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Zahnradgetriebe Die Erfindung bezieht sich auf Zahnradgetriebe mit
innerer Verzweigung des Leistungsflusses, bei dem zwei Haupt- und zwei Zwischenwellen
angeordnet sind und die über eine Hauptwelle eingeleitete Leistung auf die Zwischenwellen
verteilt und von diesen auf die abtriebsseitige Hauptwelle übertragen wird.
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Derartige Zahnradgetriebe sind bereits bekannt und haben den Vorteil,
daß die den Antrieb und Abtrieb bildenden Hauptwellen im wesentlichen nur Drehmomente
zu übertragen haben. Die auf den Zwischen- und Hauptwellen angeordneten Zahnräder
brauchen nur für die halbe Getriebeleistung bemessen zu sein. Voraussetzung für
einwandfreies Arbeiten eines derartigen Getriebes mit mehreren Zwischenwellen ist,
daß das aufgenommene Drehmoment gleichmäßig oder zumindest im wesentlichen gleichmäßig
auf die Zwischenwellen verteilt wird.
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Da derartige Getriebe nicht mit der für den gleichzeitigen Eingriff
aller Zahnräder und damit für die gleichmäßige Verteilung der eingeleiteten Leistung
erforderlichen Genauigkeit gefertigt werden können, sind bereits die verschiedenartigsten
Maßnahmen zur überwindung dieser Schwierigkeit vorgesehen worden. Bei einer bekannten
Ausführung sind die Zahnkränze der mit der treibenden Welle zusammenarbeitenden
Zahnräder in Umfangsrichtung auf ihren Radnaben nachgiebig bzw. federnd gelagert.
Sofern beim Ingangsetzen eines solchen Getriebes zunächst nur ein Zahnrad belastet
wird, weicht dessen pfeilverzahnter Zahnkranz um einen gewissen Betrag federnd aus,
bis auch der Zahnkranz der anderen Zwischenwelle zum Eingriff kommt. Bei einer anderen
Ausführungsform wurde vorgesehen, das auf der treibenden Welle sitzende pfeilverzahnte
Zahnkranzpaar axial beweglich anzuordnen, um die gleichmäßige Verteilung des aufgenommenen
Drehmomentes auf die beiden Zwischenwellen sicherzustellen. Gleichzeitig wurden
sämtliche Wellen mit den zugehörigen Zahnrädern bzw. Zahnkränzen gegenüber dem Getriebegehäuse
axial beweglich gelagert, so daß eine Ausrichtung in bezug auf die antriebsseitig
angeordneten Zahnräder eintreten konnte. Bei diesen Getrieben sind zusätzliche Einrichtungen
zur Aufnahme freier Axialkräfte erforderlich. So sind bei einer bekannten Ausführungsform
hydraulische Ausgleichsvorrichtungen angeordnet. Der durch diese Zusatzeinrichtung
erforderliche Bauaufwand sowie die Abmessungen der Zahnkränze, insbesondere auf
der schnellaufenden Seite, hebt bei diesen Getrieben einen wesentlichen Teil der
mit Zwischenwellen zum Zwecke der Leistungsteilung ausgerüsteten Getriebe möglichen
Vorteile wieder auf.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Zahnradgetriebe
mit Leistungsverzweigung zu schaffen, in welchem eine gleichmäßige Verteilung des
Antriebsdrehmomentes ohne den Einsatz kostspieliger Zahnräder mit federnden Zahnkränzen
erreicht wird und bei dem keinerlei Zusatzeinrichtungen zum Ausgleich freier Axialkräfte
erforderlich sind. In dem zu schaffenden Getriebe soll vielmehr ein innerer Ausgleich
der von der Schrägverzahnung herrührenden Axialkräfte erfolgen, so daß nur ein axialer
Festpunkt innerhalb des Getriebes erforderlich ist.
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Zur Lösung der gestellten Aufgabe geht die Erfindung von einem Zahnradgetriebe
aus, bei dem zwei den An- und Abtrieb bildende Hauptwellen je ein Paar zusammen
pfeilverzahnter Zahnkränze tragen und bei dem zwei auf gegenüberliegenden Seiten
der Hauptwellen angeordnete Zwischenwellen vorgesehen sind, die beide je ein mit
einem der pfeilverzahnten Zahnkranzpaare der einen Hauptwelle im Eingriff stehendes
Paar pfeilverzahnter Zahnkränze und je einen mit je einem der Zahnkränze, der zu
dem pfeilverzahnten Zahnkranzpaar der anderen Hauptwelle gehörenden Zahnkränze im
Eingriff stehenden, einfach geschnittenen Zahnkranz tragen und bei dem die miteinander
im Eingriff befindlichen Zahnkränze die gegenseitige Lage der Haupt- und Zwischenwellen
in axialer Richtung bestimmen.
Die Lösung der erfindungsgemäßen
Aufgabe besteht darin, daß die getriebene Welle in an sich bekannter Weise in axialer
Richtung gegenüber dem Gehäuse des Getriebes mittels eines Führungslagers gesichert
ist und die Verzahnungen der fliegend gelagerten und einfach verzahnten Zahnräder
der Zwischenwellen sowie die Verzahnungen der mit diesen Zahnrädern im Eingriff
stehenden Ritzel der treibenden Welle Zähne mit kleinerem Steigungswinkel aufweisen
als die Verzahnungen der miteinander im Eingriff stehenden Zahnräder der getriebenen
Hauptwelle und der Zwischenwellen.
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Durch die erfindungsgemäße Anordnung wird ein sehr kompakter Getriebeaufbau
ermöglicht. Die einzige axiale Festlegung der Getriebewellen ist durch das auf der
Abtriebswelle angeordnete Führungslager gegeben. Mit Ausnahme der fliegend auf den
Zwischenwellen angeordneten Zahnräder zur Leistungsverzweigung von der getriebenen
Hauptwelle sind alle Zahnräder mit zwei Zahnkränzen versehen, die Pfeilverzahnung
aufweisen. Dadurch werden in an sich bekannter Weise die infolge der Schrägverzahnung
der Zahnkränze verursachten Axialkräfte unmittelbar an der Entstehungsstelle ausgeglichen.
Die über die fliegend auf den Zwischenwellen angeordneten einkränzigen Zahnräder
in die Zwischenwellen eingeleiteten Axialkräfte werden über die Verzahnung des auf
der abtriebsseitigen Hauptwelle angeordneten doppelkränzigen Zahnrades ausgeglichen.
Da die Verzahnung dieser Zahnräder und der mit ihnen kämmenden pfeilverzahnten Zahnkränze
auf der treibenden Hauptwelle kleine Zahnschrägen im Vergleich zu den pfeilverzahnten
Zahnkränzen, die mit dem auf der getriebenen Hauptwelle angeordneten Zahnrad kämmen,
aufweisen, sind die über die fliegend auf den Zwischenwellen angeordneten Zahnräder
eingeleiteten und ein Kippmoment am Zahnrad auf der Abtriebswelle verursachenden
Axialkräfte klein. Dieses Kippmoment wird durch die doppelte Lagerung der abtriebsseitigen
Haupt- , welle aufgenommen.
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Die Erfindung soll nachstehend unter Bezugnahme auf eine beispielsweise
dargestellte Ausführungsform näher beschrieben werden.
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Die Figur ist ein Grundriß eines gemäß der Er- , findung ausgeführten
Zahnradgetriebes, wobei die obere Hälfte des Getriebegehäuses entfernt und Teile
des Getriebes waagerecht durch die Wellen geschnitten dargestellt sind.
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In der Figur bezeichnet 10 die untere Hälfte eines ; waagerecht
entlang den Wellen des Getriebes geteilten Gehäuses, das durch eine querverlaufende
Zwischenwand 12 in zwei Kammern unterteilt ist. Eine treibende Welle 14 ist
in zwei Lagern gelagert, von denen das eine 16 in der Zwischenwand
12 sitzt, während das andere Lager 18 bei dem Ausführungsbeispiel an das
Gehäuse 10 verlegt ist. Die Lager sind so gebaut, daß sie eine axiale Bewegung der
Welle 14 gestatten. Auf der Welle 14 sitzt ein Primärgetriebe, das aus zwei Ritzeln
20 und 22 zusammengesetzt ist, deren Verzahnung einfach, aber in einander
entgegengesetzten Richtungen geschnitten ist, so daß sie zusammen eine Pfeilverzahnung
aufweisen. In dem dargestellten Beispiel weist das Ritzel20 eine linksgängige Verzahnung
und das Ritzel22 eine rechtsgängige Verzahnung auf.
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Gleichmittig mit der treibenden Welle 14 ist eine getriebene Welle
24 angebracht und in zwei Lagern gelagert, von denen das eine, 26, in die
Gehäusewand und das andere, 28, in die Zwischenwand 12
eingebaut ist.
Das eine Lager, vorzugsweise das Lager 26, ist ein kombiniertes Axial- und Radiallager
und sichert damit die Lage der Welle 24 auch in axialer Richtung. Das Lager 28 kann
ein reines Radiallager sein.
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Beidseitig der Wellen 14 und 24 sind zwei Zwischenwellen
30,31 in Radiallagern 32 und 34 gelagert, wobei diese Lager in der Gehäusewand
10
bzw. der Zwischenwand 12 angebracht sind. Die Wellen 30,31 können
genau dieselbe Form haben. Die Lager 32 und 34 gestatten den Wellen
30 und 31
eine gewisse Beweglichkeit in axialer Richtung. Auf der Welle
30 ist ein Zahnrad 36 befestigt, dessen Zähne 38 in das Ritzel 20 eingreifen und
daher in rechtsgängiger Schraube geschnitten sind. Das Zahnrad 36 hat einen
Nabenteil 40, der in axialer Richtung auf der Zwischenwelle 30 gesichert
ist und der eine verhältnismäßig große axiale Länge aufweist. Das Zahnrad 36 verschmälert
sich außerhalb des Nabenteils 40 schräg nach innen, um zu dem Ritzel
20 zu passen. Auf der Zwischenwelle 31 sitzt ein Zahnrad 44, dessen
Zähne 46 in das Ritzel 22 des Primärgetriebes eingreifen und daher seine Zähne in
einer linksgängigen Schraube geschnitten hat. Abgesehen davon, daß die Zahnräder
36 und 44 in entgegengesetzte Richtung geschnittene Zähne haben, können sie gleich
ausgeführt sein. Das Zahnrad 44 verschmälert sich somit von einem Nabentei147 in
Richtung nach außen zu dem Ritzel 22.
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Jede der beiden Zwischenwellen 30, 31 hat ein pfeilverzahntes Ritzel
48, 50, das bei der Ausführungsform unmittelbar auf der Welle ausgebildet ist. Die
beiden Ritzel 48,50 sind hierbei durch einen Zwischenraum 52 getrennt, um für den
Zahnradfräser Platz zu lassen. Auf der Welle 24 sitzt ein Zahnrad 54, das
zwei Zahnkränze 56 und 58 hat, die mit den Ritzeln 48 und 50 im Eingriff
stehen.
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Das der Welle 14 zugeführte Moment verteilt sich dank der axialen
Verschiebbarkeit der Welle gleichmäßig auf die beiden Zwischenwellen 30 und 31.
Wenn nämlich beim Ingangsetzen des Umlaufs z. B. nur das Zahnrad 36 von dem
Ritzel 20 ein Moment überträgt, wird die Welle 14 in axialer Richtung um
einige Zehntel Millimeter verschoben, bis auch der Zahnkranz 46 mit dem Ritzel 22
in Eingriff gekommen ist. Die Zwischenwellen 30 und 31, die mit kleinerer
Drehzahl umlaufen :als die Welle 14, übertragen das Moment auf das Zahnrad 54 und
damit auf die getriebene Welle 24, deren Drehzahl noch niedriger ist. Das Zahnrad
54 wird in axialer Richtung vom Lager 26 geführt. Die Zwischenwelle 30 will sich
deswegen, weil das Zahnrad 36 nur in einer Schraubenrichtung geschnittene Zähne
hat, in axialer Richtung verschieben, wird hieran jedoch durch den Eingriff eines
der beiden Ritzel 48 und 50 in die Zahnkränze des Zahnrads 54 gehindert.
Die Zwischenwelle 31 ist bestrebt, sich in entsprechender Weise in der entgegengesetzten
Richtung zu verschieben, wird hieran aber gleichfalls durch den Eingriff seiner
Ritzel in das Zahnrad 54 gehindert. Die hierbei auftretenden axialen Kräfte sind
gleich groß und einander entgegengesetzt, weswegen das Lager 26 keiner axialen Belastung
ausgesetzt wird. Da die Wellen 30 und 31 in axialer Richtung gegenüber dem Gehäuse
beweglich sind, können sich ihre Ritze148 und 50 in bekannter Weise so einstellen,
daß jede
von ihnen ein gleich großes Moment auf das Zahnrad 54 überträgt.
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Die Ritzel 20,22 der treibenden Welle und die mit diesen im Eingriff
stehenden Zahnkränze 38 und 46 der Zwischenwellen 30 bzw. 31 mit Zähnen ausgeführt
sind, deren Steigungswinkel klein ist, indem er vorzugsweise nur 10 bis 12° beträgt.
Unter Steigungswinkel wird in diesem Zusammenhang die Schrägstellung der Zähne zur
Erzeugenden verstanden. Die auf der getriebenen Welle 24 sitzenden Zahnkränze
56,58 und die Zähne der mit diesen im Eingriff stehenden Ritzel
48 und 50 der Zwischenwellen 30,31 sind dagegen mit einem Steigungswinkel
geschnitten, der größer und vorzugsweise zwei oder mehrere Male größer ist als der
der Zähne der schnellaufenden Seite und somit ungefähr 45° sein kann. Wie aus den
vorstehenden Ausführungen hervorgeht, werden die innerhalb des Zahnradsystems des
Getriebes wirkenden Axialschübe von dem System selbst aufgenommen, während sämtliche
Wellen außer einer Welle gegenüber dem Getriebegehäuse axial beweglich sind. Es
ist dann von besonderer Bedeutung, daß die auf der schnellaufenden Seite, d. h.,
den Zähnen der Elemente 20, 36 bzw. 22, 44 auftretenden axialen Kraftkomponenten,
die also über die Zwischenwellen auf die langsamlaufende Seite, d. h., die Zähne
der Elemente 48,50 bzw. 56,
58 übertragen werden, so klein wie möglich gehalten
werden. Dies wird durch den kleinen-Steigungswinkel auf der schnellaufenden Seite
erreicht. Die von der schnellaufenden Seite ausgehenden Axialkräfte addieren sich
zu den auf der langsamlaufenden Seite auftretenden Axialkräfte, und die Summe dieser
Kräfte bestimmt die Breite der Zahnkränze der langsamlaufenden bzw. angetriebenen
Seite. Mit dem Anwachsen dieser Breite wächst der Abstand zwischen den Lagern 32
und 34, und gleichzeitig damit wird die Durchbiegung der Zwischenwellen
30,31 größer. Durch die verschieden großen Steigungswinkel wird somit erreicht,
daß die getriebene oder abgebende Getriebeseite kleinstmögliche Abmessungen erhält
und geringstmögliche Durchbiegung aufweist. Dies wiederum ermöglicht es, die Zwischenwellen
in nur zwei Lagern zu lagern, und zwar je einem unmittelbar neben der Außenseite
der Ritzel 48, 50.
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Unmittelbar innerhalb des Lagers 18 ist um die Welle 16 herum eine
Hülse 68 angebracht, die mittels eines Keils 70 beim Umlauf der Welle
14 mitgenommen wird. Die beiden Ritzel 20 und 22 werden beim Umlauf durch
die zwischen ihnen bzw. dem Ritzel 22 und der Hülse 68 vorgesehenen Klauenkupplungen
72 bzw. 74 mitgenommen. Der Innenring des Lagers 18 liegt an einem Bund
76 der Welle 14
an, wobei dieser Ring und die innerhalb desselben auf
der Welle angebrachten Elemente 68,22 und 20
ebenso wie der Innenring
des Lagers 16 axial zwischen diesem Bund und einem in das innere Wellenende eingeschraubten
Pfropfen 78 fixiert sind. Wegen des Vorhandenseins der Klauenkupplungen brauchen
die Ritzel 20 und 22 nicht auf der Welle verkeilt zu sein und können
deswegen einen kleinen Durchmesser erhalten, so daß ein entsprechend großes Über-
bzw. Untersetzungsverhältnis erzielt wird.
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Das kombinierte Axial- und Radiallager 26 hat - insbesondere wenn
es als Kugellager ausgeführt ist - ein gewisses, wenn auch nur kleines Spiel in
axialer Richtung und läßt daher eine entsprechende, wenn auch geringe Beweglichkeit
der Welle 24 zu. Da die innerhalb des Getriebesystems auftretenden axialen Kräfte
einander aufheben, können auch verhältnismäßig kleine pulsierende Axialschübe, die
entweder über die treibende Welle 14 vom Antriebsmotor oder über die getriebene
Welle 24 von dem angetriebenen Maschinenteil herrühren, unter gewissen Umständen
Störungen verursachen, indem sie die umlaufenden Elemente des Getriebes sich hin-und
herwerfen lassen. Diese axiale Beweglichkeit der Welle läßt sich nun dadurch beseitigen,
daß man durch eine kleinere, innerhalb des Getriebes erzeugte axiale Belastung dem
Lager 26 eine axiale Vorspannung gibt. Zu diesem Zweck können die Steigungswinkel
der Zahnkränze 20 und 22 etwas ungleich gehalten werden, so daß ein
Axialschub entsteht, der das Lagerspiel des Führungslagers 26 beseitigt. Es leuchtet
ein, daß auch die Zähne der Zahnräder 36 und 44 dieselbe Ungleichheit in
bezug auf den Steigungswinkel aufweisen müssen.
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Die Zahnkränze des Ritzelpaares 20,22 und die in diese eingreifenden
Zahnkränze auf den Zwischenwellen 30,31 brauchen nicht notwendig untereinander
ganz gleich zu sein. Denkbar ist vielmehr, daß der Zahnkranz 20 und die das
Antriebsmoment von diesem zu dem Zahnrad 54 übertragenden Zahnkränze 38 bzw. 48,50
eine andere Anzahl Zähne bzw. einen anderen Teilkreis haben als die Zahnkränze 46
bzw. 48, 50, die mit dem Zahnkranz 22 zusammenarbeiten und somit das Antriebsmoment
von letzterem über die Zwischenwelle 31 zu dem Zahnrad 54 übertragen. Dies bedeutet
also, daß die Zahnkränze 38 und 46 voneinander verschieden sind und ebenso auch
die auf den Zwischenwellen 30 bzw. 31 angebrachten Zahnkränze 48 bzw. 50. Dann liegen
die Zwischenwellen in ungleichem Abstand von den Achslinien der Wellen
14 und 24. Der Unterschied in der Anzahl der Zähne kann klein sein,
z. B. so, daß die Ritzel 48, 50 auf der Zwischenwelle 30 eine Anzahl Zähne
haben, die sich nur durch eine Einheit von der Anzahl der Zähne auf den entsprechenden
Ritzeln 48,50 der anderen Zwischenwelle 31 unterscheidet. Dabei muß selbstverständlich
die Übersetzung bzw. Untersetzung über die beiden Zwischenwellen 30, 31 genau dieselbe
sein.
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Die Achslinien der Wellen 14 und 24 können etwas außermittig
zueinander liegen. Die Ritzel48, 50 auf den beiden Zwischenwellen
30,31 können dann identisch miteinander und damit auch der Abstand der letzteren
von der Achslinie der Welle 24 gleich groß sein. Dagegen erhalten die Zahnräder
36 und 44 einerseits und die Ritzel 20 und 22 andererseits
eine voneinander abweichende Anzahl von Zähnen bzw. einen voneinander abweichenden
Teilkreis.