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"Getriebeelement, bestehend aus Zahnrad mit treibender oder getriebener
Welle" Die Erfindung betrifft ein Getriebeelement, bestehend aus Zahnrad mit treibender
oder getriebener Welle.
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Die Festigkeit, Lebensdauer und Funktionssicherheit kämmender Zahnräder
ringen weitgehend von der Form der Tragbilder inrer Zahnflanken ab. Im Idealfall
stehen zwei Zahnflanken in linienförmiger Berührung und die Berührungslinie verläuft
parallel zu den Drehachsen der kämmenden Zahnräder über die breite ihrer Flanken.
Dabei wälzen sich die beiden Zahnflanken im Betrieb ohne gleitende Bewegung aufeinander
ab, wobei die Berührungslinie in radialer Richtung parallel zu sich. selbst über
die Zahnflanken wandert. Die Fläche, die die Berührungslinie dabei beschreibt, kann
als rllragbild angesenen werden. Das ideale Tragbild hat bei Stirnrädern die Form
eines itechteckes.
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Die Voraussetzungen für solche Tragbilder sind vollständig achsparallel
verlaufende Zahnflanken sowie genau parallel zueinander angeordnete Drehachsen.
Diese Forderungen können in der Praxis aber nicht-erfüllt werden, so daß die Zahnflanken
je nach Fertigungs- und lVIontageaufwand mehr oder weniger stark von der Idealstellung
abweichen. Die Berührungslinien erstrecken sich infolgedessen meist nur über einen
geringen Teil der Zahnflankenbreite. Die tatsächlichen Tragbilder haben daher die
From von Dreiecken.
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dadurch ergeben sich ungleichmäßige Belastungen der Zahnflanken, die
auf mehr als das Doppelte des Normalwertes bei gleichmäßigem Tragen der Flanken
ansteigen können. Als besonders nachteilig wirkt sich dabei die auftretende extrem
hohe Kantenpressung der Zahnflanken aus.
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Es ist bekannt, die Zahnflanken ballig zu schleifen, so daß hohe Xantenpressungen
vermieden werden. Dabei verringert sich aber zwangläufig die Lange der Berührungslinie
bzw. die Breite der theoretisch nutzbaren tragenden Fläche der Flanke. Darüber hinaus
nimmt die Flächenpressung im mittleren Bereich der tragenden Fläche zu. Durch das
Balligschleifen von Zahnflanken wird daher lediglich die unerwünschte Kantenpressung
in eine nachteilig hohe Flächenpressung umgewandelt.
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In der Praxis wird oft auf effine gleichmäßige Belastung dcr
Zahnflanken
geschlossen, weil die z.B. beim Durchlaufenlassen von Papierstreifen erhaltenen
Abdruckbildor ein Trapez oder gar ein Rechteck bilden, das dann als Tragbild der
Zahnflanken gewertet wird. Die Toleranz solcher Ergebnisse liegt aber offensichtlich
in der Größenordnung der Papierdicke und ist damit sehr groß. Vergleichemessungen
mit Döhnungsme3.streifen an den Stirnflächen der Zähne zeigen Spannungen an, die
bei gleichmäßigem Tragen nicht auftreten dürften. Somit ist zu folgern, daß auch
dann dreieckige Tragflächen vorliegen, wemi die Abdruckbilder eine Trapez- oder
Rechteckform aufweisen.
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Der erfindung liegtdie Aufgabe zugrunde, ein Getriebeelement der eingangs
genannten Art so auszubilden, daß eine gleichmäßige Belastung der Zahnflanken gewährleistet
ist, d,h. wenigstens trapezförmige Tragbilder erreicht werden.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch -gelöst, daß das Zahnrad
um einen auf der Welle angeordneten, ballig ausgebildeten Führungsring schräg zur
Drehachse der Welle einstellbar ist und an den beiden Stirnflächen Mitnehmer trägt,
die sich auf gegenüberliegenden, an der Welle befestigten Mitnehmern über Federkörper
abstützen, welche sowohl in Drehrichtung als auch quer dazu elastisch nachgiebig
ausgebildet sind Durch Schrägstellung des Zahnrades zur Drehachse seiner Welle
kann
sich bei dem neuen Getriebeelement jede einzelne Zahnflanke individuell unter last
parallel zur Gegenflanke einstellen. Hohe Kantenpressungen der Planken sind daher
unmög-.
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licht bei der Herstellung von Zahnrädern ergeben sich unvermeidlich
auch mehr oder weniger große Teilungsfehler, die bisher, insbesondere bei mehrstufigen
Getrieben, harte Drehschläge verursachten. Die Federkörper des neuen Getriebeelementes
nehmen diese Schläge bei der Übertragung des Drehmomentes elastisch auf. Die gleiche
Dämpfung erfahren auch Stöße oder lastschläge, die von außen auf das Getriebe wirken.
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Lammende Zahnräder besitzen ein je nach Qualität wechselndes Eingriffsspiel
(Zahnluft). Dieses Spiel summiert sich bei mehrstufigen Getrieben. Die Federkörper
gleichen durch ihre elastische Nachgiebigkeit in Drehrichtung auch solches Spiel
aus.
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Die Anpassungsfähigkeit des neuen Getriebeelementes und sein Ausgleichs-
und Dämpfungsvermögen erlauben es, bei der Zahnradherstellung und bei der Lagerung
der Wellen mit im Vergleich zu bisherigen Ausführungen groben Toleranzen zu arbeiten;
dennoch sind sowohl die Betriebseigenschaften als auch die Lastverteilung günstiger
als bei den bekannten Ausführungen.
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Bei einer im Aufbau- zweckmäßig gestalteten Weiterbildung des neuen
Getriebeelementes sind die Federkörper als Schwingmetalle ausgebildet und in taschenförmige
Ausnehmungen zwischen den mit radialem Spiel mäanderartig ineinandergreifenden Mitnehmern
eingesetzt.
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Bei der Schrägeinstellung sowie Drehverstellung führt das Zahnrad
gewisse Relativbewegungen zur Welle aus und es gleiten Führungsflächen aufeinander.
Utn deren einwandfreie Schmierung zit gewährleisten und um Fremdkörpern sowie Staub
usw. den Zutritt in das Innere des Getriebeelementes zu verwehren, sind an den Außenstirnflächen
der am Zahnrad befestigten Mitnehmer sowie am Außenumfang der an der Welle befestigten
Mitnehmer flanschartige Manschetten zum dichten Abschließen des Innenraumes angeordnet.
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Line ungedämpfte elastische Nachgiebigkeit der Federkörper in Drehrichtung
könnte unter bestimmten Umständen Drehschwingungen zwischen Welle und Zahnrad zur
Folge haben. Solche Erscheinungen können bei dem neuen Getriebeelement dadurch versieden
werden, daß die Federkörper als Schwingungsdämpfer ausgebildet sind. Dabei kann
wahlweise sowohl die Werkstoffhysterese gewisser elastomerer Materialien als auch
die Dämpfungswirkung der gleitenden Reibung genutzt werden.
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Ein Ausführungsbeiepiel des neuen Getriebeelementes ist in den Zeichnungen
dargestellt.
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Fig. 1 zeigt eine Teilschnittansicht des neuen Getriebeelementes bei
axial verlaufender Schnittebene Pig. 2 zeigt eine Teilschnittansicht des Getriebeelementes
bei rechtwinklig zur Drehachse verlaufender Schnittebene.
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Das als Ausführungsbeispiel in den Figuren-gezeigte Getriebeelement
1 besteht aus einem Zahnrad 2 und einer treibenden oder getriebenen Welle 3. Beide
sind jedoch entgegen der bisner üblichen Bauweise in bezug aufeinander begrenzt
verdroh-und verschwenkbar. Die Welle 3 trägt aus diesem Grunde einen balligen'Fuhrungsring
4, auf dem ein Gegenring 5 gleitend geführt ist. Der Gegenring 5 ist außen zylindrisch
ausgebildet und in eine zylindrische Innenausnehmung 6 des Zahnrades 2 eingepaßt.
Das Zahnrad 2 kann sich daher relativ zur Drehachse der Welle 3 schrägstellen, z.B.
um die Achse 7 in Fig.1, wenn eine im Eingriff stehende Zahnflanke 8 schief oder
einseitig belastet wird. Die Zahnflanke 8 stellt sich stets rechtwinklig zur Last
einb so daß ungleiche Lastverteilungen vermieden werden.
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Das Drehmoment übertragen Federkörper 9, die im Beispiel als Schwingmetalle
ausgebildet zwischen Zahnrad 2 und brille 3 angeordnet sind. Diese Federkörper 9
sind in taschenförmige Ausnehmungen 10 eingesetzt, welche zwischen ineinandergreifenden,
am Zahnrad 2 und an der Welle 3 befestigten hitnehmern 11,12 gebildet sind. Die
Mitnehmer 12 sind an den
beiden Stirnflächen 13 des Zahnrades 2,
die anderen beiden Mitnehmer 11 dagegen an der Welle 3 jeweils drehsicher befestigt.
Als Scbwingmetalle sind die Federkörper 9 sowohl in Drehrichtung als auch quer dazu
elastisch nachgiebig. Das Zahnrad 2 kann sich daher unter elastischer Verformung
dieser Federkörper 9 relativ zur Welle 3 schrägstellen oder in Rotationsrichtung
begrenzt verdrehen.
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An den Außenstirnflächen der Nitnehmer 12 und den Außenflächen der
Mitnehmer 11 sind Manschetten 14 befestigt, um den Innenraum des Getriebeelementes
1 hermetisch abzuschließen.
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Unter bestimmten Voraussetzungen kann es vorteilhaft sein, die am
Zahnrad 2 befestigten Mitnehmer 12 einstückig mit dem Zahnrad auszubilden. Es kann
auch Vorteile erbringen, wenn das Zahnrad 2 teilbar.ist.