DE60304566T2

DE60304566T2 - Getriebe-einheit

Info

Publication number: DE60304566T2
Application number: DE60304566T
Authority: DE
Inventors: Dirk-Olaf 2650 Edegem LEIMANN
Original assignee: Hansen Transmissions International NV
Current assignee: ZF Wind Power Antwerpen NV
Priority date: 2002-03-09
Filing date: 2003-03-04
Publication date: 2007-05-16
Anticipated expiration: 2023-03-05
Also published as: DK1485638T3; WO2003076833A1; ATE323249T1; US20050172743A1; ES2262975T3; US7472619B2; GB0205569D0; GB2387422B; DE60304566D1; GB2387422A; EP1485638B1; EP1485638A1; AU2003207880A1

Description

Diese Erfindung betrifft eine Getriebeeinheit und insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, eine Getriebeeinheit, die zumindest ein Paar paralleler Wellen und ein Paar schrägverzahnter Zahnräder umfasst, entsprechend der Einleitung der Ansprüche 1 und 3. Ein solcher Typ von Getriebeeinheit ist sehr verbreitet, wie beispielsweise durch US 5.588.328 demonstriert.
Obwohl schrägverzahnte Zahnräder eine problemlosere und ruhigere Drehmomentübertragung zwischen zwei rotierbaren Wellen verschaffen, neigen sie inhärent doch zur Erzeugung von Axialkräften, die in der Richtung der Achse wirken, um welche ein Zahnrad rotiert.
Die axial erzeugten Kräfte, die hervorgerufen werden, wenn schrägverzahnte Zahnräder ein Drehmoment übertragen, wirken über Wellenstützlager auf das Gehäuse der Getriebeeinheit. Die sich daraus ergebende Verformung des Gehäuses der Getriebeeinheit hat eine nachteilige Wirkung auf die axiale lichte Weite oder Vorspannung der Stützlager. Insbesondere im Fall von Lagern vom Kegelrollentyp kann dies eine beträchtliche nachteilige Wirkung auf die Lagerleistung und -lebensdauer und potentiell auch eine nachteilige Wirkung auf die Laufruhe und allgemeine Leistung der schrägverzahnten Zahnräder haben.
Es ist wohlbekannt, dass die Axialkräfte vermieden werden können, indem ein Paar schrägverzahnte Zahnräder auf einer gemeinsamen Welle angebracht werden, wobei ein Zahnrad des Paars Zähne umfasst, die sich schraubenförmig in einer Richtung entgegengesetzt zu den Zähnen des anderen Zahnrades des Paars erstrecken. Dies ist jedoch oft aufgrund zusätzlicher Kosten und Einschränkungen anderer Aspekte der Gestaltung der Getriebeeinheit keine zufriedenstellende Lösung.
Eine andere Technik, die eingesetzt werden kann, um die Wirkung von Axialkräften auf die lichte Weite und Vorspannung von Lagern zu minimieren, ist die selektive Stärkung der Gehäusewand, sodass sie besser in der Lage ist, wesentlicher Verformung zu widerstehen. Dies erfordert jedoch die Verwendung zusätzlichen Materials, wodurch sowohl Gewicht und Kosten als auch die Gesamtabmessungen erhöht werden.
Aus dem nächstliegenden Dokument des Standes der Technik, US 4.297.906 , ist eine Getriebeeinheit mit drei Wellen bekannt, wobei Kraft von einer Antriebswelle durch eine Vorgelegewelle parallel zu besagter Antriebswelle in eine koaxial zur Antriebswelle positionierte Hauptwelle übertragen wird.
Die Anordnung der Wellen und der von den Wellen getragenen schrägverzahnten Zahnräder ist derart, dass die von den schrägverzahnten Zahnrädern erzeugten Axialkräfte zueinander gerichtet sind und über ein Lager absorbiert werden können, das zentral zwischen der koaxial angeordneten Antriebswelle und der Hauptwelle plaziert ist.
Ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Verschaffung einer Getriebeeinheit, die besser in der Lage ist, der Wirkung von Axialkräften zu widerstehen, die in einem Paar paralleler Wellen auftreten.
Eine Ausführung der vorliegenden Erfindung ist durch die Merkmale von Anspruch 1 definiert.
Die anderen zwei Lager, die typischerweise an der anderen Seite der ineinandergreifenden schrägverzahnten Zahnräder liegen, können ähnlich angeordnet sein, sodass auf einen zweiten Wandabschnitt des Gehäuses, dem vorgenannten Wandabschnitt gegenüberliegend, gleichzeitig durch entgegengesetzte Axialkräfte, die von den zwei Wellen ausgeübt werden, eingewirkt wird. Die Lager sind verzugsweise jedes von einem solchen Typ, oder so angeordnet, dass für jede der zwei Wellen Axialkräfte, die in eine Richtung wirken, nur durch eines der zwei Lager dieser Welle zu einem Gehäusewandabschnitt übertragen werden. Wenn irgendwelche Axialkräfte dieser Welle in einer entgegengesetzten Richtung wirken (z.B. wenn die Wellen mit schrägverzahnten Zahnrädern mit einem umgekehrten Schrägungswinkel versehen sind), so können diese Kräfte nur von dem anderen der zwei Lager dieser Welle zu einem Wandabschnitt übertragen werden.
Jedes der besagten Lager kann von einem an sich bekannten Typ sein, beispielsweise kann es Kugellager, Zylinderrollenlager oder Tonnenlager umfassen.
Ein besonders geeigneter Lagertyp ist ein Kegelrollenlager, und die Lager einer der zwei Wellen können in einer O-Konfiguration und die der anderen Welle in einer X-Konfiguration angeordnet sein.
Eine andere Ausführung der vorliegenden Erfindung ist durch die Merkmale von Anspruch 3 definiert.
Eine Anordnung eines Paars axial beabstandeter Kegelrollenlager, worin die Lagerrollen eines Lagers in einer Richtung weg von dem anderen Lager des Paars im Durchmesser zunehmen, wird als eine O-Lagerkonfiguration bezeichnet. Eine Anordnung eines Paars axial in einer Richtung weg von dem anderen Lager des Paars im Durchmesser abnehmen, wird als eine X-Lagerkonfiguration bezeichnet.
Die Erfindung beabsichtigt, dass jede Welle ein schrägverzahntes Zahnrad aufweisen kann, das axial zwischen den Lagern dieser Welle positioniert sein kann, und dass die Lager eines Paars jeweils in im Wesentlichen einander gegenüberliegenden Wandabschnitten des Gehäuses positioniert sind.
Es werden nun Ausführungen der vorliegenden Erfindung beschrieben, nur als Beispiel, unter Verweis auf die begleitenden, in Diagrammform vorliegenden Zeichnungen, worin:
1 eine Schnittansicht eines Teils einer Getriebeeinheit in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ist;
2 eine Schnittansicht eines Teils einer anderen Getriebeeinheit in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ist; und
3 eine Schnittansicht einer mehrstufigen Getriebeeinheit in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ist.
Eine Getriebeeinheit 10 (siehe 1) umfasst ein Gehäuse 11 mit einander gegenüberliegenden Wandabschnitten 20, 21 und zwei zueinander parallele Wellen 12, 13. Die Welle 12 weist ein hieran befestigtes schrägverzahnt geformtes Zahnrad 14 auf und die Welle 13 ist mit einer schrägverzahnt geformten Kammwalze 15 versehen. Die Wirkungslinie ineinandergreifender Getriebezähne wird durch Linie 16 in der begleitenden Zeichnung dargestellt.
Die Welle 12 wird in Bezug zu dem Gehäuse 11 rotierbar von einem Paar axial beabstandeter Kegelrollenlager 18, 18' getragen, wobei sich die Lager dieses Paars jeweils in den gegenüberliegenden Wandabschnitten 20, 21 des Gehäuses 11 befinden. Die Lager 18, 18' sind in einer X-Konfiguration angeordnet, wobei der Durchmesser jeder Lagerrolle in der Richtung weg von dem anderen Lager des Paars abnimmt.
Die Welle 13 wird gleichermaßen in Bezug zu dem Gehäuse rotierbar getragen, mittels eines Paars axial beabstandeter Kegelrollenlager 17, 17', außer dass die Lager dieses Paars auf umgekehrte Weise, in einer O-Konfiguration, montiert sind.
Im Gebrauch der vorangehend beschriebenen Getriebeeinheit, wenn ein Drehmoment zwischen den Zahnrädern 14, 15 übertragen wird, ergibt sich eine Axialkraft 31 auf der Welle 13 und eine Axialkraft 32 auf der Welle 12. Reaktionskräfte, um den Axialkräften 31, 32 entgegenzuwirken, werden dank der Orientierung der Kegelrollenlager zu einem gemeinsamen Wandabschnitt, Abschnitt 21, übertragen. Somit, im Gegensatz zu einer konventionellen Getriebeanordnung, worin die zueinander parallelen Wellen von Lagerpaaren getragen werden, die jedes in derselben O- oder X-Konfiguration angeordnet sind, was dazu führt, dass die Reaktionskräfte von gegenüberliegenden Wandabschnitten getragen werden, und zu einer sich daraus ergebenden Verformung der Wandabschnitte relativ zueinander führt, wirken die Reaktionskräfte durch die vorliegende Erfindung auf einen gemeinsamen Wandabschnitt und führen daher nicht zu einer nachteiligen Wirkung auf lichte Weite oder Vorspannung der Lager.
2 zeigt zwei Wellen 40, 41, die jede ein schrägverzahnt geformtes Zahnrad 42, 43 tragen, wobei die zwei Wellen 40, 41 in Bezug auf ein Gehäuse 44 rotierbar montiert sind, wobei die zwei Zahnräder 42, 43 in gegenseitigem Eingriff stehen, um ein Drehmoment dazwischen zu übertragen.
Jede Welle wird in Bezug zu einem Wandabschnitt des Gehäuses 44 der Getriebeeinheit von einem Paar Zylinderrollenlager getragen, die jeweils an gegenüberliegenden Seiten der Zahnräder 42, 43 angeordnet sind, d.h. an gegenüberliegenden Seiten einer fiktiven Mittellinie 45, wie in 2 gezeigt. Jedes der vier Zylinderlager ist von der Sorte, die zusätzlich zu Radialkräften Axialkräfte in eine Richtung übertragen kann.
Die Lager 50, 51 der Welle 40 sind auf eine Weise äquivalent zu einer X-Typ-Konfiguration angeordnet, sodass Axialkräften in einer Richtung von der Mittellinie 45 zu dem Lager 50 von diesem Lager Widerstand entgegengesetzt wird, während Axialkräfte, die in der entgegengesetzten Richtung, zu dem Lager 51 hin, wirken und auftreten, wenn die Rotationsrichtung der Getriebeeinheit 42 umgekehrt wird, auf besagtes Lager 51 wirken. Im Gegensatz dazu sind für die Welle 41 die zwei Lager 52, 53 auf eine Weise äquivalent zu einer O-Typ-Konfiguration angeordnet. Somit werden für das Lager 52 Axialkräfte von dem inneren zu dem äußeren Ring des Lagers übertragen, im Fall von Axialkräften, die in einer Richtung von dem Lager 52 zu besagter Mittellinie 45 wirken. Das Lager 53 überträgt gleichermaßen in einer Richtung von dem Lager 53 zu besagter Mittellinie 45 wirkende Kräfte auf das Gehäuse 44. Folglich erfährt der Abschnitt der Gehäusewand, der dem Bereich der Lager 50, 52 gemeinsam angehört, im Wesentlichen gleiche und entgegengesetzte Kräfte von den Wellen 40, 41, und gleichermaßen, wenn Zahnräder 42, 43 mit einem umgekehrten Schrägungswinkel verwendet werden, erfährt der den Lagern 51, 53 gemeinsame Gehäusewandabschnitt gleichfalls im Wesentlichen gleiche und entgegengesetzte Kräfte von den Wellen 40, 41.
Die vorliegende Erfindung kann auch auf eine mehrstufige Getriebeeinheit angewendet werden. 3 zeigt eine dreistufige Getriebeeinheit 60, welche ein Gehäuse 61 umfasst, worin vier Wellen 62, 63, 64, 65 rotierbar mittels Rollenlagern getragen werden. Die Welle 62 wird rotierbar von einem Paar Kegelrollenlagern 66, 66' getragen, die in einer X-Konfiguration angeordnet sind, oder alternativ von einem Paar Zylinderlagern 66'', 66''', die ebenfalls in einer X-Konfiguration angeordnet sind (wie an dem alternativen Wellenabschnitt 62' gezeigt) und die zusätzlich zu Radialkräften Axialkräfte in eine Richtung übertragen können. Die Welle 63 wird rotierbar von einem Paar Kegelrollenlager 67, 67' in einer O-Konfiguration getragen. Die zwei Wellen 64, 65 werden jede gleichermaßen von Paaren von Kegelrollenlagern 68, 69, 68', 69' getragen, die in einer O-Konfiguration angeordnet sind.
Die in den jeweiligen Wellen auftretenden hauptsächlichen Axialkräfte werden von der langsamdrehenden Welle 62 erfahren. Diesen Axialkräften, wie auf einen der Gehäusewandabschnitte 70, 71 an beiden Seiten der Getriebeeinheit ausgeübt, abhängig von der Orientierung des Schrägungswinkels der Getriebezähne, werden daher durch Axialkräfte in der benachbarten Welle 63 entgegengewirkt. Somit sind die auf das Gehäuse wirkenden effektiven Axialwellenkräfte im Vergleich zu einer Konfiguration, worin alle Wellen beispielsweise mittels Kegelrollenlagern in einer O-Konfiguration montiert sind, wesentlich reduziert.
Während die Erfindung in Bezug darauf beschrieben wurde, dass jede Welle nur durch ein Paar Lager getragen wird, versteht es sich, dass jede Welle von zusätzlichen Lagerpaaren getragen werden könnte, wobei typischerweise alle Lager an der Welle von derselben O- oder X-Konfiguration wären. Zusätzlich kann eine zusätzliche Lagertragkraft beispielsweise durch Rollen- oder Tonnenlager verschafft werden, die in Kombination mit Kegelrollenlagern vorliegen können.

Claims

Eine Getriebeeinheit (10), umfassend ein Gehäuse (11), zwei Wellen (12, 13), die parallel zueinander angeordnet sind und jede schrägverzahnt geformte Zahnräder (14, 15) tragen, und zwei Paare von Lagern (17, 17', 18, 18'), die von oder in Bezug zu dem Gehäuse (11) in einer Anordnung getragen werden, worin jedes Paar von Lagern (17, 17', 18, 18') rotierbar eine Welle (12, 13) trägt, wobei die Zahnräder (14, 15) der zwei Wellen (12, 13) in gegenseitigem Eingriff zueinander rotierbar sind, wobei zwei Lager (17, 18) der zwei Wellen (12, 13), welche an einer gemeinsamen Seite der ineinander eingreifenden schrägverzahnten Zahnräder (14, 15) gelegen sind, von einem im Wesentlichen gemeinsamen Wandabschnitt (21) des Gehäuses (11) der Getriebeeinheit getragen werden, wobei eines der besagten zwei Lager (18) so angeordnet ist, dass es zu besagtem Gehäusewandabschnitt Axialkräfte (32) überträgt, die in einer Richtung von den Zahnrädern (14, 15) zu dem Lager wirken, wobei die Lager (18, 18') einer Welle (12) in der Art und Weise einer Lagerkonfiguration vom X-Typ angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass das andere Lager (17) so angeordnet ist, dass es zu besagtem Wandabschnitt (21) Axialkräfte (31) überträgt, die in eine Richtung von besagtem anderen Lager (17) zu den Zahnrädern (14, 15) wirken, und die Lager (17, 17') der anderen Welle (13) in einer O-Typ-Konfiguration angeordnet sind.
Eine Getriebeeinheit gemäß Anspruch 1, wobei besagte zwei Lager (17, 18) der zwei Wellen (12, 13), die an einer gemeinsamen Seite der ineinandergreifenden schrägverzahnten Zahnräder (14, 15) liegen, Kegelrollenlager sind.
Eine Getriebeeinheit (10), umfassend ein Gehäuse (11), zwei Wellen (12, 13), die parallel zueinander angeordnet sind und jede schrägverzahnt geformte Zahnräder (14, 15) tragen, und zwei Paare von Kegelrollenlagern (17, 17', 18, 18'), die von oder in Bezug zu dem Gehäuse (11) in einer Anordnung getragen werden, worin jedes Paar von Lagern (17, 17', 18, 18') rotierbar eine Welle (12, 13) trägt, wobei die Zahnräder (14, 15) der zwei Wellen (12, 13) in gegenseitigem Eingriff zueinander rotierbar sind und die Kegelrollenlager (18, 18') der anderen Welle (12) axial beabstandet in einer X-Konfiguration angebracht sind, worin der Durchmesser der Lagerrollen jedes Lagers in der Richtung weg von dem anderen Lager des Paars progressiv abnimmt, dadurch gekennzeichnet, dass das Paar von Kegelrollenlagern (17, 17') einer Welle (13) axial beabstandet in einer O-Konfiguration angebracht ist, worin der Durchmesser der Lagerrollen jedes Lagers in der Richtung weg von dem anderen Lager des Paars progressiv zunimmt.
Eine Getriebeeinheit (10) gemäß einem der vorgenannten Ansprüche, wobei jede Welle (12, 13) ein axial zwischen dem Paar von Lagern (17, 17', 18, 18') dieser Welle (12, 13) positioniertes schrägverzahntes Zahnrad (14, 15) umfasst.
Eine Getriebeeinheit (60) gemäß einem der vorgenannten Ansprüche und zumindest drei zueinander parallele Wellen (62–65) umfassend, die jede mit einem schrägverzahnt geformten Zahnrad versehen sind und rotierbar in einem Gehäuse (61) von einem Paar Lagern (66–69 und 66'–69') getragen werden, wobei die langsamlaufende Welle (62) rotierbar von Lagern (66, 66') getragen wird, die in einer X- oder O-Konfiguration eines Typs entgegengesetzt zur Konfiguration der Lager (67, 67') der benachbarten Welle (63) angeordnet sind.
Eine Getriebeeinheit (60) gemäß Anspruch 5, wobei die langsamlaufende Welle (62) rotierbar von Lagern (66, 66') getragen wird, die in einer X- oder O-Konfiguration angeordnet sind, und die Getriebeeinheit (60) zumindest zwei zusätzliche Wellen (63–65) umfasst, die jede rotierbar von Lagern (67–69 und 67'–69') getragen werden, die in derselben Konfiguration wie diese und entgegengesetzt zur Konfiguration der langsamlaufenden Welle (62) angeordnet sind.
Eine Getriebeeinheit (60) gemäß Anspruch 6, wobei die langsamlaufende Welle (62) rotierbar von Lagern (66, 66') getragen wird, die in einer X-Typ-Konfiguration angeordnet sind.