Doppeltes Reduktionsgetriebe Die vorliegende Erfindung betrifft ein doppeltes Reduktionsgetriebe mit zwei Planetengetrieben zur Erzielung eines grossen Reduktionsverhältnisses zwi schen dem treibenden und dem getriebenen Glied.
Bisher bekannte Reduktionsgetriebe können all gemein in zwei Typen unterteilt werden, nämlich in Zahnradstandgetriebe einerseits sowie Planetenge triebe anderseits. Die Zahnradstandgetriebe weisen im allgemeinen verhältnismässig grosse Glieder auf, so dass sie für die Installation einen verhältnismässig grossen Bauraum benötigen. Dieser Nachteil tritt be sonders in Erscheinung, wenn schnell laufende Hoch- leistungsmotoren zum Antrieb verwendet werden und die Drehzahl in eine gewünschte, sehr niedrige Dreh zahl reduziert werden muss, wie dies z.
B. im Falle von Schiffsturbinen stattfindet, welche zum Antrieb der Schiffsschraube dient, selbst wenn der Drehzahl- reduktionsprozess an und für sich durchaus befrie digend verläuft. Auf der anderen Seite lassen sich Reduktionsgetriebe mit Planetenräderwerk kompak ter bauen als die Zahnradstandgetriebe. Ein bekanntes Reduktionsgetriebe in Form eines Planetengetriebes umfasst ein aussenverzahntes Innenrad bzw. Zentral- oder Sonnenrad, welches mit der treibenden Welle starr verbunden ist, und ein feststehendes oder statio näres, innenverzahntes Aussenrad sowie mindestens ein Planetenrad,
welches zwischen dem Innen- und dem Aussenrad angeordnet ist und mit diesen Rädern in Eingriff steht. Bei dieser Anordnung bewirkt die Rotation des Innenrades, die durch die treibende Welle verursacht wird, ein Drehen des Planetenrades rings um das Innenrad, wobei das Planetenrad um seine Achse rotiert. Bekanntlich entspricht der Um lauf der Achse des Planetenrades um die Achse des Innenrades der Rotation des getriebenen Gliedes, wenn letzteres durch geeignete Mittel mit dem Plane- tenradträger gekuppelt ist.
In diesem Falle ist das Verhältnis der Drehzahlherabsetzung durch eine zwi- sehen der Zahnzahl des Innenrades und derjenigen des Aussenrades bestehende Beziehung beschränkt, so dass sich das Reduktionsverlältnis der Drehzahl praktisch in so engen Grenzen hält wie<B>1/5</B> bis 1/6- Dies ist schon dadurch bedingt, dass die Zahnzahl oder der Teilkreisdurchniesser des Aussenrades stets durch einen gewissen, durch die vorhandenen Raum verhältnisse gegebenen Maximalwert begrenzt ist.
Andere Reduktionsgetriebe in Form von Planeten getrieben weisen ein stationäres Aussenrad und ein mit diesem unmittelbar in Eingriff stehendes Plane tenrad auf, welch letzteres exzentrisch zum Aussenrad angeordnet ist. Wenn das Planetenrad durch eine an der treibenden Welle sitzende Kurbel in Umlauf versetzt wird, rollt es auf der Innenverzahnung des Aussenrades ab. Der Umlauf des Planetenrades relativ zum Aussenrad wird durch geeignete Mittel mit dem gewünschten Reduktionsverhältnis auf das getriebene Glied übertragen. In diesem Falle ist das Reduktionsverhältnis der Drehzahl bedingt durch den Unterschied zwischen der Zahnzahl des Aussenrades und derjenigen des Planetenrades.
Wenn die Zahnzahl des einen dieser Räder so gewählt ist, dass die Differenz gegenüber der Zahn zahl des anderen Rades gleich<B>1</B> ist, dann ergibt sich eine maximale Drehzahlreduktion durch dieses Ge triebe. Ein solches Verhältnis der Zahnzahlen führt jedoch offensichtlich zu einer Interferenz zwischen dem Planetenrad und dem Aussenrad.
Um eine solche zu vermeiden, muss für die Zähne des Planetenrades eine Zykloidverzahnung statt einer Evolventenver- zahnung zu Grunde gelegt werden, wobei auch das Zahnprofil. der Umhüllungskurve des Aussenrades durch eine Zapfenreihe entsprechend dem Zapfenrad- system. ersetzt werden muss. Diese Bauart ist zur übertragung grosser Leistungen auf das getriebene Glied des Reduktionsgetriebes ungeeignet.
Die vorliegende Erfindung bezweckt daher ein Reduktionsgetriebe zu schaffen, das zur Reduktion der Drehzahl eines schnell laufenden Antriebsgliedes auf eine niedrige Drehzahl eines getriebenen Gliedes ohne wesentliche Leistungsverluste geeignet ist. Die Erfindung betrifft ein doppeltes Roduktionsgetriebe, das dadurch gekennzeichnet ist, dass es zwei Planeten- getriebesätze aufweist, von denen der erste Satz aus einem starr an der treibenden Welle sitzenden aussen verzahnten Innenrad, mindestens zwei Planeten rädern und einem feststehenden innenverzähnten Aussenrad, der zweite Satz dagegen aus einem eben falls starr an der treibenden Welle sitzenden,
aussen verzahnten Innenrad, mindestens zwei Planetenrädern und einem rotierenden, an der getriebenen Welle sitzenden innenverzahnten Aussenrad besteht, wobei die Planetenräder des ersten Satzes und die Plane tenräder des zweiten Getriebesatzes auf gesonderten Achsen gelagert sind und die Planetenräderachsen beider Getriebesätze in allen Betriebszuständen ge samthaft gleichmässig und abwechselnd über den Um fang verteilt sind. Damit lassen sich Drehzahlreduk tionen in der Grössenordnung von<B>1/1",</B> und darunter erzielen, bei verhältnismässig kleinem Bauvolumen, selbst bei der übertragung grosser Leistungen. So be trägt z.
B. der Raum zur Unterbringung eines Reduk tionsgetriebes für eine Dampfturbine von<B>17 500 PS</B> und eine Drehzahl von<B>5026</B> Touren/Min. zur Herab setzung der Drehzahl auf<B>105</B> Touren/Min., wie sie für eine Schiffsschraube geeignet ist, bei der üblichen Zahnradgetriebebauart mindestens 4 m (Länge) X<B>5,8</B> m (Breite) X 4,5 m (Höhe), wogegen bei einem Getriebe gemäss der vorliegenden Erfindung die entsprechenden Abmessungen nur <B>1,5</B> m X<B>1,5</B> m X<B>1,5</B> m betragen können. Dabei wiegt das erstgenannte übliche Getriebe etwa<B>128</B> Tonnen gegenüber<B>18</B> Tonnen des zweitgenannten Getriebes.
Die Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes.
Fig. <B>1</B> zeigt einen vertikalen axialen Mittellängs schnitt.
Fig. 2 zeigt einen horizontalen Mittelschnitt.
Die Fig. <B>3</B> und 4 zeigen<B>je</B> einen Querschnitt nach der Linie<B>3-3</B> bzw. 4-4 in Fig. <B>1.</B>
Das dargestellte Reduktionsgetriebe weist ein Ge häuse<B>10</B> auf, bestehend aus einer vorderen Gehäuse kappe<B>11</B> und einer hinteren Gehäusekappe 12. Auf der Innenseite der hinteren Kappe 12 ist ein innen verzahnter Zahnkranz<B>13</B> starr befestigt, der das Aussenrad eines Planetengetriebes bildet. Mit dem Aussenrad<B>13</B> steht ein Paar Planetenräder 14,<B>15</B> in Eingriff. Diese Planetenräder stehen anderseits mit dem Innenrad<B>16</B> dieses Planetengetriebes in Ein griff, welches auf einer treibenden Welle<B>17</B> sitzt. Auf dieser Welle ist in axialem Abstand hiervon das Innenrad<B>18</B> eines zweiten Planetengetriebes befestigt. Mit dem Innenrad<B>18</B> steht ein zweites Paar Planeten- räder <B>19,</B> 20 in Eingriff (Fig. 2 und 4).
Mit den Planetenrädern<B>19,</B> 20 steht ein rotierendes innen verzahntes Aussenrad 21 in Eingriff, welches auf der Innenseite eines hutförmigen getriebenen Gliedes 22 sitzt und mit diesem starr verbunden ist.
Die treibende Welle<B>17</B> ist mittels Lagern<B>23,</B> 24 drehbar gelagert. Das Lager<B>23</B> ist in einer Bohrung 54 der vorderen Gehäusekappe<B>11</B> montiert. Das La ger 24 ist in einer zentralen Ausnehmung <B>25</B> des ge triebenen Gliedes 22 montiert. Die Innenräder<B>16,</B> <B>18</B> sind starr mit der treibenden Welle<B>18</B> verbunden, und zwar durch einen Keil<B>26</B> bzw. <B>27</B> (Fig. <B>3</B> und 4). Die Planetenräder 14,15 sind mit einer Buchse<B>28</B> bzw. <B>29</B> versehen, welche gleiche Abmessungen aufweisen und lose auf<B>je</B> einer Achse<B>30</B> bzw. <B>31</B> sitzen.
Die Achsen<B>30, 31</B> sitzen mit beiden Endteilen lose in<B>je</B> einer Scheibe<B>32</B> bzw. <B>33,</B> welche Scheiben ebenfalls lose auf der treibenden Welle<B>17</B> unter Zwischen schaltung von Buchsen 34,<B>35</B> sitzen. Gegebenenfalls können die Achsen<B>30, 31</B> mit den Scheiben<B>32, 33</B> durch Schweissen starr verbunden sein.
Der Getriebesatz, bestehend aus dem Innenrad <B>16,</B> den Planetenrädern 14,<B>15</B> und dem stationären Aussenrad<B>13,</B> wird nachstehend als erster Getriebe satz bezeichnet. Das andere Paar von Planetenrädem <B>19,</B> 20 sitzt auf Achsen<B>36, 37,</B> welche auf den Schei ben<B>32, 33</B> in gleicher Weise montiert sind wie vor stehend für den ersten Getriebesatz beschrieben wor- !den ist. Die durch die Achsen der Planetenräder 14, <B>15</B> bestimmte Ebene steht winkelrecht zu der durch die Achsen der Planetenräder<B>19,</B> 20 bestimmten Ebene. Der Getriebesatz, welcher aus dem Innenrad <B>18,</B> den Planetenrädern<B>19,</B> 20 und dem drehbaren Aussenrad 21, 22 besteht, wird nachstehend als zwei ter Getriebesatz bezeichnet.
Wird die treibende Welle<B>17</B> durch einen nicht dargestellten Motor in Drehung versetzt, dann hat dies ein Drehen der Planetenräder 14,<B>15</B> um das Innenrad<B>16</B> herum zur Folge, weil das Aussenrad<B>13</B> feststeht. Der Umlauf der Planetenräder 14,<B>15</B> hat eine Mitnahme der Achsen<B>30, 31</B> zur Folge, so dass die Planetenräder<B>19,</B> 20 ebenfalls zwangläufig um ihr Innenrad<B>18,</B> und zwar mit der gleichen Geschwin digkeit umlaufen wie die Planetenräder 14,<B>15.</B> Hier bei drehen sich die Planetenräder<B>19,</B> 20 um die ent sprechende Achse<B>36</B> bzw. <B>37</B> mit einer durch ihre Zähnezahl bestimmten Geschwindigkeit. Der Umlauf der Planetenräder<B>19,</B> 20 bewirkt ein Drehen des Aussenrades 21, 22 um die eigene Achse.
Da das getriebene Glied 22 starr mit dem Zahnkranz 21 ver bunden ist, muss es sich mit der Drehzahl drehen, welche durch die nachstehend beschriebenen Gesetz mässigkeiten bestimmt ist. Das Glied 22 besteht aus einem kegelstumpfmantelförmigen Teil<B>38</B> und einem an der getriebenen Welle<B>39</B> sitzenden Flansch. Die Welle<B>39</B> des getriebenen Gliedes 22 ist in Lagern 40, 41 gelagert. Diese sind in einer Nabe 42 der hinteren Gehäusekappe 12 angeordnet. Die getriebene Welle <B>39</B> ist durch nicht dargestellte Mittel mit der anzu treibenden Maschine oder dergleichen verbunden.
Mit dem erläuterten Reduktionsgetriebe lassen sich hohe Drehzahlen der treibenden Welle<B>17</B> leicht und sicher in verhältnismässig niedrige Drehzahlen der getriebenen Welle<B>39</B> reduzieren. Der Drehzahl- reduktionsgrad ist durch folgende Gleichungen be stimmt:
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2. a=2b+c, d=2e+f. Hierin bedeuten:
Ni = die Drehzahl der treibenden Welle<B>17</B> N# <B>=</B> !die Drehzahl der getriebenen Welle<B>39</B> <I>a</I><B>=</B> die Zahnzahl des Aussenrades<B>13</B> <B><I>b</I> =</B> die Zahnzahl der Planetenräder 14,<B>15</B> <I>c</I> = die Zahnzahl des Innenrades<B>16</B> <B><I>d</I> =</B> die Zahnzahl des drehbaren Aussenrades 21 <I>e</I> = die Zahnzahl der Planetenräder<B>19,</B> 20 <B><I>f</I> =</B> die Zahnzahl des Innenrades<B>18.</B> Da die Zahnzahlen der Räder proportional zu ihren Teilkreisdurchmessern sind, wenn der Modul bekannt ist,
beträgt a<B><I>=</I> 2b</B> + c und<B>d<I>=</I></B> 2e<B>+</B> Der Ausdruck
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in der obigen Formel<B>1</B> stellt die Anzahl der Drehun gen des Innenrades<B>16</B> dar, welche durch die Plane tenräder 14,<B>15</B> verursacht werden, wenn angenom men wird, dass die Planetenräder 14,<B>15</B> eine Um drehung um das Innenrad<B>16</B> herum ausgeführt haben, und zwar in stetigem Eingriff mit dem fest stehenden Aussenrad<B>13</B> (Fig. <B>3).</B> Analog stellt der Ausdruck
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die Anzahl der Drehungen des Innenrades<B>18</B> dar, welche durch die Planetenräder<B>19,</B> 20 verursacht werden, wenn angenommen wird,
dass der zweite Getriebesatz<B>21-19-20-18</B> gemäss Fig. 4 vom ersten Getriebesatz<B>13-14-15-16</B> getrennt ist, mit andern Worten, wenn beide Getriebesätze voneinander unab hängig laufen können und das Aussenrad 21 festge halten wird.
Wenn der erste und der zweite Getriebesatz zwangläufig durch gewisse in den Fig. <B>1</B> und 2 dar gestellte Mittel miteinander gekuppelt sind und ausser dem beide Aussenräder<B>13,</B> 21 festgehalten sind, dann sind offenbar beide Getriebesätze am Laufen gehin dert, weil die Innenräder<B>16, 18</B> zusammen mit der treibenden Welle<B>17</B> mit gleicher Drehzahl laufen müssen, mit andern Worten wird die Drehung des Innenrades<B>18,</B> welches die Anzahl
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Umdrehungen ausführt, welche eintritt, wenn der zweite Getriebesatz<B>21-19-20-18</B> unabhängig vom ersten Getriebesatz<B>13-14-15-16,</B> wie oben erwähnt, gedreht wird, durch die treibende Welle<B>17</B> beschränkt auf die Anzahl von Umdrehungen,
welche derjenigen des Innenrades <B>16</B> entspricht und
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ist. Zwischen den Innenrädern<B>16, 18</B> besteht in den Umdrehungszahlen ein Unterschied von
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Wenn daher nicht eines der beiden Aussenräder<B>13,</B> 21 vom anderen gelöst wird, können die beiden Ge triebesätze nicht zu einer Einheit, die laufen kann, zusammengefasst werden.
Da das Aussenrad 21 drehbar ist, wird es mittels der Planetenräder<B>19,</B> 20 durch das Innenrad<B>18</B> ge dreht. Da also das drehbare Aussenrad 21 durch das Innenrad<B>18</B> angetrieben ist, beträgt seine Um drehungsanzahl, welche durch eine Umdrehung der Planetenräder<B>19,</B> 20 bewirkt wird,
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Diese Anzahl von Umdrehungen ist erreichbar, wenn das Innenrad<B>16</B> eine Anzahl von Umdrehungen
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ausgeführt hat, die mit der Umdrehungsanzahl der treibenden Welle<B>17</B> übereinstimmt.
Daher ist das Verhältnis der Umdrehungszahl, des drehbaren Aussen rades zu einer Umdrehung der treibenden Welle<B>17,</B> das heisst also die reduzierte Drehzahl der getriebenen Welle<B>39,</B> durch folgenden Ausdruck gegeben:
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Dieser Ausdruck kann wie folgtumgewandelt werden:
EMI0003.0031
Aus vorstehendem geht hervor, dass es sich hier darum handelt, eine Methode bzw. einen Mecha nismus zu finden, um den Umdrehungszahlenunter- schied zweier Innenräder auszugleichen, wobei die Rotation der Innenräder durch den Umlauf der ent sprechenden Planetenräder mit gleicher Geschwindig keit bewirkt wird und angenommen wird, dass die Planetenräder in entsprechenden, voneinander unab hängigen bzw. getrennten Getriebesätzen angeordnet sind.
Wenn das Glied
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grösser ist als das Glied
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dann ist das Verhältnis
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positiv, wobei die getriebene Welle im gleichen Dreh sinn wie die treibende Welle läuft, wogegen, wenn
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kleiner ist als das Glied
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das Verhältnis
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negativ ausfällt, wobei die getriebene Welle im ent-
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Bei folgenden Zähnezahlen <I>a<B>= 100, b</B></I><B> =</B> 34,<I>c</I> = <B>32,</B> <B><I>d</I> = 97,</B><I>e<B>=</B></I><B> 33,<I>f =</I> 31,</B> beträgt
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Bei nachstehenden Zähnezahlen: <I>a<B>= 100, b =</B></I><B> 33,</B><I>c</I><B>=</B> 34, <B><I>d</I> = 97,</B> e<B>= 32, f</B> = <B>33,</B> beträgt:
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Wie aus vorstehender Zahlentafel hervorgeht, kann der Drehzahlreduktionsgrad zwischen 1/1() und gegengesetzten Drehsinne umläuft als die treibende Welle.
Wenn das Glied
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ganz nahe an das Glied
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herankommt, wird
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minimal ausfallen, so dass die Geschwindigkeits reduktion der getriebenen Welle maximal ausfällt.
Werden z. B. die Zähnezahlen der Räder wie folgt angenommen: <I>a</I> = <B><I>100, b = 35,</I></B><I> c<B>=</B></I><B> 30,</B> <B><I>d = 103,</I></B><I> e</I> = <B>36, f</B> = <B>31,</B> dann beträgt Wie aus der vorstehenden Berechnung hervor geht, kann die Drehzahlreduktion in weitem Umfange variiert werden durch blosses Ändern der Zähnezahl eines jeden Rades.
Um diese Zusammenhänge noch klarer zu machen, sollen nachstehend weitere Beispiele ange geben werden. In diesen ist die Zähnezahl des ersten Getriebesatzes, das heisst die Zähnezahl eines jeden Aussenrades<B>13,</B> Planetenrades 14,<B>15</B> und Innen rades<B>16</B> variiert, wogegen die Zähnezahl des zwei ten Getriebesatzes, das heisst die Zähnezahl des rotierenden Aussenrades 21, der Planetenräder<B>19,</B> 20 und des Innenrades<B>18</B> unverändert belassen wird. 1/"" variiert werden durch blosses Ändern der Zähnezahl des ersten Getriebesatzes.
Die getriebene Welle kann auch im entgegen gesetzten Drehsinne gegenüber der treibenden Welle rotieren, wenn a.f grösser gewählt wird als c.d. So kann bewirkt werden, dass das getriebene Glied ün Uhrzeigersinne oder aber entgegengesetzt dem Uhr- zeigersinne rotiert, ohne zusätzliche Hilfsmittel, welche üblicherweise bei den bekannten Getrieben zur Umsteuerung verwendet werden.