DE10159553A1

DE10159553A1 - Getriebestufe und Getriebe

Info

Publication number: DE10159553A1
Application number: DE2001159553
Authority: DE
Inventors: Peter Barton
Original assignee: SEW Eurodrive GmbH and Co KG
Current assignee: SEW Eurodrive GmbH and Co KG
Priority date: 2001-12-05
Filing date: 2001-12-05
Publication date: 2003-06-26
Anticipated expiration: 2021-12-06
Also published as: DE10159553B4

Abstract

Getriebestufe und Getriebe, umfassend ein eintreibendes Verzahnteil und ein abtreibendes Verzahnteil, wobei die Flankenlinien der Zähne des Verzahnteils, insbesondere des abtreibenden Verzahnteils, von einem von der Achse des Verzahnteils aus gemessenen Innenradius bis zu einem Außenradius laufen, wobei die Flankenlinien mindestens einen ersten und einen zweiten Linienabschnitt aufweisen, wobei die Flankenlinien sich im zweiten Linienabschnitt über einen größeren axialen Bereich erstrecken als im ersten Linienabschnitt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Getriebestufe und ein Getriebe.
Aus der Schrift Bryant, R., C., u. D. W. Dudley: Which right-angle gear system? In N. P. Chironis(Hrsg.): Gear design and application, New York, Mc Graw-Hill book company 1967, Seite 44-51 sind Getriebe bekannt, bei denen an- und abtreibende Seite rechtwinklig zueinander stehende Achsen aufweisen. Da die Zahnbreite in Richtung auf die Achse des Planrades hin immer mehr abnimmt, ist fertigungs-, standzeit-, abnutzungs- und stabilitätsbedingt nur ein minimaler Radius der Verzahnung schneidbar und somit ausführbar. Zur Schaffung eines wohldefinierten Abschlusses benötigen die Planräder dieser Verzahnungen daher eine Ringnut, die aufwendig und kostspielig zu fertigen ist. Infolge der Ringnut steht das Ritzel nur mit dem von der Ringnut begrenzten Verzahnungsbereich im Eingriff.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Getriebestufe weiterzubilden, dessen ein- und abtreibende Achsen nicht parallel sind und bei möglichst kleiner Bauart ein möglichst großes Drehmoment unter möglichst geringer Geräuschbildung übertragen.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei der Getriebestufe nach den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen und bei dem Getriebe nach den in Anspruch 10 angegebenen Merkmalen gelöst.
Wesentliche Merkmale der Erfindung sind, dass die Getriebestufe ein eintreibendes Verzahnteil und ein abtreibendes Verzahnteil umfasst, wobei die Flankenlinien der Zähne des Verzahnteils, insbesondere des abtreibenden Verzahnteils, von einem von der Achse des Verzahnteils aus gemessenen Innenradius bis zu einem Außenradius laufen, wobei die Flankenlinien mindestens einen ersten und einen zweiten Linienabschnitt aufweisen, wobei die Flankenlinien sich im zweiten Linienabschnitt über einen größeren axialen Bereich erstrecken als im ersten Linienabschnitt, insbesondere bei jeweils gleicher Länge des Linienabschnitts der Flankenlinie.
Von Vorteil ist dabei, dass, insbesondere bei einer Heliconverzahnung, also Spiroplanverzahnung, eine halbgloboidale Form der Zähne ausführbar ist, wodurch besonders am Innenkreis eine erheblich höhere Tragfähigkeit der Verzahnung im Vergleich zu Verzahnungen im Stand der Technik bewirkt wird. Dieser positive Effekt tritt hauptsächlich bei Verzahnungen mit kleiner Übersetzung auf und ist bedingt durch die größere Überdeckung in allen drei Dimensionen.
Weiter vorteilhaft sind besonders an der Innenseite die erfindungsgemäß steiferen Radzähne sowie der ruhigere Lauf und die geringere Geräuschentwicklung.
Vorteiligerweise ist auch, dass das Zerspanvolumen für das Vorfertigteil geringer ausfällt als bei der heutigen Verzahnung. Insbesondere entfällt die im Stand der Technik notwendige Ringnut. Somit lassen sich Kosten bei der Fertigung einsparen. Außerdem ist die Gefahr des Auftretens von Kantenträgern an der Innenseite der Radzähne deutlich reduziert, da im Falle von Abweichungen bei der Herstellung, welche zu einem Tragen an der Innenseite der Radzähne führen, die Ritzelzähne an der halbgloboidalen Ausformung der Radzähne anlaufen und somit eine rücktreibende, den genannten Abweichungen entgegengerichtete Kraft auftritt.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung erstreckt sich die Flankenlinie im ersten Linienabschnitt über keinen axialen Bereich, sondern befindet sich nur bei einer einzigen axialen Position. Von Vorteil ist dabei, dass das Werkzeug auf einer Geraden zu bewegen ist, die in einer Ebene liegt, deren Normale parallel zur Achse des Verzahnteils liegt, und die keine Bewegung einer weiteren, in Achsrichtung liegenden Werkzeugmaschinenachse erfordert und somit unter geringeren Schwankungen zu bewegen ist, was eine höhere Fertigungsgenauigkeit ermöglicht.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das eintreibende Verzahnteil ein Ritzel und das abtreibende Verzahnteil ein Planrad. Von Vorteil ist dabei, dass die kinematischen und mathematischen Berechnungsmethoden des Standes der Technik auch bei der Erfindung verwendbar sind, obwohl die Verzahnung die Erhöhung aufweist und somit sich wesentlich unterscheidet vom Stand der Technik.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Achse des eintreibenden Verzahnteils und die Achse des abtreibenden Verzahnteils senkrecht kreuzend zueinander angeordnet. Von Vorteil ist dabei, dass bei solchen Getriebestufen die Erhöhung in Richtung der Achse des Planrades ausführbar ist und somit eine rücktreibende, gegen die Abweichungen bei der Herstellung wirkende Kraft entsteht. Darüber hinaus wird die im Stand der Technik notwendige Ringnut entbehrlich, da die Schneidbarkeit durch Herausziehen des Werkzeuges in axialer Richtung des Planrades gegeben ist, die Standzeit verbessert und die Abnutzung vermindert ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist das abtreibende Verzahnteil keine die Verzahnung zur Achse des Verzahnteils hin abschließende Ringnut auf. Von Vorteil ist dabei, dass die Fertigungskosten deutlich verringerbar sind.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung hat die Planverzahnung des abtreibenden Verzahnteils, insbesondere des Planrades, eine halbgloboidale Form auf der planen Seite. Von Vorteil ist dabei, dass im Gegensatz zu beispielsweise spritzgegossenen halbgloboidalen Stirnzahnrädern eine Getriebestufe mit senkrecht zueinander stehenden Achsen vorsehbar ist und die halbgloboidale Verzahnung auf der Planseite des Planrades anbringbar ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist das abtreibende Verzahnteil eine Heliconverzahnung auf seiner planen Seite auf. Von Vorteil ist dabei, dass die Verzahnung mittels eines kostengünstig ausführbaren Wälzfräsens oder eines anderen auf dem Wälzen beruhenden Fertigungsverfahrens ausführbar ist. Eine solche Helicon- oder Spiroplanverzahnung weist insbesondere gegenüber einem Schneckengetriebe günstigere Berührungsverhältnisse, vorteilhaftere Schmierspalthöhenverteilung und höhere Tragfähigkeit auf. Insbesondere gegenüber einer Kegelradverzahnung weist eine solche Helicon- oder Spiroplanverzahnung höhere Verzahnungsüberdeckung und geringere Fertigungskosten auf.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist das abtreibende Verzahnteil eine derartig geformte Verzahnung auf seiner planen Seite auf, dass auf das im Eingriff stehende eintreibende Verzahnteil mindestens bei achsabstandsvermindernder Verschiebung oder bei einer Verschiebung entlang der Achse des eintreibenden Verzahnteils eine gegen die Verschiebung wirkende Axialkraft auftritt. Von Vorteil ist dabei, dass das Ritzel in Richtung seiner idealen Lage eine Kraft erfährt und somit die Gefahr des Auftretens von Kantenträgern an der Innenseite der Radzähne deutlich reduziert wird.
Wesentliche Merkmale der Erfindung sind, dass bei dem ein- oder mehrstufigen Getriebe mindestens eine Getriebestufe nach einer der genannten Ausführungen vorgesehen sind. Die genannten zugehörigen Vorteile übertragen sich somit auch auf das Getriebe. Insbesondere ist somit ein solches Getriebe mit geringerer Geräuschentwicklung, höherem Wirkungsgrad, größerer Laufruhe, längerer Standzeit unter geringeren Kosten herstellbar.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Erfindung wird nun anhand von Abbildungen näher erläutert:
In der Fig. 1 ist ein abtreibendes Verzahnteil 1 als Planrad bei einem ersten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel gezeigt. Dabei ist in der Fig. 1a eine Vorderansicht, in der Fig. 1b eine Draufsicht, in der Fig. 1c eine isometrische Ansicht und in der Fig. 1d ein Radialschnitt gezeigt. Das zugehörige Ritzel ist nicht gezeigt, da Ritzel nach Stand der Technik verwendbar sind.
Das abtreibende Verzahnteil 1 weist dabei eine Verzahnung 4 auf, die vorteilhaft als Helicon-Verzahnung oder Spiroplanverzahnung ausgeführt wird. Die Verzahnung 4 umfasst Zähne, deren Flanken 5 zur Achse hin eine Erhöhung der Verzahnung 2 in axialer Richtung aufweisen. Zur Verbindung mit einer Welle oder Achse weist das abtreibende Verzahnteil 1 in der Mitte eine Bohrung 3 auf. Wesentlich ist bei dem abtreibenden Verzahnteil 1, dass die bei größerem Radius noch in der die Achse als Normale aufweisenden Ebene liegende Verzahnung 4 in einen in axialer Richtung erhöhten Verzahnungsbereich, also die Erhöhung der Verzahnung 2, übergeht. Das Ritzel muss also sozusagen gegen diese Erhöhung anlaufen, wenn es entlang seiner Achsrichtung zur Achse des im Eingriff stehenden, eintreibenden Verzahnteils verschoben wird und erfährt dann eine gegen die Verschiebung wirkende Axialkraft. Der Grund für das Anbringen der im Stand der Technik vorhandenen Ringnut entfällt somit. Somit ist die Ringnut verzichtbar. Insbesondere ist die Fertigung des erhöhten Bereiches der Verzahnung möglich, indem das Werkzeug, beispielsweise bei der spanenden Fertigung, entsprechend der zu fertigenden Erhöhung in Achsrichtung des Planrades angehoben wird.
Der genaue Verlauf dieses Anhebens des Werkzeuges hängt mit dem in Fig. 1d gezeigten Verlauf der Flankenlinie zusammen. Im gezeigten Beispiel wird das Werkzeug auf einer Raumkurve gefahren, die aus einem geraden Bereich und einem Kreisbogen mit Radius r zusammengesetzt ist. Bei anderen erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen sind auch entsprechend andere Raumkurvenverläufe vorteilhaft ausführbar, insbesondere differenzierbare und/oder stetig differenzierbare Raumkurven.
In Fig. 2 ist zur besseren Veranschaulichung für ein anderes, ähnliches erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel wiederum ein Radialschnitt durch das abtreibende Verzahnteil 20 gezeigt. Hierbei ist der Kreisbogenabschnitt jedoch über einen größeren Winkelbereich derart ausgeführt, dass die Erhöhung der Verzahnung in axialer Richtung größer ist.
Die Flankenlinie 21 umfasst einen ersten Linienabschnitt 22, der einen geraden Verlauf aufweist und einen zweiten Linienabschnitt 23, der einen kreisförmigen Verlauf mit Radius r aufweist und sich nicht nur in radialer Richtung sondern auch in Richtung der Achse A erstreckt. Der erste Linienabschnitt 22 erstreckt sich zwischen zwei Radien und bleibt axial immer auf demselben Wert. Der zweite Linienabschnitt 23 überdeckt nicht nur einen radialen Bereich sondern insbesondere einen größeren axialen Bereich als der erste Linienabschnitt 22.
Bei anderen Verzahnteilen, wie auch beispielsweise kegelverzahnten, kann auch der erste Linienabschnitt derart verlaufen, dass er einen mehr als einen Wert aufweisenden, axialen Bereich überdeckt. Bezugszeichenliste 1, 20 abtreibendes Verzahnteil
2 Erhöhung der Verzahnung
3 Bohrung
4 Verzahnung
5 Flanken
21 Flankenlinie
22 erster Linienabschnitt
23 zweiter Linienabschnitt

Claims

1. Getriebestufe, umfassend ein eintreibendes Verzahnteil und ein abtreibendes Verzahnteil,
wobei die Flankenlinien der Zähne mindestens eines der Verzahnteile, insbesondere das abtreibende Verzahnteil, von einem von der Achse des Verzahnteils aus gemessenen Außenradius bis zu einem Innenradius laufen,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine Flankenlinie zumindest einen ersten und einen zweiten Linienabschnitt mit jeweils gleicher Linienlänge umfasst,
wobei die Flankenlinien sich im zweiten Linienabschnitt über einen größeren axialen Bereich auf einer zur Achse des Verzahnteils parallelen Achse erstrecken als im ersten Linienabschnitt.

2. Getriebestufe nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Flankenlinien sich im ersten Linienabschnitt auf der gleichen axialen Position befinden.

3. Getriebestufe nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das eintreibende Verzahnteil ein Ritzel und das abtreibende Verzahnteil ein auf seiner planen Seite verzahntes Planrad ist.

4. Getriebestufe nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Achse des eintreibenden Verzahnteils und die Achse des abtreibenden Verzahnteils senkrecht zueinander angeordnet sind.

5. Getriebestufe nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Achse des eintreibenden Verzahnteils und die Achse des abtreibenden Verzahnteils sich nicht schneiden.

6. Getriebestufe nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das abtreibende Verzahnteil keine die Verzahnung zur Achse des Verzahnteils hin abschließende Ringnut aufweist.

7. Getriebestufe nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das abtreibende Verzahnteil eine halbgloboidale Form hat.

8. Getriebestufe nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das abtreibende Verzahnteil eine Heliconverzahnung auf seiner planen Seite aufweist.

9. Getriebestufe nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das abtreibende Verzahnteil eine derartig geformte Verzahnung auf seiner planen Seite aufweist, dass auf das im Eingriff stehende eintreibende Verzahnteil mindestens bei achsabstandsvermindernder Verschiebung und/oder bei einer Verschiebung entlang der Achse des eintreibenden Verzahnteils eine gegen die Verschiebung wirkende Axialkraft auftritt

10. Ein- oder mehrstufiges Getriebe, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Getriebestufe nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche vorgesehen ist.