DE3606240A1 - Untersetzungsgetriebe - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Untersetzungsgetriebe, und zwar insbesondere auf ein solches mit einer Kurbelwelle, die die Eingangswelle des Untersetzungsgetriebes bildet, die auf ein Paar rotierende, in Beziehung zueinander stehende Zahnräder wirkt, von denen eines in einem Zahnkranz kämmt, der innerhalb des Gehäuses der Anordnung angeordnet ist, während das andere in einem zweiten Zahnkranz kämmt, der der Ausgangswelle zugehört, wobei letztere koaxial zur Eingangswelle ist.

Mit Untersetzungsgetrieben der vorerwähnten Art erhält man aufgrund dieses grundsätzlichen Aufbaus beachtliche Untersetzungsverhältnisse entsprechend der Formel: wobei
N ₁ die Anzahl der Zähne des Zahnkranzgehäuses ist,
N ₂ die Anzahl der Zähne des in N ₁ kämmenden Zahnrades ist,
N ₄ die Anzahl der Zähne des auf die Ausgangswelle bezogenen Zahnkranzes ist, und
N ₃ die Anzahl der Zähne des mit N ₄ kämmenden Zahnrades ist.

Bei solchen Untersetzungsgetrieben führen die Kräfte, die an den Kontaktpunkten des Zahnrades und des Zahnkranzes aufgrund der Übertragungswirkung erzeugt werden, zu einem parasitären Drehmoment, das zunimmt, wenn die Distanz zwischen benachbarten und aufeinander bezogenen Zahnrädern zunimmt.

Fig. 1 zeigt typischerweise eine schematische Darstellung eines Untersetzungsgetriebes dieser Art, in welchem N ₁ bis N ₄ den vorerwähnten Zahnrädern und Zahnkränzen entsprechend, a die Distanz zwischen den Zahnrädern und F das erzeugte Drehmoment ist. Dieses Drehmoment muß durch die tragenden Lager der beiden Zahnräder und der Kurbelwelle aufgenommen werden. Um dieses Drehmoment so klein wie möglich zu machen, sind die zwei Zahnrad/Zahnkranzanordnungen gewöhnlich nahe beieinander angeordnet, weil, wie bereits ausgeführt worden ist, eine solche Minimierung die Auswirkungen auf die Lager und daher deren Lebensdauer und den Wirkungsgrad des Untersetzungsgetriebes beeinflußt und größere Belastungen augenscheinlich zu größeren Verlusten führen.

Die Verbesserungen, die das Ziel der vorliegenden Erfindung sind, zielen darauf ab, das erwähnte Moment vollständig zu eliminieren, indem die Distanz a zwischen beiden Berührungsebenen gleich Null gemacht wird.

Um dieses Ziel zu erreichen, ist das Zahnrad, das mit dem dem Gehäuse zugeordneten Zahnkranz kämmt, hohl und hat eine offene Seite zur Aufnahme des zweiten Zahnrades darin, wobei die Distanz zwischen den zwei Zahnrädern groß genug ist, um den Zahnkranz aufzunehmen, der der Ausgangswelle zugehört und mit dem das zweite Zahnrad kämmt.

Die Zähne der zwei Zahnräder und der zwei Zahnkränze sind daher augenscheinlich koplanar ohne gegenseitigem axialem Abstand, so daß kein parasitäres Drehmoment dadurch erzeugt wird.

Eine weitere Ausführungsform, die durch die vorliegende Erfindung vorgesehen ist, hat das Ziel, eine feste Einstellung zur Beseitigung möglichen Spiels zu erreichen, wozu die Exzentrizität der Kurbelwelle einstellbar ist, was durch einen inneren Tragring erreicht wird, mit exzentrischen Berührungs- und Stützflächen, so daß die sich ergebende Exzentrizität der Kurbelwelle als Ganzes die algebraische Summe der funktionalen Exzentrizität des Ringes und der Kurbelwelle ist, wodurch ein mögliches Spiel zwischen dem Zahnkranz, der der Ausgangswelle zugeordnet ist, und dem entsprechenden Zahnkranz, der dem Gehäuse zugeordnet ist, beseitigt ist, wobei letzteres mit einem konischen äußeren Rand und der Gestalt der Berührungsfläche des zugehörigen Zahnkranzes versehen ist, welcher Zahnkranz darüber hinaus eine Mehrzahl von radialen Hohlräumen aufweist, die seine axiale Verschiebung gestatten, so daß dieser "ausdehnbar und zusammendrückbar" ist, wobei dieser Zahnkranz an dem Gehäuse mit Hilfe von zwei Sätzen koaxialer Scheiben derart befestigt ist, daß eine Steigerung der Scheibenanzahl des einen Satzes und eine Verminderung im anderen Satz, oder umgekehrt, den Durchmesser des Zahnkranzes verändert und als Folge davon die feste Kupplung der Zähne sicherstellt.

Um die Beschreibung zu vervollständigen und um das Verständnis der Eigenschaften der Erfindung zu erleichtern, ist ein Satz Zeichnungen zur vorliegenden Beschreibung hinzugefügt und soll die Erfindung nachfolgend unter Bezugnahme auf diese Unterlagen näher erläutert werden. Es zeigt:

Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch ein konventionelles Untersetzungsgetriebe, wie es zuvor bereits beschrieben worden ist;

Fig. 2 einen Längsschnitt durch ein Untersetzungsgetriebe nach der vorliegenden Erfindung;

Fig. 3 eine vereinfachte Ausführungsform des Untersetzungsgetriebes nach Fig. 1, bei dem der der Ausgangswelle zugehörige Zahnkranz hier auf das Eingangsrad bezogen ist und das Ausgangsrad auf die entsprechende Ausgangswelle bezogen ist, wobei die komplementären Zähne koplanar bleiben, was der wesentliche Faktor bei den Verbesserungen ist, auf denen die Erfindung basiert;

Fig. 4 schematische Darstellungen ähnlich der nach Fig. 1 von praktischen Ausführungsformen nach den Fig. 2 und 3 sowie weiterer möglicher Ausführungsformen derselben;

Fig. 5 eine Draufsicht auf den Zahnkranz, der zur Befestigung am Gehäuse des Untersetzungsgetriebes bestimmt ist, und insbesondere die spezifische Gestalt des Zahnkranzes, durch die Spiel beseitigt wird; und

Fig. 6 einen detaillierten Ausschnitt der Verkupplung zwischen dem Zahnkranz und dem Gehäuse.

Aus diesen Figuren, und speziell aus Fig. 2 läßt sich ersehen, wie ein Untersetzungsgetriebe mit den Merkmalen der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist und daß dieses auch als Übersetzungsgetriebe arbeiten kann. Es besteht aus einem Gehäuse 1, in welchem ein Zahnkranz 2 angeordnet ist, der eine Anzahl von Zähnen N ₁ hat, die exzentrisch mit dem Eingangsrad 3 kämmen, das eine Anzahl von Zähnen N ₂ hat. Ein Ausgangsrad 5 mit einer Anzahl von Zähnen N ₃ ist mittels Stiften 4 dem genannten Zahnrad 3 zugeordnet. Das Ausgangsrad 5 kämmt exzentrisch mit einem Zahnkranz 6, der eine Anzahl von Zähnen N ₄ hat und einer Ausgangswelle 7 zugeordnet ist, die frei drehbar mittels Lagern 8 und 9 am Gehäuse 1 gelagert ist. Die Anordnung aus den Zahnrädern 3 und 5 ist auf einer Kurbelwelle 10 montiert, die auf der Eingangswelle 11 eingerichtet ist und auf einem Lager 12 ruht. Die Eingangswelle 11 stößt am Gehäuse 1 durch ein Lager 13 und an der Ausgangswelle durch ein Lager 21 an.

Auf diesem grundsätzlichen Aufbau basieren die vorgesehenen Verbesserungen, wie man aus Fig. 2 erkennt, und zwar wegen der Tatsache, daß das Eingangsrad 3 hohl ist und eine offene Seite hat und sowohl das Ausgangsrad 5 und den zugehörigen Zahnkranz 6 aufnimmt, wobei ein großer ringförmiger Zwischenraum 14 zwischen beiden Zahnrädern 3 und 5 begrenzt wird, in welchem der vorerwähnte Zahnkranz, der der Ausgangswelle 7 zugeordnet ist, angeordnet ist.

Man erkennt ebenfalls aus Fig. 2, daß die Zähne N ₁, N ₂, N ₃ und N ₄ koplanar sind, d. h., sie liegen alle innerhalb derselben Berührungsebene, die in Fig. 2 mit P bezeichnet ist.

Wie die Fig. 3 zeigt, ist es möglich, daß das Zahnrad 5 der Ausgangswelle 7 zugeordnet ist und daher unabhängig vom Zahnrad 3 ist. Der Ausgangszahnkranz 6 ist dann auf das Eingangsrad 3 bezogen, so daß N ₃ der Zahl der Zähne des genannten Zahnkranzes und N ₄ der Zahl der Zähne des Ausgangsrades entspricht, während N ₁ und N ₂ wie zuvor verbleiben.

Wie Fig. 3 zeigt, erhält man eine beachtliche Vereinfachung, wenn das Zahnrad 3, das als solches durch seinen äußeren Umfang wirksam ist, gleichzeitig als Zahnkranz 6 für das Ausgangsrad 5 vermittels seiner inneren Oberfläche wirkt.

Beide Ausführungsformen 2 und 3 sind schematisch in fig. 4 dargestellt und dort mit A und B bezeichnet. Sechs weitere Ausführungsformen für das Untersetzungsgetriebe sind schematisch in Fig. 4 ebenfalls dargestellt, die sämtlich mögliche Anordnungen sind, wobei das übereinstimmende Merkmal derselben, auf das sich die vorliegende Erfindung konzentriert, die Tatsache darstellt, daß die Lager der Anordnung jeweils in der gleichen Ebene P liegen.

Die erwähnten Ausführungsformen gehorchen folgenden Bedingungen:

A: N ₁ ≦λτ N ₂ ≦λτ N ₄ ≦λτ N ₃
B: N ₁ ≦λτ N ₂ ≦λτ N ₃ ≦λτ N ₄
C: N ₂ ≦λτ N ₁ ≦λτ N ₄ ≦λτ N ₃
D: N ₂ ≦λτ N ₁ ≦λτ N ₃ ≦λτ N ₄
E: N ₄ ≦λτ N ₃ ≦λτ N ₂ ≦λτ N ₁
F: N ₄ ≦λτ N ₃ ≦λτ N ₁ ≦λτ N ₂
G: N ₃ ≦λτ N ₄ ≦λτ N ₂ ≦λτ N ₁
H: N ₃ ≦λτ N ₄ ≦λτ N ₁ ≦λτ N ₂

Um den beschriebenen Aufbau zu vervollständigen und als weiteres Beispiel ist die Möglichkeit betrachtet worden, diese Art von Untersetzungsgetrieben so aufzubauen, daß kein Spiel existent ist, d. h. sie mit einer festen Einstellung zwischen verschiedenen beweglichen Elementen anzuordnen.

Zunächst, und um Spiel zwischen einem Zahnrad und seinem zugehörigen Zahnkranz zu vermeiden, wie beispielsweise zwischen dem Zahnrad 5 und dem Zahnkranz 6 in der praktischen Ausfürhungsform nach Fig. 2, ist vorgesehen worden, daß der Ring 15 des Lagers 12 auf der Kurbelwelle exzentrische Berührungs- und Stützflächen hat, so daß die funktionale Exzentrizität der Kurbelwelle wie zuvor erwähnt die algebraische Summe ihrer eigenen Exzentrizität und der des Ringes ist.

Um das Spiel zwischen den anderen beiden Elementen, nämlich das Spiel zwischen dem Zahnkranz 2 und dem Eingangsrad 3 in dem zuvor erwähnten Beispiel zu vermeiden, ist vorgesehen worden, daß der erwähnte Zahnkranz eine konisch gestaltete äußere oder Tragkante 16 hat, wobei das Gehäuse 1 von derselben Gestalt in dem Bereich ist, der zur Aufnahme des genannten Zahnkranzes bestimmt ist.

Weiterhin ist der Zahnkranz 2 mit Hohlräumen 17 und 18 versehen, die an seinen äußeren und inneren Rändern ausgebildet sind und diesen ausdehnbar und komprimierbar machen.

Der Zahnkranz 2 ist axial am Gehäuse 1 mit Hilfe von zwei Sätzen Scheiben 19 und 20 befestigt, die deutlich in Fig. 6 dargestellt sind, so daß in Abhängigkeit von der Anzahl der Scheiben in jedem der Sätze 19 und 20 eine axiale Positionierung des Zahnkranzes in bezug auf das Gehäuse erzielt wird, in welcher Position der Zahnkranz durch seinen Rand 16 komprimiert wird, wobei der Durchmesser auf diese Weise vermindert wird und sich fest an das Zahnrad 3 anpaßt, um jedes Spiel zwischen diesen Elementen zu vermeiden.

Es wird nicht als notwendig erachtet, diese Beschreibung für den Fachmann auf diesem Gebiet noch weiter auszudehnen, da der Umfang der Erfindung und ihre Vorteile sich klar ergeben.

Die Materialien, die Gestalt, die Größe und die Anordnung der Elemente können variieren, solange der Grundcharakter der Erfindung nicht verlassen wird.

Die in der Beschreibung verwendeten Ausdrücke haben eine breite und nicht einschränkende Bedeutung.

Claims (2)

1. Untersetzungsgetriebe mit einer Kurbelwelle (10), die die Eingangswelle (11) bildet, und einer Ausgangswelle (7), die koaxial zu ersterer angeordnet ist und an einem Gehäuse (1) montiert ist, wobei die Kurbelwelle (10) ein Paar Zahnräder (3, 5) enthält, die frei drehbar gelagert sind, jeodch einander zugehörig sind, wobei eines (3) der genannten Zahnräder (3, 5) mit einem Zahnkranz (2) kämmt, der dem Gehäuse (1) zugeordnet ist, und das andere Zahnrad (5) mit einem zweiten Zahnkranz (6) kämmt, der der Ausgangswelle (7) zugeordnet ist, und wobei das Untersetzungsgetriebe ebenso auch als Übersetzungsgetriebe eingesetzt werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Zahnrad (5) innerhalb des anderen Zahnrades (3) angeordnet ist, zu welchem Zweck letzteres (3) hohl ausgeführt ist und eine offene Seite hat, daß die Distanz zwischen dem inneren Umfang des umgebenden Zahnrades (3) und dem äußeren Umfang des inneren Zahnrades (5) groß genug ist, um den dem zweiten Zahnrad (5) zugeordneten Zahnkranz (6) aufzunehmen, so daß die Zähne (N ₁-N ₄) der vier gezahnten Elemente (2, 3, 5, 6) koplanar sind, und daß das Lager (12), das die erwähnten Zahnräder (3, 5) der Kurbelwelle (10) zuordnet, in derselben Ebene (P) liegt.

2. Untersetzungsgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zahnkranz (2), der dazu bestimmt ist, dem Gehäuse (1) zugeordnet zu sein, einen konisch gestalteten äußeren Rand (16) aufweist, daß der Aufnahmebereich des Gehäuses (1) gleiche Gestalt aufweist, daß der Zahnkranz (2) axial innerhalb des Gehäuses (1) ersetzbar ist und in der geeignetsten Position mit Hilfe von Scheiben (19, 20) festgelegt werden kann, die zu beiden Seiten desselben angeordnet sind und die in Abhängigkeit von ihrer Anzahl eine solche Lageeinstellung ermöglichen, und daß das erwähnte Zahnrad (3) mit einer Mehrzahl von radialen Hohlräumen (17, 18) alternierend nach innen und außen versehen ist, die es erlauben, den Durchmesser des Zahnrades (3) zu variieren, wenn es durch die komplementären kegelstumpfförmigen Flächen des Zahnkranzes (2) oder Gehäuses (1) zusammengedrückt oder ausgedehnt wird, um auf diese Weise Spiel zwischen den zwei Elementen zu beseitigen, während das Spiel zwischen dem äußeren Zahnrad (5) und dem Ausgangszahnkranz (6) mit Hilfe eines inneren Ringes (15) auf dem Kurbelwellenlager (12) beseitigt wird, auf welchem die erwähnten Zahnräder (3, 5) ruhen, welcher Ring (15) exzentrische Berührungs- und Abstützflächen hat derart, daß die funktionale Exzentrizität der Kurbelwelle (10) gleich der algebraischen Summe ihrer eigenen Exzentrizität und jener des tragenden Ringes (15) ist.