DE19601103A1 - Zahnrad-Getriebe mit trapez-förmigen Zähnen in niederer Elementenpaarung mit hydrodynamischer Schmierung - Google Patents

Description

Die bereits beschriebene Erfindung stellt ein Zahnrad-Getriebe dar mit trapez-förmigen Zähnen in niederer Elementenpaarung, realisierbar durch die Kinematik eines Kreis-Schub-Getriebes mit mindestens drei Parallel-Kurbeln und maximal zwei Zahnrädern in der Paarung als Hohl- und Außenstirnrad.

Beim Zusammenwirken der Getriebeelemente "Kurbeln" und "Zahnräder" von Antrieb bis Abtrieb soll der Kraftfluß in direkter Linie wirken, d. h. ohne Umlenkungen und ohne Biegemomente auf Wellen oder Achsen.

Bei Getrieben bekannter Bauart treten Biegemomente auf, so in der Schnecke von Schneckentrieben, bei einfachen Stirnradgetrieben infolge der Umfangskraft in den zugehörigen Achsen oder Wellen der Zahnräder, Biegemomente mit Hebelwirkung in den Lagern treten auf bei Kegelstirn­ radgetrieben, auch bei Planetengetrieben treten Biegemomente auf durch Umfangskräfte auf den Lagerzapfen der Planetenlager verschiedenster Bauart. Auch bei Exzentergetrieben aus zwei Hohl- und zwei Außenstirn­ rädern wirken aus den Zahnkräften Kippmomente auf den Antriebsexzenter oder die Stegachse und sind im VDI-Bericht Nr. 374 untersucht worden in bezug auf eine Selbsthemmungsfähigkeit.

Bei Parallel-Kurbelgetrieben sind Lösungen bekannt mit ein- oder beid­ seitig gelagerten Kurbeln und daraus folgt ebenfalls ein Biegemoment der angetriebenen oder mitlaufenden Kurbel auf das ein- oder beidseitige Lager.

Bei Kreis-Schub-Getrieben oder Planetengetrieben mit nur zwei Zahnrädern mit trapezförmigen Zähnen nach der Patentanmeldung P 195 15 146 wird eine Exzenterwelle als Kurbelzapfenerweiterung von einem Elektromotor angetrieben und mittels zwei weiterer Blindkurbeln wird ein Kreis-Schub erzeugt.

Diese Blindkurbeln sind ebenfalls Exzenter mit einer Mittenbohrung zur Aufnahme eines Nadelkranzes, welcher sich auf einem dazu gehörendem Bolzen als Achse abwälzt.

Antriebsexzenter und Blindkurbel-Exzenter sind gehärtet und tragen eben­ falls Nadelkränze, welche sich in den gehärteten Bohrungen des Hohlrad­ körpers abwälzen.

Infolge der geometrischen Lage von Antriebs-Exzenter und den beiden Blindkurbel-Exzentern auf den Ecken eines spitzwinkligen Dreiecks, dessen Seiten geringfügig ungleich sein dürfen in der Länge, wird vom Antriebs-Exzenter ausgehend zusammen mit den beiden passiven Blindkurbel-Exzentern ein Zwanglauf auf eine irgendwie gestaltete Scheibe ausgeübt und diese in eine kreisschiebende Drehung versetzt.

Diese Scheibe ist mit einer Innenverzahnung mit trapezförmigen Zähnen versehen und stellt somit das antreibende Hohlrad dar.

Das Hohlrad umschließt ein zentral gelagertes außen verzahntes Stirnrad, ebenfalls mit trapezförmigen und geradflankigen Zähnen mit einer geringeren Zähnezahl als das Hohlrad und aus der Zähnezahl­ differenz ergibt sich das Untersetzungsverhältnis, somit den Abtrieb.

Die gleichgroße Exzentrizität des Antriebs- und der beiden Blindkurbel- Exzenter wird bestimmt durch die gewählte Zähnezahldifferenz, der gewählten Zähneanzahl und damit deren Zahndicke und der jeweiligen Zahnhöhe deswegen, weil der erforderliche Kreisschub ein Eintauchen der jeweiligen Zahnflanke des Hohlrades in die Zahnlücke des Abtrieb­ stirnrades ermöglichen muß, anschließend eine Flächenanlage von Antrieb- und Abtriebzahn zur Übertragung der Umfangskraft, danach ein ungestörtes Trennen dieser beiden Flächen und Austauchen des Antrieb­ zahnes wiederum aus der Zahnlücke des Abtriebrades.

Hohlradverzahnungen mit Evolventenzahnform bewegen sich dagegen auf ihren Wälzkreisen tangierend aufeinander zu und verlassen sich eben­ falls tangierend mit Verlustreibung und höchsten Geschwindigkeiten an den Zahnspitzen.

Bekannte Parallel-Kurbel-Antriebe an Elektro-Lokomotiven der Bauart E 06 hatten einen Kurbelradius von ca. 300 mm, waren einseitig gelagert und damit freitragend, eine Kurbelzapfenerweiterung wäre schon dadurch unmöglich gewesen weil dann die Konstruktion über den Durchmesser von 1600 mm der Antriebsräder gelangt wäre und auf die Schienen gestoßen. Eine Ausbildung als Zahnrad-Untersetzungsgetriebe war bei dieser Anwendung ohnehin nicht vorgesehen.

Die beiliegende Zeichnung zeigt nun die erfindungsgemäße Ausbildung und den Kraftfluß in direkter Linie vom Antriebsexzenter über das Nadellager bis zu den reagierenden Flanken von Hohlrad und Abtriebsrad ohne Entstehen eines Biegemomentes, denn der Körper des Hohlrades ist hochkant und mit einem großen h² sehr biegesteif. Ohne Verfälschung und Verkantungen wird die Pressung des Antriebexzenters auf das umgebende Nadellager geleitet und dann ohne Seitenmomente in der ganzen Breite auf die Kontakt- und Übertragungsflächen der trapezförmigen Zähne wirksam.

Auch das Abtriebsrad ist beidseitig gelagert und hat aber ebenso in der Hochkantform ein großes h² und ist damit ebenfalls sehr biegesteif.

Infolge des Zwanglaufes des Hohlrades durch Antriebs- und Blindkurbel­ exzenter läuft bei einer Umdrehung des Kreis-Schubes auch die Zahn­ belastung innerhalb der Hohlradverzahnung einmal um.

Mit der 3-fach-Lagerung des Hohlrades auf den Spitzen eines Dreiecks und der Scheibenausführung des Hohlrades findet jeder Zahndruck in der umlaufenden Belastung ein gleich großes h² als Biegesteife vor.

Getriebe mit zwei angetriebenen Exzentern und weiteren 3 Zahnrädern mit Evolventenverzahnung zur parallen Kraftübertragung benötigen somit wieder die höhere Elementenpaarung eines Liniendruckes und haben auch diese Vorteile, wie beschrieben, nicht.

Die Scheibenausbildung des Hohlrades für eine große Biegesteife erhöht zwar die Masse, kinetisch als Drehmassenträgheitswiderstand ist sie sehr klein als GD², weil D der Durchmesser des sehr kleinen Kreis- Schubes ist, im Gegensatz zu konstant umlaufenden Scheiben bekannter Stirnradgetriebe.

Anstelle der Nadellager um und in den Exzentern sind auch Gleitlager einsetzbar, wobei Gleitlager ein hohes Losbrechmoment, z. B. bei Stellgetriebes, aus dem Stillstand erfordern, andererseits aber große Getriebestöße besser überstehen, z. B. bei Schaufelradbaggern mit Stößen durch Felsgestein.

Claims (5)

1. Mechanisches Zahnrad-Getriebe für die Übertragung von Umfangs­ kräften mittels niederer Elementenpaarung dadurch gekennzeichnet, daß ein Getriebe gebildet ist aus mindestens 3 Parallel-Kurbeln als Kurbelzapfenerweiterung oder Exenterausbildung.

2. Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Exzenter den Antriebsexzenter darstellt mit einer Nadelkranz-Wälzlagerung in der Hohlrad-Scheibe und die beiden Blindkurbel-Exzenter die gleichgroße Exzentrizität aufweisen wie der Antriebsexzenter und eine gleiche Nadelkranz-Wälzlagerung in der Hohlrad-Scheibe besitzen, diese aber eine Innenbohrung aufweisen zur weiteren Aufnahme eines Nadelkranzes als Wälzlagerung auf einem gehär­ teten Bolzen als Achse, Antriebsexzenter und Blindkurbel-Exzenter eine Oberflächenhärtung tragen.

3. Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Hohlrad so als Scheibe ausgebildet ist, daß der Zahndruck auf die Hohlradzähne bei der umlaufenden Last in jeder Richtung gleiche Biegesteife der Hohlrad-Scheibe vorfindet.

4. Getriebe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß statt der Wälzlager Gleitlagerbüchsen eingesetzt werden.

5. Getriebe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der Lastkette beginnend mit Antriebs­ exzenter - Hohlradscheibe - Abtriebszahnrad - Blindkurbelexzenter - Tragbolzen materialmäßig ein Wechsel stattfindet zwischen Stahl und Lagermetallen (wie z. B. Bronzen) für eine direkte Gleitlagerung ohne Lagerbüchsen.