CH653754A5

CH653754A5 - Stirnzahnradgetriebe.

Info

Publication number: CH653754A5
Application number: CH377681A
Authority: CH
Inventors: Horst Langer
Original assignee: Voith Getriebe Kg
Priority date: 1980-06-12
Filing date: 1981-06-10
Publication date: 1986-01-15
Also published as: GB2078332A; FR2484585B1; DE3022020C2; FR2484585A1; GB2078332B; DE3022020A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Stirnzahnradgetriebe nach dem Oberbegriff des Anspruches 1. Solche Getriebe sind bekannt aus den folgenden Literaturstellen:

1. Dubbel, «Taschenbuch für den Maschinenbau» 1. Band, 1953, Seite 681, Bild 239.

2. Zeitschrift «KEM» (Konstruktion, Elemente, Methoden), 1977, Juni SI, Seite 66, linke Spalte unten.

Die bekannten Getriebe weisen einen Druckring oder zwei Druckringe auf (auch «Druckkamm» genannt), die neben dem kleineren Zahnrad auf der Zahnradwelle befestigt sind. Die Zahnräder können eine Geradeverzahnung oder eine Einfach-Schrägverzahnung aufweisen. Mit Hilfe des Druckringes bzw. der Druckringe kann eine Axialkraft von dem einen auf das andere Zahnrad übertragen werden. Insbesondere kann die in einer Einfach-Schrägverzahnung entstehende Axialkraft kompensiert werden.

Im allgemeinen muss man damit rechnen, dass Axialkräfte in beiden Richtungen auftreten können. Deshalb ist es meistens erforderlich, zwei Druckringe vorzusehen. Schwierigkeiten bereitet ausserdem das Sichern der Druckringe gegen axiales Verschieben unter der Axialkraft. Hierzu sind in der Regel zusätzliche Sicherungsringe erforderlich. Insgesamt ergibt sich hieraus ein grosser Platzbedarf für die Druckringe. Die Folge ist ein grosser Abstand zwischen den Lagern derjenigen Zahnradwelle, welche die Druckringe trägt. Dadurch besteht die Gefahr, dass diese Zahnradwelle eine unzulässige Durchbiegung erleidet und/oder dass eine biegekritische Drehzahl zu nahe an die Betriebsdrehzahl herankommt. Unter Umständen muss man für einen bestimmten Anwendungsfall nur zur Vermeidung der genannten Nachteile ein grösseres Getriebe vorsehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannten Getriebe mit Druckring dahingehend zu verbessern, dass an der mit einem Druckring versehenen Zahnradwelle ein möglichst geringer Abstand zwischen den Lagern vorgesehen werden kann und dass dennoch eine ausreichende Sicherung gegen axiales Verschieben des Druckringes vorhanden ist.

Diese Aufgabe wird durch das im Anspruch 1 angegebene Stirnzahnradgetriebe gelöst. Durch die Erfindung wird, auch wenn Axialkräfte in beiden Richtungen auftreten, nur ein einziger Druckring benötigt. Der Druckring wird nämlich im mittleren Bereich des einen Zahnrades in einer Umfangsnut angeordnet. Dadurch stützt sich der Druckring unter der Axialkraft seitlich an die Umfangsnut ab, die von den vollständig bleibenden Zähnen begrenzt wird. Die Axialkraft kann somit vollständig formschlüssig übertragen werden. Zusätzliche Sicherungsringe können entfallen. Darüberhinaus kann der Druckring schmaler gebaut sein als in bekannten Getrieben. Insgesamt kann somit der Lagerabstand gegenüber bisher wesentlich reduziert werden.

Die Anordnung des Druckringes im mittleren Bereich des einen Zahnrades gelingt dank dem Merkmal b) des Anspruches 1 auch dann, wenn dieses Zahnrad einteilig ausgeführt ist. D.h. es ist nicht erforderlich, einen zunächst separaten Zahnkranz auf den Zahnradkörper aufzuschrumpfen. Somit ist die Erfindung auch anwendbar bei Ritzeln mit sehr kleinen Zähnezahlen, bei denen der Fusskreisdurchmesser oft nur geringfügig grösser als der Wellendurchmesser ist.

Vorzugsweise wird man den Druckring in der Mitte zwischen den Lagern anordnen. Dadurch erzielt man den Vorteil, dass sich der Druckring, wenn sich die Zahnradwelle durchbiegt, nicht schief stellt. Hierdurch bleibt im Gegensatz zu den bekannten Lösungen, die Geometrie des Eingriffes zwischen dem Druckring und dem anderen Zahnrad unverändert. Dadurch wird Kantenpressung vermieden und die Gefahr von Verschleiss vermindert.

Die erfindungsgemässe Bauweise ist ferner, im Vergleich zu den bekannten Getrieben, unempfindlicher gegen Ferti-gungsungenauigkeiten oder gegen Änderungen der Axialkräfte. Ein weiterer Vorteil ergibt sich aus der Unterbrechung der Zahnflanken durch die Umfangsnuten: Hierdurch wird die thermische Belastung des Schmieröles im Zahneingriff gemindert.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist im abhängigen Anspruch 2 angegeben. Sie betrifft die Ausführung der Umfangsnut mit kegeligen Übergangsflächen zwischen den Nutflanken und dem Nutgrund. Wird nämlich der Druckring in erwärmten Zustand über die Verzahnung geschoben und in die Nut eingedreht, so kommen die genannten kegeligen Übergangsflächen mit entsprechenden Kegelflächen des Druckringes bei Abkühlung in Berührung. Der Druckring zentriert sich somit selbst in einer Lage, in der

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eine Verschiebung unter grosser Axialkraft innerhalb der Breitentoleranz der Umfangsnut nicht möglich ist. Dadurch wird die Verzahnung besonders geeignet zur Übertragung hoher Axialkräfte durch das Getriebe hindurch.

Die Erfindung betrifft ferner das im Anspruch 3 umschriebene Verfahren.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben. Darin zeigt:

Fig. 1 die beiden Zahnräder eines Stirnzahnradgetriebes, teils in Ansicht, teils im Schnitt;

Fig. 2a einen Querschnitt entlang der Linie II der Fig. 1 beim Einführen des Druckringes;

Fig. 2b einen Querschnitt entlang der Linie II der Fig. 1 mit fertig montiertem Druckring;

Fig. 3 einen Teilschnitt durch eine andere Ausführungsform der Erfindung.

Die Figuren 2a und 2b weisen einen gegenüber der Figur 1 grösseren Massstab auf.

In Figur 1 erkennt man von einem Stirnzahnradgetriebe zwei ineinander kämmende Zahnräder 10 und 20. Das eine Zahnrad 10, das sogenannte Ritzel, ist einteilig ausgeführt und weist einen kleineren Wälzkreisdurchmesser auf als das andere Zahnrad, das sogenannte Grossrad 20. Die Welle 11 des Ritzels 10 ist in Lagern 12 gelagert, desgleichen die Welle 21 des Grossrades 20 in Lagern 22 und 23.

In der Mitte des Ritzels 10 ist ein Druckring 13 angeordnet. Dieser greift in eine entsprechende Umfangsnut 24 des Grossrades 20 ein. Die Seitenflächen des Druckringes 13, die sogenannten Anlaufflächen 14, sind Kegelflächen mit einem sehr grossen Kegelwinkel, der nur wenig kleiner als 180 Grad ist. Mit einer dieser Anlaufflächen 14 kann sich das Ritzel 10 in Achsrichtung gegen das Grossrad 20 abstützen. Dessen Umfangsnut 24 hat zu diesem Zweck entsprechende kegelige Seitenflächen (Anlaufflächen 25).

Zur Aufnahme des Druckringes 13 in der Verzahnung des Ritzels 10 weist dieses eine Umfangsnut 15 auf. Deren Tiefe t ist kleiner als die Zahnhöhe h. Vorzugsweise ist die Tiefe t etwa gleich der Hälfte der Zahnhöhe h. Die Breite der Umfangsnut 15 ist nur geringfügig grösser als die Dicke des Druckringes 13. Im Bereich der Umfangsnut 15 bleiben von den Zähnen des Ritzels 10 sogenannte Zahnstümpfe 16 übrig.

Der Druckring 13 weist auf seiner Innenseite Zähne 17 auf.

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Deren Kopfkreisdurchmesser ist gleich dem Kopfkreisdurchmesser der Zahnstümpfe 16. Zum Einführen des Druckringes 13 in die Umfangsnut 15 führt man gemäss Fig. 2a die Zähne 17 des Druckringes durch die Zahnlücken des Ritzels 10. Wenn der Druckring 13 in der Ringnut 15 angekommen ist, wird er um eine halbe Zahnteilung gegenüber dem Ritzel 10 verdreht, so dass schliesslich die Zähne 17 auf den Zahnstümpfen 16 ruhen (Fig. 2b).

Die Befestigung des Druckringes 13 in dieser Position erfolgt vorzugsweise durch Schrumpfen. Wie man aus der Zeichnung erkennt, weisen das Ritzel 10 und der Druckring 13 vorzugsweise die gleiche Zähnezahl auf. Ferner ist die Breite der Kopfflächen der Zahnstümpfe 16 und der Zähne 17 wenigstens angenähert gleich gross. Von diesen Merkmalen kann jedoch auch abgewichen werden. Die Zähne 17 können vorzugsweise ebene Zahnflanken aufweisen. Diese Zahnflanken können jedoch auch die Form einer Evolvente haben, wie bei 18 (Fig. 2a) mit strichpunktierten Linien angedeutet ist.

Zur Sicherung des Druckringes 13 gegen Verdrehen kann ein Bolzen 30 vorgesehen werden (Fig. 2b), der in eine der Zahnlücken zwischen zwei Zahnstümpfen 16 hineinragt. Oder man füllt einen der Hohlräume, die sich zwischen den Zahnstümpfen 16 und den Zähnen 17 befinden, mit einem aushärtenden Kunststoff aus, wie bei 40 (Fig. 2b) mit strichpunktierten Linien ausgedeutet worden ist.

Die Zahnräder 10 und 20 können eine Geradeverzahnung aufweisen (bei der sich die Zähne parallel zu den Drehachsen erstrecken) oder eine Einfach-Schrägverzahnung (wie bei 19 bzw. 29 mit gegenüber der Achsrichtung geneigten Linien angedeutet ist).

Dementsprechend ist auch die Innen Verzahnung 17 des Druckringes 13 eine Geradverzahnung oder eine Schrägverzahnung.

Während in Figur 1 die Umfangsnut 15 einen rechteckigen Querschnitt aufweist und der Druckring 13 deshalb auf dem Nutgrund oder (besser gesagt:) auf den Zahnköpfen der Zahnstümpfe 16 ruht, zeigt die Figur 3 ein hiervon abweichendes Ausführungsbeispiel: Zwischen dem Nutgrund der Umfangsnut 15a des Zahnrades 10a und ihren (etwa in Radialebenen liegenden) Seitenwänden 32 befinden sich Übergänge, die durch kegelige Flächen 31 gebildet sind. Auf diesen Kegelflächen 31 ruht der Druckring 13a, der hierzu an seinen Zähnen 17 entsprechende Kegelflächen 33 aufweist.

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2 Blatt Zeichnungen

Claims

653754 PATENTANSPRÜCHE

1. Stirnzahnradgetriebe mit zwei ineinander kämmenden Zahnrädern und mit einem Druckring, der an dem einen Zahnrad befestigt ist und mit diesem umläuft, und mit dem sich das eine Zahnrad gegen das andere Zahnrad zwecks Übertragung einer Axialkraft abstützt, wobei das eine Zahnrad (10,10a) im mittleren Bereich der Verzahnung eine Umfangsnut (15,15a) aufweist, in welcher der Druckring aufgenommen ist und deren Tiefe (t) kleiner als die Zahnhöhe (h) ist, so dass im Bereich der Umfangsnut Zahnstümpfe (16) vorhanden sind, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

a) der Druckring (13,13a) weist eine derart gestaltete Innenverzahnung (17) auf, dass er entlang der Zähne des einen Zahnrades (10,10a) in die Umfangsnut (15,15a) einführbar war und nach einem relativ zum Zahnrad ( 10,10a) erfolgten Verdrehen mit der Innen Verzahnung (17) auf den Zahnstümpfen (16) aufgeschrumpft wurde,

b) das andere Zahnrad (20) weist eine Umfangsnut (24) auf, in die der Druckring (13,13a) eingreift,

c) der Druckring (13,13a) ist wenigstens angenähert in der Mitte zwischen den Lagern (12) der Welle (11) des einen Zahnrades (10,10a) angeordnet.

2. Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Umfangsnut (15a) einen kegeligen Übergang (31) zu wenigstens einer ihrer beiden Seitenflächen (32) aufweist und dass die Zähne (17) des Druckringes (13a) entsprechende kegelige Flächen (33) aufweisen, so dass der Druckring auf dem kegeligen Übergang (31) bzw. auf den kegeligen Übergängen (31) ruht.

3. Verfahren zur Herstellung des Getriebes nach einem der Ansprüche 1 oder 2, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

a) am Rohling des mit dem Druckring zu versehenden Zahnrades (10,10a) wird eine Umfangsnut (15,15a) eingearbeitet und danach die Verzahnung hergestellt oder umgekehrt;

b) der mit der Innenverzahnung (17) versehene Druckring (13,13a) wird erhitzt und in Achsrichtung über die Verzahnung des Zahnrades (10,10a) geschoben und danach in der Umfangsnut (15,15a) so weit in Umfangsrichtung verdreht, bis er mit den Zähnen (17) auf den Zahnstümpfen (16) ruht und beim Erkalten durch Schrumpfung eine feste Verbindung bildet;

c) der Druckring (13,13a) wird fertig bearbeitet.