DE3606240A1 - Untersetzungsgetriebe - Google Patents
UntersetzungsgetriebeInfo
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- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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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.
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
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.
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