekannt aus den folgenden Literaturstellen:
1. Dubbel, »Taschenbuch für den Maschinenbau« 1. Band, 1953, Seite 681, Bild 239.
2. Zeitschrift »KEM« (Konstruktion, Elemente, Methoden), 1977, Juni S 1, Seite 66, linke Spalte unten.
3. DE-AS 12 15 463.
4. DE-AS 12 27 749.
5. Dudley/Winter »Zahnräder« Seite 539,1961.
6. DE-PS 4 01 652.
Die bekannten Getriebe weisen einen Druckring oder zwei Druckringe auf (auch »Druckkamm« genannt), die
neben dem kleineren Zahnrad auf der Zahnradwelle befestigt sind. Die Zahnräder können eine Geradverzahnung
oder eine Einfach-Schrägverzahnung aufweisen. Mit Hilfe des Druckringes bzw. der Druckringe
kann eine Axialkraft von dem einen auf das andere Zahnrad übertragen werden. Insbesondere kann die in
einer Einfach-Schrägverzahnung entstehende Axialkraft kompensiert werden.
Im allgemeinen muß man damit rechnen, daß auch Axialkräfte von außen auf die An- oder Abtriebswelle
einwirken. Diese können die in der Schrägverzahnung entstehenden Kräfte übersteigen bzw. diese je nach
Wirkungsrichtung noch steigern. Deshalb ist es zumeist erforderlich, zwei Druckringe für Axialkräfte in beiden
Richtungen vorzusehen. Schwierigkeiten bereitet vor allem das Sichern der Druckringe gegen axiales
Verschieben unter Axialkraft Dazu sind in der Regel besondere Sicherungsringe erforderlich. Der Platzbedarf
für die Druckringe vergrößert sich dadurch, und somit vergrößert sich auch der Abstand zwischen den
Lagern derjenigen Welle, welche die Druckringe trägt Eine seit langem bekannte Ausführung eines Zahnrades
mit Druckring zeigt die DE-PS 4 01 652. In Figur 2
ist ein seitlich des Zahnrades angeordneter Dixokring
für Axialkraftaufnahme in beiden Lastrichtungen to dargestellt Es ist zu erkennen, daß ein externer
Druckring, auch wenn er, wie in Figur 1 dargestellt nur einseitig wirken soll, zu einer erheblichen Vergrößerung
des axialen Lagerabstanües führt Die die Druckringe tragende Welle wird auf diese Weise torsions- und
is biegeweich und ist möglicherweise einer unzulässigen Durchbiegung unterworfen, so daß unter Umständen
die biegekritische Drehzahl nahe an die Betriebsdrehzahl herankommt In der Praxis wird man in solchen
Fällen gezwungen sein, zur Vermeidung der genannten Nachteile ein größeres Getriebe vorzusehen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannten Getriebe, deren Druckring von außen
eingeleitete Axialkräfte übertragen soll, dahingehend zu verbessern, daß an der mit einem Druckring versehenen
Zahnradwelle ein möglichst geringer Abstand zwischen den Lagern vorgesehen werden kann, und daß demnach
eine ausreichende Sicherung gegen axiales Verschieben des Druckringes vorhanden ist
Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebene Kraftübertragungseinrichtung gelöst
Durch die Erfindung wird, auch wenn Axialkräfte in beiden Richtungen auftreten, nur ein einziger Druckring
benötigt Der Druckring wird nämlich im mittleren Bereich des einen Zahnrades in einer Umfangsnut
angeordnet Dadurch stützt sich der Druckring unter der Axialkraft seitlich an die Umfangsnut ab, die von
den vollständig bleibenden Zähnen begrenzt wird. Die Axialkraft kann somit vollständig formschlüssig übertragen
werden. Zusätzliche Sicherungsringe können entfallen, so daß kein zusätzlicher axialer Bauraum
beansprucht wird. Darüber hinaus kann der Druckring schmaler gebaut werden als bei bekannten Getrieben.
Insgesamt kann durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Lagerabstand verkleinert werden. Diese
Maßnahme erfüllt demnach auch die in Druckschrift 5 gestellte Forderung, wonach der Abstand zwischen den
Radiallagern und dem Ritzel auf der schnellaufenden Welle möglichst klein gehalten werden soll. Ferner
erstreckt sich die Umfangsnut zur Aufnahme des
so Druckringes nur auf einen Teil der Zahnhöhe, wodurch
der Einfluß auf die Durchbiegung der Welle vermindert ist.
Vorzugsweise wird man den Druckring in dei Mitte zwischen den Lagern anordnen. Dadurch erzielt man
den Vorteil, daß sich der Druckring, wenn sich die Zahnradwelle durchbiegt, nicht schief stellt Hierdurch
bleibt im Gegensatz zu den bekannten Lösungen die Geometrie des Eingriffes zwischen dem Druckring und
dem anderen Zahnrad unverändert. Es wird Kantenpressung vermieden und die Gefahr von Verschleiß
vermindert.
Bekannt ist ein Getriebe mit zentral angeordnetem Druckring aus der DE-AS 12 15 463. Dort befindet sich
ein Ritzel mit Druckring im Eingriff zwischen zwei sich diametral gegenüberstehenden Rädern. Dem Druckring
kommt dabei die Aufgabe zu, die in der Schrägverzahnung entstehenden Axialkräfte zu übernehmen. Wie aus
Figur 1 ersichtlich ist, kann die mit dem Ritzel
verbundene Doppelzahnkupplung eine Axialkraft weder von außen her in das Getriebe einleiten, noch eine
solche vom Getriebe, cLb. dem Ritzel, ausgehende
Axialkraft aufnehmen und/oder weiterleiten auf die benachbarten Lager. Die in der Verzahnung zwischen
dem Ritzel und den beiden Rädern entwickelte Axialkraft führt demnach zunächst zu einer axialen
Verschiebung des Ritzels, soweit es das Axialspiel des Druckringes in der Führungsnut im Gegenrad ermöglicht
Die Abstützung der Kraft erfolgt dann von der flachen Nut in der Ritzelwelle auf die schräge Flanke
des Druckringes und auf die gegenüberliegenden Flanken zwischen Druckring und Gegenrad. Es besteht
dadurch ein inneres Kräftegleichgewicht zwischen Ritzel, Druckring und den Gegenrädern. Der Druckring
hat also in erster Linie die Aufgabe, das Ritzel zu führen und in Eingriffslage zu halten. Der Druckring kann dort
keine äußeren Axialkräfte aufnehmen.
Demgegenüber kommt dem erfindungsgemäßen Druckring die Aufgabe zu, von außen in das Getriebe
eingeleiieten Axialkräfte aufzunehmen und weiterzuleiten. Vorzugsweise wird man nämlich die Axia'kraft von
einem auf der langsam laufenden Welle angeordneten Axiallager in das Gehäuse leiten. Dadurch wird die
entwickelte Verlustreibungsleistung geringer als bei Abstützung über ein Lager auf der schnell rotierenden
Welle.
Anspruch 2 befaßt sich mit der Befestigung des Druckringes auf dem Ritzel zur sicheren Übertragung
axialer Kräfte. Bekannt ist eine solche Befestigung aus der DE-AS 12 27 749. Dort ist ein Zahnrad mit
Innenverzahnung auf ein Ritzel montiert, wobei das Zahnrad auf das Ritzel geschoben werden kann bis zu
einer Ausdrehung, in der es um eine halbe Zahnteilung verdreht werden kann, damit die Zahnstümpfe des
Zahnrades auf denen des Ritzels zum Tragen kommen. Dort sind ferner zur sicheren Drehmomentübertragung
die sich ergebenden etwa doppeltrapezförmigen Zwischenräume in der Verzahnung zwischen Ritzel und
aufmontiertni Rad mit Formstücken oder einem
Ausguß ausgefüllt, damit keine Verdrehung unter Drehmoment stattfindet. Der Druckring der vorliegenden
Erfindung ist jedoch aufgeschrumpft, so daß die Zahnstümpfe des Druckringes spielfrei auf denen des
Ritzels in der Umfangsnut ruhen. Eine Drehmomentbeanspruchung tritt nur durch Reibung des Druckringes an
den entsprechenden Berührungsflächen des Rades auf und kann vernachlässigt werden.
In Anspruch 3 ist eine vorteilhafte Ausgestaltung der
Umfangsnutz im Ritze! angegeben. Durch kegelige Berührungsflächen zwischen Druckring und Ritzel wird
ein Wandern des Druckringes in Achsrichtung innerhalb der Umfangsnut bei einem Wechsel der Axialkraftrichtung
vermieden. Der Druckring zentriert sich bei Abkühlung auf den kegeligen Übertragungsflächen in
einer Lage, die spielfreie Axialkraftübertragung ermöglicht.
Durch die Erfindung werden noch weitere Vorteile wie folgt gewonnen: Die Anordnung des Druckringes
im mittleren Bereich des einen Zahnrades ist auch dann möglich, wenn das Zahnrad einteilig ausgeführt ist. Das
heißt, es ist nicht erforderlich, einen zunächst separaten Zahnkranz auf den Zahnradkörper aufzuschrumpfen.
Somit ist die Erfindung auch anwendbar bei Ritzeln mit sehr kleinen Zähnezahlen, bei denen der Fußkreisdurchmesser
oft nur geringfügig größer als der Wellendurchmesser ist.
Die erfindungsgemäße Bauweise ist ferner, im Vergleich zu den bekannten Getrieben, unempfindlicher
gegen Fertigungsungenauigkeiten oder gegen Änderungen der Axialkräfte.
Ein weiterer Vorteil ergibt sich aus der Unterbrechung der Zahnflanken durch die Umfangsnuten:
Hierdurch wird die thermische Belastung des Schmieröles im Zahneingriff gemindert.
Die durch die Erfindung mögliche Verringerung des Lagerabstandes und der Durchbiegung der mit Druckring
ausgestatteten Welle sowie die selbst bei Durchbiegung unveränderte Eingriffsgeometrie schlagen
sich in reduzierten dynamischen Zusatzkräften nieder, die es erlauben, höhere Umfangsgeschwindigkeiten
und damit höhere Leistungsübertragung des Getriebes zuzulassen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben. Darin zeigt
F i g. 1 die beiden Zahnräder eines Stirnradgetriebes, teils in Ansicht, teils im Schnitt;
Fig.2a einen Querschnitt entlang der Linie II der
F i g. 1 beim Einführen des Druckrinj,^;
Fig.2b einen Querschnitt entlang du- Linie ti der
F i g. 1 mit fertig montiertem Druckring;
F i g. 3 einen Teilschnitt durch eine andere Ausführungsform der Erfindung.
F i g. 3 einen Teilschnitt durch eine andere Ausführungsform der Erfindung.
Die l·' i g. 2a und 2b weisen einen gegenüber der F i g. 1 größeren Maßstab auf.
In Fig. 1 erkennt man von einem Stirnradgetriebe zwei miteinander kämmende Zahnräder 10 und 20. Das
eine Zahnrad 10, das sogenannte Ritzel, ist einteilig ausgeführt und weist einen kleineren Wälzkreisdurchmesser
auf als das andere Zahnrad, das sogenannte Großrad 20. Die Welle 11 des Ritzels 10 ist in Lagern 12
gelagert, desgleichen die Welle 21 des Zahnrades 20 in Lagern 22 und 23.
In der Mitte des Ritzels 10 ist ein Druckring 13 angeordnet. Dieser greift in eine entsprechende
Umfangsnut 24 des Zahnrades 20 ein. Die Seitenflächen des Druckringes 13, die sogenannten Anlauffläci.en 14,
sind Kegelflächen mit einem sehr großen Kegelwinkel, der nur wenig kleiner als 180 Grad ist. Mit einer dieser
Anlaufflächen 14 kann sich das Ritzel 10 in Achsrichtung gegen das Zahnrad 20 abstützen. Dessen Umfangsnut 24
hat zu diesem Zweck entsprechende kegelige Seitenflächen (Anlaufflächen 25).
Zur Aufnahme des Druckringes 13 in der Verzahnung des Ritzels 10 weist dieses eine Umfangnut 15 auf.
Deren Tiefe / ist kleiner als die Zahnhöhe h. Vorzugsweise ist die Tiefe t etwa gleich der Hälfte der
so Zahnhöhe h. Die Breite der Umfangsnut 15 ist nur
geringfügig größer als die Dicke des Druckringes 13. Im Bereich der Umfangnut 15 bleiben von den Zähnen des
Ritzels 10 sogenannte Zühnstümpfe 16 übrig.
De.· Druckring 13 weist auf seiner Innenseite Zähne 17 auf. Deren Kopfkreisdurchmesser ist gleich dem
Kopfkreisdurchmesser der Zahnstümpfe 16. Zum Einführen des Druckringes 13 in die Umfangsnut 15
führt man gemäß F i g. 2a die Zähne 17 des Druckringes durch die Zahnlücken des Ritzels 10. Wenn der
Druckring 13 in der Ringnut 15 angekommen ist, wird er um eine halbe Zahnteilung gegenüber dem Ritzel 10
verdreht, so daß schließlich die Zähne 17 duf den Zahnstümpfen 16 ruhen (F i g. 2b).
Die Befestigung des Druckringes 13 in dieser Position erfolgt vorzugsweise durch Schrumpfen. Wie man aus
der Zeichnung erkennt, weisen das Ritzel 10 und der Druckring 13 beispielsweise die gleiche Zähnezahl auf.
Ferner ist die Breite der Kopfflächen der Zahnstümpfe
16 und der Zähne 17 wenigstens angenähert gleich groß. Von diesen Merkmalen kann jedoch auch abgewichen
werden. Die Zähne 17 können vorzugsweise ebene Zahnflanken aufweisen. Diese Zahnflanken können
jedoch auch die Form einer Evolvente haben, wie bei 18 (Fig. 2a) mit strichpunktierten Linien angedeutet ist.
Zur Sicherung des Druckringes 13 gegen Verdrehen kann ein Bolzen 30 vorgesehen werden (F i g. 2b), der in
eine der Zahnlücken zwischen zwei Zahnstümpfe 16 hineinragt. Oder man füllt einen der Hohlräume, die sich to
zwischen den Zahnstümpfen 16 und den Zähnen 17 befinden, mit einem aushärtenden Kunststoff aus, was
bei 40 (Fig. 2b) mit strichpunktierter Schraffur angedeutet
ist.
Die Zahnräder 10 und 20 können eine Geradverzahnung oder eine Einfach-Schrägverzahnung (19 bzw. 29)
aufweisen.
Dementsprechend ist auch die Innenverzahnung 17 des Druckringes 13 eine Geradverzahnung oder eine
Schrägverzahnung.
Während in Fig. i die Umfangsnut 15 einen rechteckigen Querschnitt aufweist und der Druckring 13
deshalb auf dem Nutgrund bzw. auf den Zahnköpfen der Zahnstümpfe 16 ruht, zeigt die Fig. 3 ein hiervon
abweichendes Ausführungsbeispiel: Zwischen dem Nutgrund der Umfangsnut 15a des Zahnrades 10a und
ihren (etwa in Radialebenen liegenden) Seitenwänden
32 befinden sich Übergänge, die durch kegelige Flächen
33 gebildet werden. Auf diesen Kegelflächen 33 ruht der Druckring 13a, der hierzu an seinen Zähnen 17
entsprechende Kegelflächen 31 aufweist.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (3)
1. Axisle Kraftübertragungs-Einrichtung für ein
Stirnradgetriebe, bei dem auf einem der Zahnräder ein Ring zur Aufnahme von Axialkräften befestigt
ist, wobei das mit dem Ring ausgestattete Zahnrad ungefähr in dessen Mitte eine Umfangsnut aufweist,
deren Tiefe kleiner ist als die Zahnhöhe, so daß im Bereich der Nut Zahnstümpfe verbleiben, auf die der
Ring geschrumpft ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring als Drudering zur Übertragung
von äußeren Axialkräften ausgebildet ist und daß das Stirnradgetriebe nur aus zwei miteinander kämmenden
Zahnrädern (10,20) besteht und daß wenigstens das antriebsseitige Zahnrad (10) auf zwei beidseitig
in einem Getriebegehäuse und symmetrisch angeordneten Lagern (12,22,23) gelagert ist.
2. Axiale Kraftübertragungs-Einrichtung für \iin Stirnradgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Druckring (13, Vt-s) eine Innenverzahnung
aufweist, mit der er entlang den Zähnen des Zahnrades (10) in die Umfangsnut (15, i5a)
eingeführt wird, wo er, um eine halbe Zahnteilung verdreht festgelegt wird, se daß die Innenverzahnung
des Druckringes (13,13a^ auf den Zahnstümpfen
(16,17) sitzt
3. Axiale Kraftübertragungs-Einrichtung für ein Stirnradgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Umfangsnut {\Sa) kegelige Obergänge (?3) zu beiden Seitenflächen (32)
aufweist, auf denen der Druckring (t3a) mit entsprechenden kegeligen Flächen (31) ruht
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OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
D2 | Grant after examination | ||
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