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Hubschraubergetriebe Die Erfindung betrifft Hubschraubergetriebe mit
einer oder mehreren Antriebswellen, die mittels Kegelradritzel winklig zur Antriebswelle
koaxial angeordnete gegenläufige Rotorwellen über Kegelrad-Tellerräder antreiben,
welche durch Gleit- oder Wälzlager gegen ihre Axialbelastung in der Umfangsnähe
auf der unverzahnten Seite und gegen ihre Radialbelastung an einer in der Umfangsnähe
sich erstreckenden Ringschulter abgestützt sind.
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Bei Getrieben solcher Art sind die den Rotorwellen zugeordneten Kegelräder
üblicherweise als Tellerräder gestaltet, die mit den antreibenden Kegelradritzeln
kämmen, welche im Durchmesser wesentlich kleiner sind als die Tellerräder, um die
Drehzahl der Antriebswelle auf diejenige der Rotorwellen zu untersetzen. Das die
Kegelräderritzel mit den sie tragenden Wellen und deren Lager aufnehmende Getriebegehäuse
hat die Aufgabe, einesteils diese Getriebeteile zu umschließen und andernteils die
Kräfte aufzunehmen, welche aus den in den Wellen und den Kegelradritzeln herrschenden
Drehmomenten sowie aus den an den Rotorblättern wirkenden Luftkräften herrühren
und solche Kräfte miteinander sowie mit denjenigen Kräften zu einem Ausgleich zu
bringen; die im Festigkeitsverband der Hubschrauberzelle wirksam sind. Die Außenform
des Getriebegehäuses ist insbesondere durch den verhältnismäßig großen Durchmesser
des oder der Rotorwellen-Tellerräder bestimmt, so daß einer gewichtssparenden, gedrängten
Bauweise des Getriebegehäuses hierdurch eine Grenze gesetzt ist. Bei bekannten Hubschraubergetrieben
ist der Gewichtsaufwand für das Getriebegehäuse noch dadurch erhöht, daß Querwände
im Getriebegehäuse vorhanden sind, welche die Lager einer zentrisch im Gehäuse sich
erstreckenden Rotorwelle halten. Die Anordnung der Rotorwellenlager im mittleren
Innenbereich des Getriebegehäuses hat dabei zur Folge, daß das oder die Tellerräder
und die Rotorwellen mit entsprechendem Gewichtsaufwand kräftig dimensioniert sein
müssen, um die im Eingriffsbereich der Verzahnung der Tellerräder und Kegelradritzel
auftretenden Verzahungskräfte auf das Rotorwellenlager zu übertragen. Da diese Kräfte
überdies mit einem Hebelarm auf das Rotorwellenlager wirken, muß das Lager sowie
die das Lager haltende Querwand kräftig dimensioniert sein, wodurch ein weiterer
Gewichtsaufwand verursacht ist.
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Bei einem ebenfalls bekannten Getriebe, das als Wechselgetriebe mit
überholkupplungen.gestaltet und vornehmlich für Kraftfahrzeuge bestimmt ist, kämmen
antreibende Kegelradritzel mit konzentrisch angeordneten Zahnrädern, die in Art
von Hülsen gestaltet sind, welche stirnseitig die Kegelradverzahnung aufweisen und
sämtlich im gleichen Drehsinne rotieren. Die Abstützung des den größten Durchmesser
aufweisenden Zahnrades gegen die vom Verzahnungseingriff ausgehende axiale und radiale
Belastung ist dadurch erreicht, daß der Hülsenkörper mit einem äußeren Schulteransatz
gegen ein am Gehäuse angeordnetes Wälzlager anliegt, das mit der Verzahnung auf
etwa größengleicher Ringfläche liegt und die Axialkräfte auf die Gehäuse-Außenwand
überträgt, ferner ist am abgesetzten Hülsenumfang ein die Radialbelastung auf das
Gehäuse übertragendes Wälzlager angeordnet. Das durch dieses Getriebe gegebene Vorbild
ist auf Hubschraubergetriebe mit koaxialen gegenläufigen Rotorwellen nicht anwendbar,
weil keine im Zwanglauf mit entgegengesetzten Drehrichtungen angetriebene Wellen
vorhanden sind, sondern alle mit je einem Kegelradritzel kämmenden hülsenförmigen
Zahnräder im gleichen Drehsinne und mit unterschiedlicher Drehzahl rotieren.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für ein Hubschraubergetriebe
der eingangs bezeichneten Gattung eine gewichtssparende Bauform zu schaffen, bei
der die aus dem Verzahnungseingriff herrührenden axialen und radialen Belastungen
mit kurzen Kraftübertragungswegen in der Nähe des Ortes ihrer Entstehung zu einem
gegenseitigen Ausgleich gebracht sind, so daß die Kegelrad-Tellerräder und das Gehäuse,
letzteres in seinen überwiegenden Wandungsbereichen, weitgehend von den aus dem
Verzahnungseingriff herrührenden Kräften entlastet sind und daher mit einer Gewichtseinsparung
verhältnismäßig schwach dimensioniert werden können.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die unverzahnten
Seiten der durch je ein
Kegelradritzel mit gegenläufigem Drehsinne
angetriebenen Kegelrad-Tellerräder einander zugewendet sind und das oder die Gleit-
oder Wälzlager zwischen sich einschließen.
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Hierdurch ist erreicht, daß die in beiden Kegelrad-Tellerrädern herrschenden
Axialkräfte einander entgegengerichtet sind und auf dem kurzen Wege über das oder
die zwischengefügten Gleit- oder Wälzlager zu einem gegenseitigen Ausgleich gebracht
sind. Die in den Kegelradritzeln wirkenden Reaktionskräfte können ebenfalls in mit
ihrer örtlichen Erstreckung klein begrenzten Bereichen des Getriebegehäuses zu einem
Ausgleich gebracht werden. Die Wand des Getriebegehäuses umschließt hierbei die
Tellerräder der Rotorwellen mit geringem Abstand vom Umfang. Das oder die Lager,
welche beide Tellerräder in Umfangsnähe gegen ihre Axialbelastung abstützen, befinden
sich daher sowohl in der Nähe der Gehäusewand als auch in der Nähe der Stelle, an
der im Eingriffsbereich der Verzahnung der Tellerräder und der Kegelradritzel die
sie mit entgegengesetzten Richtungen belastenden Verzahnungskräfte wirken. Es kann
mithin auf die Anordnung von Querwänden des Getriebegehäuses mit in der Gehäusemitte
gelegenen Lagerstellen verzichtet werden. Als Ergebnis der erfindungsgemäß gewählten
Bauform ist demnach eine gewichtlich leichte Bauweise erzielt. Die durch die Verzahnungskräfte
bedingte Axialbelastung der Tellerräder wirkt nur örtlich im Eingriffsbereich der
Tellerräder und Kegelradritzel. Es würde daher genügen, das oder die die Axialbelastung
aufnehmenden Gleit- oder Wälzlager in der Weise zu gestalten, daß ihre auf das Tellerrad
ausgeübte Abstützwirkung im wesentlichen auf den Eingriffsbereich beschränkt ist.
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Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung umgibt das oder die Gleit-
oder Wälzlager die Rotorwellen ringförmig, um die von den Rotorauftriebs-und/oder
Massenkräften herrührenden Axialbelastung zusätzlich aufzunehmen. Dabei wird der
Vorteil erzielt, daß das oder die Gleit- oder Wälzlager zweifach genutzt sind und
die in den Rotorwellen herrschenden Axialkräfte, die sich als Auftriebskräfte der
Rotoren im Flugbetrieb und/oder als Massenträgheitskräfte beim Landestoß darstellen,
verteilt und auf kurzem Wege in die Gehäusewand einleiten.
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Eine der Verringerung der Gleit- oder Wälzgeschwindigkeit in den Lagern
dienende Ausgestaltung besteht erfindungsgemäß darin, daß je Tellerrad ein Gleit-
oder Wälzlager und zwischen diesen ein als Widerlager dienender gehäusefester Ringkörper
angeordnet sind.
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Um den Ringkörper zugleich als Widerlager für die Radialbelastung
beider Tellerräder zu benutzen, sind in weiterer Ausgestaltung der Erfindung die
Ringschultern der Tellerräder einander zugewendet und mittels des Ringkörpers als
Widerlager über Gleit-oder Wälzlager gegen die Radialbelastung abgestützt.
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Eine für den Zusammenbau des Getriebes vorteilhafte Einzelausgestaltung
besteht erfindungsgemäß darin, daß das Gehäuse eine zwischen den Tellerrädern sich
erstreckende, bekannte Teilungsebene aufweist und der einen gesonderten Bauteil
bildende Ringkörper zwischen den Gehäuseteilen gefaßt ist.
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Die Anordnung der Verzahnung auf den voneinander abgewendeten Seiten
der Tellerräder bringt es mit sich, daß je Tellerrad mindestens ein Kegelradritzel
samt Ritzelwelle erforderlich ist. In Ausnutzung dieses Umstandes sind gemäß einem
weiteren Merkmal der Erfindung die Ritzelwellen in einem Untersetzungsverhältnis
mit einer zwischen ihnen angeordneten Antriebswelle kinematisch gekuppelt. Hierbei
wird demzufolge die Drehzahl des Antriebsmotors in zwei Untersetzungsstufen auf
die Drehzahl der Rotorwellen herabgesetzt, und es ergeben sich in jeder Untersetzungsstufe
entsprechend günstigere Eingriffsverhältnisse für die Verzahnung als bei der Anordnung
einer einzigen Untersetzungsstufe.
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Für Rotoren mit großem Leistungsbedarf sind gemäß einem weiteren Merkmal
im Rahmen der Erfindung mehrere Antriebs- und Ritzelwellen am Umfang der Tellerräder
verteilt angeordnet.
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In der Zeichnung ist ein Schnitt durch ein Hubschraubergetriebe gemäß
der Erfindung als Ausführungsbeispiel dargestellt.
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Die Antriebswelle 3 treibt in einem Untersetzungsverhältnis die Ritzelwellen
4, 4' an, deren Kegelradritzel 5, 5', ebenfalls in einem Untersetzungsverhältnis,
mit den Tellerrädern 6, 6' kämmen. Die Tellerräder 6, 6' bilden kinematisch Bestandteile
der mit gegenläufigem Drehsinn angetriebenen koaxialen Rotorwellen 7, 7', welche
über Zahnkupplungen 8, 8' und Zwischenhülsen 14,14' mit den Tellerrädern 6, 6' zu
gemeinsamer Drehung gekuppelt sind.
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Die Tellerräder 6, 6' sind in Umfangsnähe mit ihren einander zugewendeten
unverzahnten Seiten an Wälzlagern 9, 9' und ferner mit Ringschultern 10,10' an Wälzlagern
11,11' abgestützt. Die konzentrisch zur Achse der Rotorwellen 7, 7' angeordneten
Wälzlager 9, 9' und 11,11' nehmen die im Eingriffsbereich der Tellerräder 6, 6'
und Kegelradritzäl 5, 5' auftretende Axial- und Radialbelastung der Tellerräder
6, 6' auf und übertragen diese Verzahnungskräfte auf den als Widerlager wirkenden
Ringkörper 12, der zwischen den miteinander durch die Schrauben 13 verbundenen Teile
2, 2' des Getriebegehäuses gehalten ist. Das Getriebegehäuse weist zu diesem Zwecke
eine zwischen den Tellerrädern 6, 6' sich erstreckende Trennungsebene auf, in der
die Gehäuseteile 2, 2' gegeneinanderliegen. Auf der Antriebsseite ist das Getriebegehäuse
mit einem ungeteilten Deckel 1 versehen, der zur Lagerung der Antriebswelle 3 und
der Ritzelwellen 4, 4' beiträgt und an den Gehäuseteilen 2, 2' durch Schrauben befestigt
ist.
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Die mit den Rotorwellen 7, 7' durch die Zahnkupplungen 8, 8' sowie
mit den Tellerrädern 6, 6' drehfest verbundenen Zwischenhülsen 14,14' sind im Getriebegehäuse
durch zusätzliche Radiallager 15,15' gelagert. Ferner=ist zwischen einem Kragen
16 der Zwischenhülse 14 und einer an der Zwischenhülse 14' befindlichen Schulter
17 ein leichtes Axiallager 18 an--geordnet, das lediglich die Aufgabe hat, die Zwischenhülse
14 gegen ein Absenken zu stützen.
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Die Rotorwelle 7 untergreift mit dem Teil 19 die Zwischenhülse 14
und überträgt daher die in ihr wirksame axiale Auftriebskraft der nicht dargestellten
Rotorblätter auf das Wälzlager 9, welches somit zweifach genutzt ist. Die Auftriebskraft
wird vom Wälzlager 9 über den Ringkörper 12 in das Getriebegehäuse übertragen und
an den nicht dargestellten Befestigungskonsolen in den Festigkeitsverband der Hubschrauberzelle
eingeleitet.
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Die in der Rotorwelle 7' wirkende Auftriebskraft wird durch ein nicht
dargestelltes Lager aufgenommen, welches in einem am Gehäuseteil 2' befestigten
Teil 21 angeordnet ist. Die Auftriebskraft der Rotorwelle
7' wird
demzufolge ebenfalls auf das Getriebegehäuse übertragen und über die nicht dargestellten
Konsolen in den Festigkeitsverband der Hubschrauberzelle geleitet.