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AT517424B1 - Vorrichtung zur Spielfreistellung kämmender Verzahnungen eines Zahnradantriebs - Google Patents

Vorrichtung zur Spielfreistellung kämmender Verzahnungen eines Zahnradantriebs Download PDF

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AT517424B1
AT517424B1 ATA50548/2015A AT505482015A AT517424B1 AT 517424 B1 AT517424 B1 AT 517424B1 AT 505482015 A AT505482015 A AT 505482015A AT 517424 B1 AT517424 B1 AT 517424B1
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (4) zur Spielfreistellung kämmender Verzahnungen (3, 8, 9) eines Zahnradantriebs umfassend eine Zahnradanordnung (5), wobei die Zahnradanordnung (5) umfasst ein Hauptzahnrad (6), das eine erste Verzahnung (8) aufweist, und ein gegenüber diesem relativ in Umfangsrichtung verdrehbares Zahnrad (7), das eine zweite Verzahnung (9) aufweist, wobei das Hauptzahnrad (6) ein Nabenteil (10) aufweist, auf dem das verdrehbare Zahnrad (7) angeordnet ist, und wobei radial unterhalb des Hauptzahnrades (6) ein Toleranzausgleichselement (12) angeordnet ist, das einen Wellenteil (13) und ein Ausgleichsteil (14) umfasst, wobei das Ausgleichsteil (14) mit dem Wellenteil (13) und mit dem Nabenteil (10) des Hauptzahnrades (6) verbunden ist, sodass das Hauptzahnrad (6) ausschließlich über das Ausgleichsteil (14) mit dem Wellenteil (13) verbunden ist, und wobei das Ausgleichsteil (14) zumindest teilweise aus einem gummielastischen Werkstoff besteht.

Description

Patentamt
Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Spielfreistellung kämmender Verzahnungen eines Zahnradantriebs umfassend eine Zahnradanordnung, wobei die Zahnradanordnung umfasst ein Hauptzahnrad, das eine erste Verzahnung aufweist, und ein gegenüber diesem relativ in Umfangsrichtung verdrehbares Zahnrad, das eine zweite Verzahnung aufweist, wobei das Hauptzahnrad ein Nabenteil aufweist, auf dem das verdrehbare Zahnrad angeordnet ist. Weiter betrifft die Erfindung einen Stirnradantrieb umfassend zumindest ein erstes Zahnrad und eine mit diesem Zahnrad kämmende Vorrichtung zur Spielfreistellung kämmender Verzahnungen, wobei das erste Zahnrad ungeteilt ist.
[0002] Zahnradanordnungen der genannten Art, wie sie beispielsweise aus der WO 2005/ 090830 A1 oder der WO 2005/090829 A1 bekannt sind, dienen zur Reduktion des Zahnflankenspiels zwischen zwei kämmenden Zahnrädern. In Stirnradantriebe mit hoher Drehschwingungsanregung und hoher Durchbiegung der Wellen, muss das Verdrehflankenspiel relativ groß sein, damit die Zahnradanordnung diesen Bedingungen gerecht werden kann.
[0003] Aus der DE 10 2004 058 101 A1 ist eine Zahnkranz-Kombination mit einem ersten Zahnkranz und einem zweiten Zahnkranz bekannt, wobei die Zahnkränze bezüglich einer gemeinsamen Drehachse koaxial angeordnet sind und mit einem gemeinsamen Befestigungselement verbunden sind, wobei die Zahnkränze über das gemeinsame Befestigungselement drehfest mit einem drehbeweglichen Teil verbunden werden können, das um die Drehachse drehbeweglich ist, und wobei die beiden Zahnkränze über ein elastisches Element aus elastomerem Material mit dem gemeinsamen Befestigungselement verbunden sind, so dass die Zahnkränze in einem entspannten Zustand des elastischen Elements bezogen auf die Drehachse gegeneinander verdreht angeordnet sind.
[0004] Die JP 64-36755 U zeigt eine Zahnradanordnung mit zwei Zahnrädern, wobei das zweite Zahnrad auf einer Nabe des ersten Zahnrades angeordnet ist. Die beiden Zahnräder sind in axialer Richtung über die einander zugewandten axialen Stirnflächen miteinander verbunden, wozu zwischen diesen Stirnflächen und mit diesen verbunden ein Elastomerelement angeordnet ist.
[0005] Die WO 2005/090829 A1 beschreibt eine Vorrichtung zur Spielfreistellung kämmender Verzahnungen eines Zahnradantriebs umfassend eine Zahnradanordnung, wobei die Zahnradanordnung umfasst ein Hauptzahnrad, das eine erste Verzahnung aufweist, und ein gegenüber diesem relativ in Umfangsrichtung verdrehbares Zahnrad, das eine zweite Verzahnung aufweist, wobei das Hauptzahnrad ein Nabenteil aufweist, auf dem das verdrehbare Zahnrad angeordnet ist.
[0006] Die DE 10 2005 032 595 B3 beschreibt ein Getriebebauteil, insbesondere Zahnrad, wobei das Getriebebauteil ein erstes ringförmiges, sich um eine Drehachse des Getriebebauteils herum erstreckendes Element und ein zweites ringförmiges, sich um die Drehachse des Getriebebauteils herum erstreckendes Element aufweist, das erste ringförmige Element eine Mehrzahl sich radial nach außen erstreckender erster Vorsprünge aufweist, das zweite ringförmige Element eine Mehrzahl sich radial nach innen erstreckender zweiter Vorsprünge aufweist, die - betrachtet in einer Schnittebene senkrecht zu der Drehachse oder in einer Projektionsebene senkrecht zu der Drehachse - jeweils in einen Zwischenraum zwischen zwei der ersten Vorsprünge hineinragen, zwischen dem ersten Element und dem zweiten Element ein Abstand besteht, so dass durch Oberflächen des ersten ringförmigen Elements einerseits und des zweiten ringförmigen Elements andererseits ein Abstandsbereich zwischen dem ersten ringförmigen Element und dem zweiten ringförmigen Element definiert ist, sich der Abstandsbereich in sich geschlossen um die Drehachse herum erstreckt, der Abstandsbereich durch ein elastomeres Material ausgefüllt ist, wobei über das elastomere Material Kräfte zwischen dem ersten ringförmigen Element und dem zweiten ringförmigen Element übertragbar sind, sich der Abstandsbereich über seinen Verlauf um die Drehachse an einer Mehrzahl von Stellen zu jeweils einer Bohrung erweitert und der Abstandsbereich mit Ausnahme der Bohrungen vollständig durch /7
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Patentamt das elastomere Material ausgefüllt ist.
[0007] Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Spielfreistellung für Stirnradantriebe mit hoher Drehschwingungsanregung und hoher Durchbiegung der Wellen zur Verfügung zu stellen.
[0008] Diese Aufgabe der Erfindung wird bei der eingangs genannten Vorrichtung dadurch gelöst, dass radial unterhalb des Hauptzahnrades ein Toleranzausgleichselement angeordnet ist, das ein Wellenteil und ein Ausgleichsteil umfasst, wobei das Ausgleichsteil mit dem Wellenteil und mit dem Nabenteil des Hauptzahnrades verbunden ist, sodass das Hauptzahnrad ausschließlich über das Ausgleichsteil mit dem Wellenteil verbunden ist, und wobei das Ausgleichsteil zumindest teilweise aus einem gummielastischen Werkstoff besteht. Weiter wird die Aufgabe der Erfindung bei dem eingangs genannten Stirnradantrieb dadurch gelöst, bei dem die Vorrichtung zur Spielfreistellung wie soeben beschrieben ausgebildet ist.
[0009] Von Vorteil ist dabei, dass durch die elastischen Eigenschaften des Ausgleichsteils Drehschwingungen und Durchbiegungen der Welle besser ausgeglichen bzw. gedämpft werden können. Es ist damit möglich Stirnradantriebe mit derartigen Zahnradanordnungen auszurüsten, die eine sehr hohe Achstoleranz im Bereich von ± 0,5 mm aufweisen. In üblichen Stirnradtrieben beträgt die Achstoleranz typischerweise im Bereich von ±0,15 mm. Darüber hinaus konnte mit dieser Vorrichtung zur Spielfreistellung aufgrund des Ausgleichsteils auch einer Reduktion des Verdrehflankenspiels erreicht werden, wodurch der kämmende Eingriff einer weiteren Verzahnung in die Verzahnung der Zahnradanordnung verbessert werden kann. Als zusätzlicher Nebeneffekt konnte auch eine Reduktion Geräuschemission der kämmenden Verzahnungen im Betrieb beobachtet werden. Es ist weiter möglich, mit dieser Vorrichtung zur Spielfreistellung einen Überlastschutz für den Stirnradantrieb zur Verfügung zu stellen.
[0010] Nach einer Ausführungsvariante der Vorrichtung zur Spielfreistellung kann vorgesehen sein, dass das Ausgleichsteil Stoff- und/oder formschlüssig mit dem Wellenteil und/oder dem Nabenteil verbunden ist. Es wird damit eine festere Verbindung zwischen dem Ausgleichsteil und dem Wellenteil bzw. zwischen dem Ausgleichsteil und dem Nabenteil erreicht, wodurch die Gefahr des Abreißens des Ausgleichsteils auch bei höheren dynamischen Belastungen des Ausgleichsteils aufgrund der Drehschwingungsanregungen und der Durchbiegung der Welle besser vermieden werden kann.
[0011] Zum besseren Verständnis der Erfindung wird diese anhand der nachfolgenden Figur näher erläutert.
[0012] Es zeigt in vereinfachter, schematischer Darstellung:
[0013] Fig. 1 einen Stirnradantrieb;
[0014] Fig. 2 einen Ausschnitt aus einer Vorrichtung zur Spielfreistellung im Querschnitt.
[0015] Einführend sei festgehalten, dass die in der Beschreibung gewählten Lageangaben, wie z.B. oben, unten, seitlich usw. auf die unmittelbar beschriebene sowie dargestellte Figur bezogen und sind diese Lageangaben bei einer Lageänderung sinngemäß auf die neue Lage zu übertragen.
[0016] In Fig. 1 ist ein Stirnradantrieb 1 schematisch dargestellt. Diese umfasst bekanntlich zumindest ein erstes Zahnrad 2 und ein zumindest ein zweites Zahnrad, das mit dem ersten Zahnrad 2 in kämmenden Eingriff steht. Das erste Zahnrad 2 weist dazu an einem radial äußeren Umfang eine Stirnverzahnung 3 auf.
[0017] Das erste Zahnrad 2 ist ein ungeteiltes Zahnrad 2, d.h. dass es einteilig aus einem metallischen Sinterwerkstoff oder aus einem Vollmetall, beispielsweise mittels eines Gussverfahrens hergestellt, ausgebildet.
[0018] Das zweite, mit dem ersten Zahnrad 2 kämmende Zahnrad wird durch eine Vorrichtung 4 zur Spielfreistellung der kämmenden Stirnverzahnung 3 des ersten Zahnrades 2 mit der Verzahnung der Vorrichtung 4 gebildet, die in Fig. 2 näher dargestellt ist.
[0019] Die Vorrichtung 4 zur Spielfreistellung weist eine Zahnradanordnung 5 auf. Die Zahn
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Patentamt radanordnung 5 umfasst ein, insbesondere metallisches, Hauptzahnrad 6 und ein in Umfangsrichtung relativ dazu verdrehbares, insbesondere metallisches, Zahnrad 7 auf. Letzteres kann auch als Zahnkranz bezeichnet werden.
[0020] Das Hauptzahnrad 6 weist stirnseitig eine erste Verzahnung 8 auf. Das verdrehbare Zahnrad 7 weist stirnseitig eine zweite Verzahnung 9 auf. Die zweite Verzahnung 9 ist in axialer Richtung nicht fluchtend mit der ersten Verzahnung 8 des Hauptzahnrades 6 angeordnet.
[0021] Das Hauptzahnrad 6 weist zudem ein Nabenteil 10 auf, auf dem das verdrehbare Zahnrad 7 angeordnet ist. Das Nabenteil 10 ist bevorzugt einstückig mit dem Rest des Hauptzahnrades 6 ausgebildet, d.h. dass das Hautzahnrad 6 bevorzugt einteilig ausgebildet ist.
[0022] Das verdrehbare Zahnrad 7 ist mit zumindest einem nicht weiter dargestellten Federelement, beispielsweise einer Ω-Feder, gegen das Hauptzahnrad 6 in Umfangsrichtung vorgespannt. Dazu können an aufeinander zu weisenden Oberflächen des Hauptzahnrades 6 und des verdrehbaren Zahnrades 7 entsprechende Nocken vorhanden sein, an denen sich das Federelement abstützt.
[0023] Eine derartige Zahnradanordnung 5 ist beispielsweise in Fig. 1 der AT 507 071 B1 gezeigt.
[0024] Es sei an dieser Stelle erwähnt, dass es neben der Verwendung einer Ω-Feder auch andere Möglichkeiten gibt, das verdrehbare Zahnrad 7 gegen das Hauptzahnrad 6 vorzuspannen, wie beispielsweise mittels Elastomer-Federelementen, etc.. Die Zahnradanordnung 5 ist also nicht beschränkt auf die Verwendung bzw. die Anordnung der Ω-Feder hierfür.
[0025] Anders als bei herkömmlichen Zahnradanordnungen ist die Zahnradanordnung 5 nicht direkt auf einer Welle 11 angeordnet. Zwischen der Zahnradanordnung 5 und der Welle 11 ist konzentrisch zum Hauptzahnrad 6 ein Toleranzausgleichselement 12 angeordnet.
[0026] Das Toleranzausgleichselement 12 umfasst bzw. besteht aus ein(em) Wellenteil 13 und ein(em) Ausgleichsteil 14.
[0027] Das Wellenteil 13 weist eine Ausnehmung 15 zur verdrehfesten Aufnahme der Welle 11 auf. Das Wellenteil 13 ist bevorzugt aus einem metallischen Werkstoff, insbesondere aus einem Sinterwerkstoff, hergestellt.
[0028] Es sei an dieser Stelle erwähnt, dass auch das Hauptzahnrad 6 und/oder das verdrehbare Zahnrad 7 vorzugsweise aus einem Sinterwerkstoff hergestellt ist bzw. sind.
[0029] Das Ausgleichsteil 14 besteht zumindest teilweise, bevorzugt zur Gänze, aus zumindest einem gummielastischen Werkstoff, insbesondere einem Elastomer. Das Elastomer kann beispielsweise ausgewählt sein aus einer Gruppe umfassen bzw. bestehend aus einem (X)NBR ((carboxylierter) Acrylnitril-Butadien-Kautschuk), HNBR (Hydrierter Nitril-Kautschuk), einem Silikon-Kautschuk (VMQ), NR (Naturgummi), EPDM (Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk), CR (Chloropren-Kautschuk), SBR (Styrolbutadienkautschuk), sowie Mischungen daraus.
[0030] Mit „zumindest teilweise“ ist gemeint, dass in dem Ausgleichsteil 14 z.B. Versteifungselemente, wie z.B. Fasern und/oder Fäden, beispielsweise aus Metall, Kunststoff, Naturfasern, etc., oder Stäbe, etc. eingelagert sein können.
[0031] Das Ausgleichsteil 14 ist einerseits mit dem Wellenteil 13 und andererseits mit dem Hauptzahnrad 6 verbunden. Dadurch ist die Zahnradanordnung 5 ausschließlich über das Hauptzahnrad 6 mit dem Toleranzausgleichselement 12 über das Ausgleichsteil 14 verbunden. Die Verbindung des Ausgleichteils 14 mit dem Wellenteil 13 und/oder dem Nabenteil 10 des Hauptzahnrades 6 erfolgt bevorzugt Stoff- und/oder formschlüssig.
[0032] Die formschlüssige Verbindung kann beispielsweise über zumindest eine Nut 16 in einer radialen äußeren Stirnfläche des Wellenteils 13 bzw. einer radial inneren Stirnfläche des Hauptzahnrades 6 erfolgen, wie dies in Fig. 2 strichliert angedeutet ist. Das Elastomer des Ausgleichsteils 14 reicht in diesem Fall bis in die Nut 16 und füllt diese bevorzugt zur Gänze aus.
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Patentamt [0033] Es ist aber auch die umgekehrte Ausbildung möglich, dass also im Ausgleichsteil 14 eine Nut ausgebildet ist, in die das Wellenteil 13 bzw. das Nabenteil 10 hineinragt.
[0034] Weiter kann eine derartige (Ring)nut auch in zumindest einer der axialen Planflächen des Wellenteils 13 und/oder des Nabenteils 10 im Anlagebereich des Ausgleichteils 14 an diesen Teilen ausgebildet sein.
[0035] Die Anzahl der Nuten 16 und/oder deren Querschnittsform kann an die jeweiligen Erfordernisse angepasst werden. Beispielsweise kann die Nut 16 bzw. können die Nuten 16 einen schwalbenschwanzförmigen Querschnitt aufweisen.
[0036] Alternativ oder zusätzlich dazu kann die formschlüssige Verbindung des Ausgleichteils 14 mit dem Wellenteil 13 und/oder dem Nabenteil 10 auch so erfolgen, dass das Ausgleichsteil 14 in axialer Richtung Zahnradanordnung 5 eine größere Breite aufweist als das Wellenteil 13 bzw. das Nabenteil 10, sodass es beidseitig über das Wellenteil 13 und das Nabenteil 10 vorragt. Die Endbereiche des Ausgleichsteils 14 können weiter einen größeren Durchmesser aufweisen, als ein Mittenbereich des Ausgleichteils 14, sodass die Anlagenflächen des Ausgleichteils 14 für das Wellenteil 13 bzw. das Nabenteil 10 zumindest annähernd u-förmig ausgebildet sind, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist. Das Ausgleichsteil 14 kann insgesamt einen H-förmigen Querschnitt aufweisen. Das Ausgleichsteil 14 kann also das Wellenteil 13 und/oder das Nabenteil 10 im jeweiligen Anlagebereich bereichsweise überdeckend angeordnet sein.
[0037] Es sei an dieser Stelle erwähnt, dass sich das Ausgleichsteil 14 in axialer Richtung bevorzugt zumindest über die gesamte Breite des Nabenteils 10 bzw. des Hauptzahnrades 6 bzw. des Wellenteils 13, in gleicher Richtung betrachtet, erstreckt, insbesondere durchgehend erstreckt, wie dies ebenfalls aus Fig. 2 ersichtlich ist. Vorzugsweise weist das Ausgleichsteil 14 zumindest die Breite auf, die der Breite jenes dieser Teile entspricht, das die größte Breite in gleicher Richtung betrachtet aufweist. Insbesondere weist das Ausgleichsteil 14 aber eine größere Breite als diese Breite auf.
[0038] Die stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Ausgleichsteil 14 und dem Wellenteil 13 und/oder dem Nabenteil 10 kann beispielsweise mittels eines Klebstoffes oder durch direktes aufvulkanisieren des Ausgleichsteils 14 auf das Wellenteil 13 und/oder das Nabenteil 10 hergestellt werden.
[0039] Es mit dieser Ausführung der Vorrichtung 4 zur Spielfreistellung Achstoleranzen im Bereich von -0,5mm bis 0,5 mm auszugleichen.
[0040] Weiter ist es mit der Vorrichtung 4 zur Spielfreistellung möglich, ein kleineres Verdrehflankenspiel einzustellen.
[0041] Nach einer Ausführungsvariante der Vorrichtung 4 zur Spielfreistellung kann vorgesehen sein, dass axial äußere Kanten des Wellenteils 13 und/oder des Nabenteils 10, d.h. die Kanten im Übergangsbereich von einer radialen Fläche zu axialen Stirnflächen, mit einer Rundung 21 bis 24 versehen sind, um damit eine besser Verbindung des Nabenteils 10 bzw. des Wellenteils 13 mit dem Ausgleichsteil 14 zu erreichen. Insbesondere kann damit besser verhindert werden, dass das Ausgleichsteil 13 in diesen Übergangsbereichen unter Belastung abreißt.
[0042] Der Radius der Rundung(en) 17 ist vorzugsweise ausgewählt aus einem Bereich von 0,1 mm bis 2 mm, insbesondere aus einem Bereich von 0,4 mm bis 1,5 mm.
[0043] Die Ausführungsbeispiele zeigen bzw. beschreiben mögliche Ausführungsvarianten der Vorrichtung 4 zur Spielfreistellung, wobei an dieser Stelle bemerkt sei, dass auch diverse Kombinationen der einzelnen Ausführungsvarianten untereinander möglich sind.
[0044] Der Ordnung halber sei abschließend darauf hingewiesen, dass zum besseren Verständnis des Aufbaus der Vorrichtung 4 zur Spielfreistellung diese bzw. deren Bestandteile teilweise unmaßstäblich und/oder vergrößert und/oder verkleinert dargestellt wurden.
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Patentamt
BEZUGSZEICHENLISTE
Stirnradantrieb
Zahnrad
Stirnverzahnung
Vorrichtung
Zahnradanordnung
Hauptzahnrad
Zahnrad
Verzahnung
Verzahnung
Nabenteil
Welle
Toleranzausgleichselement
Wellenteil
Ausgleichsteil
Ausnehmung
Nut
Rundung
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Claims (3)

1. Vorrichtung (4) zur Spielfreistellung kämmender Verzahnungen (8, 9, 3) eines Zahnradantriebs umfassend eine Zahnradanordnung (5), wobei die Zahnradanordnung (5) umfasst ein Hauptzahnrad (6), das eine erste Verzahnung (8) aufweist, und ein gegenüber diesem relativ in Umfangsrichtung verdrehbares Zahnrad (7), das eine zweite Verzahnung (9) aufweist, wobei das Hauptzahnrad (6) ein Nabenteil (10) aufweist, auf dem das verdrehbare Zahnrad (7) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass radial unterhalb des Hauptzahnrades (6) ein Toleranzausgleichselement (12) angeordnet ist, das einen Wellenteil (13) und ein Ausgleichsteil (14) umfasst, wobei das Ausgleichsteil (14) mit dem Wellenteil (13) und mit dem Nabenteil (10) des Hauptzahnrades (6) verbunden ist, sodass das Hauptzahnrad (6) ausschließlich über das Ausgleichsteil (14) mit dem Wellenteil (13) verbunden ist, und wobei das Ausgleichsteil (14) zumindest teilweise aus einem gummielastischen Werkstoff besteht.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgleichsteil (14) Stoff- und/oder formschlüssig mit dem Wellenteil (13) und/oder dem Nabenteil (10) verbunden ist.
3. Stirnradantrieb (1) umfassend zumindest ein erstes Zahnrad (2) und eine mit diesem Zahnrad (2) kämmende Vorrichtung (4) zur Spielfreistellung kämmender Verzahnungen (3, 8, 9), wobei das erste Zahnrad (2) ungeteilt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (4) zur Spielfreistellung entsprechend einem der voranstehenden Ansprüche gebildet ist.
ATA50548/2015A 2015-06-25 2015-06-25 Vorrichtung zur Spielfreistellung kämmender Verzahnungen eines Zahnradantriebs AT517424B1 (de)

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