DE102004037540A1 - Zahnrad für Getriebe, insbesondere Spannungswellengetriebe - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Zahnrad für Getriebe, insbesondere Spannungswellengetriebe. Es ist vorgesehen, dass mindestens eine Zahnlücke (4) mindestens eine Hinterschneidung (5) aufweist. Es ist ferner vorgesehen, dass die Zähne (3) im Bereich des Zahnkopfes (20) mindestens eine Hinterschneidung (5) aufweisen (Figur 11).
Description
- Die Erfindung betrifft ein Zahnrad für Getriebe, insbesondere Spannungswellengetriebe.
- technologischer Hintergrund
- Zahnräder dienen der Übertragung von Drehmomenten und Drehbewegungen von einer Welle auf eine andere Welle, in dem ein auf der einen Welle festgelegtes Zahnrad mit seinen Zähnen nacheinander in die Zähne eines anderen, auf der anderen Welle fixierten Gegenzahnrades eingreifen. Um eine möglichst gleichmäßige Bewegungsübertragung zu gewährleisten, muss die Zahnform der miteinander kämmenden Zahnräder entsprechend aufeinander abgestimmt sein. Eine solche Abstimmung ist beispielsweise bei der Evolventenverzahnung und der Zykloidenverzahnung verwirklicht, welche aufgrund ihrer weiten Verbreitung heute quasi einen Standard darstellen.
- Unter Zahnräder werden im Zuge dieser Anmeldung Zahnräder mit einer Innenverzahnung und/oder einer Außenverzahnung sowie zylindrische Ringe mit einer Innenverzahnung und/oder Außenverzahnung verstanden.
- Bekannt ist es, zur Verbesserung der Übertragungseigenschaften und zur Vereinfachung der Herstellung der Verzahnungen von den vorstehenden Standardverzahnungen im Bereich des Zahnfußes und/oder des Zahnkopfes abzuweichen. Solche Verzahnungen sind beispielsweise die sogenannte Kreisbogenverzahnung, die Hybridverzahnung oder die IH-Verzahnung. Letztgenannte Verzahnung ist besonders für Spannungswellengetriebe, im Folgenden auch Harmonic-Drive-Getriebe genannt, geeignet, da sie speziell auf die Kinematik des Harmonic Drive-Getriebes optimiert ist.
- Bekannt ist es ferner, von den Standardverzahnungen in der Weise abzuweichen, dass die Zahndicke des einen Zahnrades erhöht und die Zahndicke des mit dem Zahnrad kämmenden Gegenzahnrades soweit verringert wird, dass ein gleichförmiges Einlaufen des Zahnradpaares erzielt und Stöße sowie ein Einklemmen aufgrund statischer Überbestimmtheit der Verzahnung vermieden ist. Das Vergrößern der Zahndicke ist jedoch nur begrenzt möglich. Dies ist darauf zurückzuführen, dass mit Zunahme der Zahndicke die Elastizität des Zahnes abnimmt, so dass beim Kämmen der Zahnräder höhere mechanische Spannungen in den kämmenden Zähnen auftreten. Diese Spannungen können derart hohe Wert annehmen, dass es zu einer Zerstörung des Zahnrades kommt.
- Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Zahnrad zu schaffen, bei welchem die Zahndicke weitgehend unabhängig von den Elastizitätseigenschaften des Zahnrades ist, so dass die Zahndicke des Zahnrades größer und somit auch die Zahndicke des Gegenzahnrades kleiner als bisher dimensioniert werden kann.
- Erfindung und vorteilhafte Wirkungen
- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass mindestens eine Zahnlücke mindestens eine Hinterschneidung aufweist.
- Unter einer Hinterschneidung, die im Folgenden auch als Hinterschnitt bezeichnet wird, ist im Sinne der Erfindung eine hinter einer Eintrittsöffnung befindliche Kontur zu verstehen, welche größer als die Eintrittsöffnung ist. Durch den erfindungsgemäßen Hinterschnitt lassen sich Spannungen im Zahnrad, insbesondere im Zahnfuß beziehungsweise Zahnkopf, minimieren. Durch den Hinterschnitt wird der wirksame Teil der Zahnflanke nicht verändert, so dass die Tragfähigkeit des Zahnrades beziehungsweise die Verzahnung vollständig erhalten bleibt. Dadurch unterscheidet sich der Hinterschnitt wesentlich von dem „gefährlichen" Unterschnitt, welcher ungewollt durch die Werkzeugbewegung hervorgerufen wird und den wirksamen Teil des Fußes beziehungsweise der Fußflanke verkürzt.
- Die Aufgabe wird ferner dadurch gelöst, dass die Zähne im Bereich des Zahnkopfes mindestens eine Hinterschneidung aufweisen. Mittels der Hinterschneidung im Zahnkopfbereich ist es möglich, die Elastizität des Zahnkopfes zu erhöhen, so dass beim Auftreten von Stößen während der Bewegungsübertragung diese durch elastische Deformation des Zahnkopfes quasi federnd aufgenommen werden können und damit die Gefahr der Zerstörung des Zahnkopfes durch die Stöße vermindert ist.
- Je nach Anwendungsfall kann die Hinterschneidung im Bereich des Zahnkopfes zusätzlich zu der Hinterschneidung in der Zahnlücke vorgesehen sein. Auch ist es möglich, dass das Zahnrad entweder die Hinterschneidung in der Zahnlücke oder die Hinterschneidung im Bereich des Zahnkopfes aufweist.
- Durch die erfindungsgemäße Hinterschneidung können Deformationen des Zahnrades, insbesondere im Bereich der Zähne, welche beispielsweise beim Kämmen der Zahnräder auftreten, aufgenommen werden. Mit anderen Worten wird durch die erfindungsgemäße Hinterschneidung die Elastizität des Zahnrades, insbesondere im Bereich der Zähne beziehungsweise des Zahnfußes, erhöht, da die Zahndicke aufgrund des Hinterschnitts verkleinert ist. Dadurch werden beim Kämmen der Zahnräder mechanische Spannungen weitgehend vermieden beziehungsweise soweit herausgenommen, dass die auftretenden Spannungswerte unterhalb des kritischen, zu einer Zerstörung des Zahnrades führenden Spannungsbereichs bleiben. Durch die Hinterschneidung ist es somit möglich, die Zahndicke der Zahnräder auf solche Werte zu vergrößern, welche bisher beim Kämmen der Zahnräder zu Schäden geführt haben. Durch die Hinterschneidung können also die Federeigenschaften des Zahnrades, insbesondere in radialer Richtung, weitgehend unabhängig von der Zahngeometrie festgelegt werden.
- Die erfindungsgemäße Hinterschneidung ist dazu geeignet, eine Verzahnung bereit zu stellen, bei der einerseits das die Hinterschneidungen aufweisende Zahnrad eine große Zahndicke besitzt und das mit diesem kämmende Gegenzahnrad eine entsprechend große Zahnlückenweite und Zähne mit einer geringen Zahndicke aufweist. Beispielsweise ist es möglich, dass der Zahnkopf stark zurückgenommen und der Winkel, in dem das Gegenzahnrad nicht mehr geführt ist, extrem verkleinert wird. Dadurch ist der Überdeckungsgrad zwischen dem Zahnrad und dem Gegenzahnrad erheblich vergrößert, so dass dadurch bereits bei der Getriebeauslegung definiert werden kann, ab welchem Eingriffswinkel eine Zahnführung beziehungsweise Zahneingriff erfolgt beziehungsweise nicht mehr gegeben ist. Bereits durch die Getriebeauslegung kann somit ein so großes Zahnkopfspiel vorgegeben werden, dass ein gleichförmiges Einlaufen der Zahnradpaare erzielt und Stöße sowie ein Klemmen aufgrund statischer Überbestimmtheit vermieden wird. Darüber hinaus ist durch die kleinere Zahngestaltung beim Gegenzahnrad der Volumenanteil des Grundkörpers, relativ zum Zahnvolumen vergrößert, so dass der Grundkörper im Vergleich zu einem Zahnrad ohne die erfindungsgemäßen Hinterschneidungen steifer ist und dadurch höhere Kräfte überträgt.
- Es ist vorgesehen, dass die Hinterschneidung in der Zahnlücke sich in den Grundkörper des Zahnrades erstreckt. Durch die Hinterschneidung kommt es somit auch im Grundkörper, zumindest in dem von der Hinterschneidung erreichten Bereich des Grundkörpers, zu einer Verringerung der mechanischen Spannungen.
- Weiterhin ist es vorgesehen, dass die Hinterschneidung in axialer Richtung des Zahnrades als Durchgangsöffnung ausgebildet ist. Die Hinterschneidung ist dadurch in einfacher Weise, beispielsweise durch Stanzen aber auch Ätzen, herstellbar.
- Ferner ist es vorgesehen, dass die Hinterschneidung in der Zahnlücke symmetrisch bezüglich der Mittelachse der Zahnlücke und die Hinterschneidung im Bereich des Zahnkopfes symmetrisch bezüglich der Mittelachse des Zahnes ausgebildet ist. Dadurch kann trotz dem Vorhandensein der Hinterschneidung eine gleichmäßige Last- beziehungsweise Spannungsverteilung im Zahnrad gewährleistet werden. Darüber hinaus ist durch die Maßnahme die Gefahr einer durch die Hinterschneidung erzeugten Unwucht vermieden.
- Je nach Anwendungsfall kann vorgesehen sein, dass die Hinterschneidung im Querschnitt eckig, rund oder als Freiformfläche ausgebildet ist. Vorzugsweise ist die Hinterschneidung im Querschnitt als Viereck, Polygon oder kreisförmig zu gestalten, da diese Formen in einfacher Weise herstellbar sind.
- Nach einem Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass die Hinterschneidung eine Vielzahl von Kapillaren, beispielsweise zum Bevorraten von Gleitmittel beziehungsweise Schmierstoff, aufweist. Unter Kapillaren sind kapillare Hohlräume zu verstehen, bei denen durch Wirken von Adhäsionskräften ein sich im Hohlraum befindlicher Schmierstoff festgehalten wird. Anstelle von Schmierstoff können alternativ beliebige andere flüssige Medien verwendet werden. Die Kapillare bilden quasi eine Depot für den Schmierstoff. Beim Kämmen kommt es aufgrund der im kämmenden Zahnbereich auftretenden Deformationen auch zu einer Deformation der Kapillaren, wodurch der dort deponierte Schmierstoff aus den Kapillaren nach und nach herausgedrückt wird und in den kämmenden Verzahnungsbereich gelangt. Mittels der Kapillaren kann somit die Verzahnung während des Kämmens der Zahnräder mit Schmierstoff versorgt werden. Die Kapillare können als Röhrchen ausgebildet sein. Ebenso ist eine spaltförmige Ausbildung des kapillaren Hohlraumes möglich.
- Es empfiehlt sich, die Kapillaren so anzuordnen, dass sie sich von dem Hohlraum der Hinterschneidung radial nach außen erstrecken. Durch diese Maßnahme kann eine besonders wirkungsvolle Schmierung der Verzahnung bei Rotation der Zahnräder erreicht werden. Die Kapillare können beispielsweise an eckigen wie auch an runden Querschnitten des Hohlraumes angrenzen.
- Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Hinterschneidung in der Zahnlücke sich mit einem Abschnitt bis in den Zahnfuß erstreckt. Durch diese Maßnahme kann die Elastizität des Zahnrades im Bereich des Zahnfußes weiter erhöht werden. Auch empfiehlt es sich, den Zahnfußabschnitt bezüglich seiner Höhe flach auszubilden, um eine ausreichend tragende Zahnfußfläche realisieren zu können.
- Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Hinterschneidung kreissegmentförmig ausgebildet ist. Dadurch ist es je nach Wölbungsrichtung des Kreissegments möglich, die Hinterschneidung zum einen von der Zahnlücke bis in den Zahn, zumindest bis in den Zahnfuß, zu erstrecken. Zum anderen ist es bei entgegengesetzter Wölbungsrichtung möglich, dass die Hinterschneidung nicht in den Zahn, sondern in den unterhalb des Zahnes liegenden Bereich des Grundkörpers verläuft.
- Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist es vorgesehen, dass die Hinterschneidung sich vom Zahnfuß entlang der Zahnflanke in Richtung des Zahnkopfes erstreckt. Die Hinterschneidung hinterläuft dadurch mindestens einen Teilbereich der Zahnflanke, so dass dadurch die Zahnflanke selbst federnde Eigenschaften erhält. Eine solche federnde Zahnflankengeometrie ist insbesondere im Bereich des Zahnfußes von Vorteil, da es dort beim Kämmen zu einem Anstoßen der Zähne des Gegenzahnrades kommt, welches nun durch die Hinterschneidung beziehungsweise die dadurch erzeugte federnde Zahnflanke vermieden ist.
- Um die Federwirkung im Bereich der Zahnflanke zu verbessern, empfiehlt es sich, die Hinterschneidung im Bereich des seitlichen Endes des Zahnfußabschnittes zu erweitern. Dadurch ist die Zahnflanke im Bereich des Zahnfußes soweit hinterschnitten, dass sie einen in Richtung des Zahninneren elastisch federnder Steg bildet, dessen Ende eine Seite der Öffnung der Hinterschneidung bildet.
- Auch kann alternativ oder ergänzend dazu die Hinterschneidung im Zahnkopf entlang der Zahnflanke angeordnet sein, so dass dadurch die Zahnflanke im Bereich des Zahnkopfes als elastisch federnder Steg vorliegt. Mittels der federnden Zahnflanken beziehungsweise der federnden Stege ist in einfacher Weise ein Ausgleich von etwaigen Herstellungs- und Montagetoleranzen bei den Verzahnungen möglich.
- Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass in dem Hohlraum der Hinterschneidung wenigstens ein Sensor, insbesondere ein Drucksensor, ein Temperatursensor, ein Strömungssensor, ein Schwingungssensor, ein Drehzahlsensor und/oder ein Beschleunigungssensor, angeordnet ist. Es wird die Hinterschneidung also als Bauraum für Sensoren genutzt, wobei je nach Anwendungsfall die Hinterschneidungsgeometrie direkt ein Bestandteil der Sensorgeometrie sein kann. Durch den Sensor ist eine Erfassung unterschiedlicher Betriebsparameter im Betrieb möglich. Mittels des Drucksensors kann beispielsweise die Zahnbelastung bestimmt werden. Als Drucksensoren können hierfür zum Beispiel Dehnungsmessstreifen verwendet werden. Mittels des Temperatursensors ist beispielsweise die Bestimmung der Schmierstofftemperatur und/oder der Zahnflankentemperatur möglich. Die Verwendung des Strömungssensors ermöglicht eine Erfassung der Schmierstoffdosierung. Mittels des Schwingungssensors ist eine Geräuschanalyse möglich, das heißt es können geräuschentwickelnde Schwingungen im Zahnbereich bestimmt werden. Dadurch ist wiederum eine Überwachung des Zahnrades auf mögliche Störungen und Alterungserscheinungen durchführbar, so dass Hinweise auf bevorstehende Wartungen des Zahnrades bzw. Getriebes gegeben werden können.
- Die Drehzahlbestimmung durch des Drehzahlsensors kann beispielsweise mittels optische, kapazitive und/oder induktive Verfahren durchgeführt werden, bei denen beispielsweise die Zahneingriffe gezählt werden. Die Übertragung der Messwerte der Sensoren auf ein Datenerfassungssystem kann beispielsweise kontaktlos durch Oberflächenwellen, das heißt auf der Materialoberfläche sich ausbreitenden akustischen Wellen (survey acustic way-Prinzip), oder Funk erfolgen.
- Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass der Sensor als kapazitiver Sensor ausgebildet ist mit einem, sich innerhalb des Hohlraums erstreckenden und zu Schwingungen anregbaren Wandungsabschnitt des Zahnrades und einem in Abstand dazu angeordneten, gegenüber dem Zahnrad elektrisch isolierten Plattenteil, zwischen welchen gegebenenfalls ein Dielektrikum angeordnet sein kann. Der Sensor ist in diesem Ausführungsbeispiel als Kondensator ausgebildet. Durch den Sensor können beispielsweise Schwingungen des Zahnrades im Bereich der Zähne sowie die Beschleunigung der Schwingungen beim Kämmen erfasst werden. Dies geschieht in der Art und Weise, dass durch die Getriebe- oder Zahnrad-Schwingungen der Wandabschnitt des Sensors seinerseits zu Schwingungen angeregt wird und die dadurch hervorgerufenen Abstandsänderungen des Wandabschnittes zum Plattenteil als Kapazitätsänderungen erfasst werden. Die Messsignale des Sensors können dabei beispielsweise kontaktlos durch Oberflächenwellen oder Funk an ein Datenerfassungssystem übermittelt werden. Um die Kondensatorwirkung des Sensors sicherzustellen, ist das Plattenteil aufzuladen. Dies kann beispielsweise durch eine außerhalb des Zahnrades liegende Spannungsversorgung oder durch eine im Zahnrad angeordnete Spannungsversorgung erfolgen. Auch ist es möglich, dass das Plattenteil permanent aufgeladen ist.
- Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist es vorgesehen, dass die äußere Begrenzung der Hinterschneidung einen Biegebalken bildet. Mittels der äußeren Begrenzung ist es möglich, Deformationen im Zahnbereich, insbesondere im Bereich der Zahnflanke zu erfassen. Dafür ist es vorgesehen, dass der Biegebalken auf seiner Innenseite mit piezoresistivem Material beschichtet ist. Mittels dieses Materials wird die mechanische Verformung des Biegebalkens in ein elektrisches Signal umgewandelt, welches einem Datenerfassungssystem zuleitbar ist.
- Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel ist es vorgesehen, dass die Hinterschneidung wenigstens zwei ineinander greifende Kammelemente zur Erfassung von Zahndeformationen aufweist. Um Deformationen des Zahnes beim Kämmen erfassen zu können, sind die Kammelemente in der Weise in der Hinterschneidung angeordnet, dass eine Deformation des Zahnes mit einer Änderung des Abstandes der Kammelemente zueinander einhergeht. Dadurch sind die sich verändernden Abstände der beiden Kammelemente zueinander oder die Veränderung des Überlappungsbereiches der beiden Kammelemente als Maß für die Deformation des Zahnes zu verwenden.
- Nach einem anderen Ausführungsbeispiel ist es vorgesehen, dass die Hinterschneidung wenigstens ein Kammelement mit Kammfingern unterschiedlicher Länge aufweist. Das Kammelement ist hier in der Weise in der Hinterschneidung angeordnet, dass durch eine Deformation des Zahnes die Kammfinger zu Schwingungen angeregt werden. Aufgrund der unterschiedlichen Längen der Kammfinger werden diese, abhängig von ihrer Eigenfrequenz, unterschiedlich stark angeregt, so dass auf diese Weise beispielsweise eine Frequenzanalyse erfolgen kann.
- Es ist vorgesehen, dass das Kammelement beziehungsweise die Kammelemente mit piezoresitivem Material und/oder kapazitivem Material beschichtet ist beziehungsweise sind Hierdurch ist es möglich, die mechanisch erfasste Verformung des Zahnes beim Kämmen in ein elektrisches Signal umzuwandeln und dann, beispielsweise kontaktlos durch Oberflächenwellen oder Funk, an ein Datenerfassungssystem weiterzugeben.
- Von Vorteil ist, wenn die Kammelemente im Zahnfuß und/oder entlang der Zahnflanke angeordnet sind. Sie sind dort unmittelbar den Orten des Zahnes zugeordnet, welche beim Kämmen eine hohe Belastung erfahren und deren Überwachung sich daher besonders anbietet.
- Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass die Öffnung durch einen als Diaphragma ausgebildeten Steg geschlossen ist. Unter einem Diaphragma ist eine elastisch verformbare dünne Wand (Steg) zu verstehen. Das Diaphragma kann aus dem Zahnrad gebildet sein, so dass es in diesem Fall einstückig mit den die Öffnung begrenzenden Seitenwänden verbunden ist. Dadurch, dass das Diaphragma durch das Kämmen der Zahnräder regelmäßig elastisch deformiert wird, bietet sich deren Einsatz als Antriebselement an. Beispielsweise kann durch die Bewegung des Diaphragmas eine Strömungsbewegung von Schmierstoff erzeugt werden. In diesem Fall nimmt das Diaphragma quasi die Funktion einer Ölpumpe ein. Auch kann beispielsweise die Diaphragmabewegung zur Erzeugung einer elektrischen Spannung genutzt werden, in dem durch die Diaphragmabewegung ein Druck auf einen Piezosensor ausgeübt wird, beispielsweise um eine Spannungsversorgung für in der Hinterschneidung angeordnete Sensoren bereit zu stellen.
- Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass die Hinterschneidung mindestens ein durch Druck betätigbares Durchlasselement aufweist, um beispielsweise während des Kämmens Schmierstoff aus einem Schmierstoffdepot in die Verzahnung zu führen. Durch diese Ausgestaltung der Hinterschneidung kann in einfacher Weise ein Schmierstoffversorgungssystem für die Verzahnung bereit gestellt werden.
- Gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels ist vorgesehen, dass die Hinterschneidung eine Verstelleinrichtung zum Verändern des Flankenwinkels aufweist. In diesem Fall bildet die Hinterschneidung den Bauraum für ein separates Antriebselement, also ein Antriebselement, welches nicht aus dem Material des Zahnrades selbst gebildet ist. Durch die Verstelleinrichtung ist es möglich, die Verzahnungseigenschaften an das jeweils benötigte Antriebsverhalten aktiv anzupassen, in dem beispielsweise zur Steigerung der Steifigkeit des Zahnes der Flankenwinkel vergrößert wird. Auch ist dadurch eine Nachregelung der Zahnflankenkontur zum Ausgleich von Verschleißerscheinungen von außerhalb aktiv möglich. Schließlich kann mittels der Verstelleinrichtung die Position der Zähne zumindest geringfügig verändert werden (Feinpositionierung), so dass eine gezielte Ausrichtung jedes einzelnen Zahnes in der Verzahnung im Hinblick auf optimale Laufeigenschaften möglich ist.
- Es ist vorgesehen, dass die Verstelleinrichtung einen Antrieb, vorzugsweise Piezoantrieb, und mindestens ein mit diesem wirkverbundenes Verstellelement aufweist. Es ist ferner vorgesehen, dass der Antrieb im Bereich des Zahnfußes und das Verstellelement entlang der Zahnflanke angeordnet sind.
- Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass die Hinterschneidung elektrische, optische, magnetische und/oder isolierende Schichten aufweist. Durch das Vorhandensein von magnetischen Schichten ist es beispielsweise möglich, Partikel mit magnetischen Eigenschaften, wie beispielsweise Abriebartikel oder Schmutzpartikel, in der Hinterschneidung zu binden.
- Auch ist es nach einem weiteren Ausführungsbeispiel vorgesehen, dass die Hinterschneidung als Angussstelle, beispielsweise bei der Herstellung des Zahnrades durch Spritzgießen ausgebildet ist. Dadurch kann beim Spritzgießen des Zahnrades sichergestellt werden, dass der Anguss unterhalb des Zahneingriffes gezielt innerhalb des Bereichs der Hinterschneidung abbricht. Die Hinterschneidung ermöglicht es, dass das Zahnrad radial angespritzt werden kann, wodurch das Formfüllverhalten – gerade bei sehr dünnen Wandstärken des Zahnrades und hohem Aspektverhältnis aufgrund der kurzen Fließwege verbessert ist. Unter Aspektverhältnis wird vorliegend das Verhältnis von der Zahnbreite (Zahnausdehnung in axialer Richtung) zur Ringdicke bezüglich der Stirnfläche des Zahnrades verstanden.
- Es ist vorgesehen, dass die Hinterschneidung im Bereich des Zahnkopfes wie auch die Hinterschneidung in der Zahnlücke durch photolithographische Verfahren, Ätzverfahren, Räumverfahren, Erodierverfahren, Stanzen und/oder Urformverfahren hergestellt wird.
- Ausführungsbeispiele
- Weitere Ziele, Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger sinnvoller Kombination den Gegenstand der vorliegenden Erfindung, auch unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung.
- Es zeigen:
-
1 bis21 verschiedene Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Zahnrades anhand einer schematischen Darstellung des Zahnprofils, -
22 ein Spannungswellengetriebe mit den erfindungsgemäßen Zahnrädern in schematischer Darstellung und -
23 das Zahnprofil der Zahnräder gemäß dem Ausführungsbeispiel nach22 . -
1 zeigt das Zahnprofil eines außenverzahnten Zahnrades1 . Dargestellt sind mehrere am Umfang des Grundkörpers2 des Zahnrades1 nebeneinander angeordnete Zähne3 . Das Zahnrad1 weist jeweils zwischen den Zähnen3 eine Zahnlücke4 auf, in der eine Hinterschneidung5 symmetrisch bezüglich der Mittelachse6 der Zahnlücke4 angeordnet ist. Die Hinterschneidung5 weist eine Eintrittsöffnung7 in der Zahnlücke4 auf, welche ebenfalls symmetrisch bezüglich der Mittelachse6 der Zahnlücke4 angeordnet ist. - Die Hinterschneidung
5 ist in axialer Richtung als (hier nicht dargestellte) gleichförmige Durchgangsöffnung ausgebildet, das heißt sie ist in axialer Richtung an den beiden (hier nicht dargestellten) Endseiten offen. Die Eintrittsöffnung7 ist in axialer Richtung über die gesamte Länge der Hinterschneidung5 ausgebildet. Bei dem hier vorliegenden Ausführungsbeispiel erstreckt sich die Hinterschneidung5 in den Grundkörper2 , wobei der Querschnitt der Hinterschneidung5 als Viereck8 ausgebildet ist. -
2 zeigt das Ausführungsbeispiel gemäß1 , wobei das Zahnrad hier ein innenverzahntes Zahnrad1' ist. Bauteile, die mit denen der1 gleich sind, werden mit gleichen Bezugszeichen versehen; insoweit wird auf die Beschreibung zu1 verwiesen. - Die
3 bis8 zeigen weitere Querschnittsformen der Hinterschneidung5 jeweils für das außenverzahnte Zahnrad1 und das innenverzahnte Zahnrad1' . So kann die Hinterschneidung5 im Querschnitt beispielsweise als Polygon12 (3 und4 ) oder kreisförmig (5 und6 ) ausgebildet sein. Auch ist eine Gestaltung der Hinterschneidung5 quasi als Freiformfläche in einer beliebig wählbaren Querschnittsform möglich. - Gemäß der
7 und8 kann eine solche Freiformfläche beispielsweise kreissegmentförmig ausgebildet sein. In diesem Fall erstreckt sich die Hinterschneidung5 mit seinen beiden von der Mittelachse6 ausgehenden Abschnitten9 und10 jeweils von der Zahnlücke4 bis in den Bereich des (gestrichelt dargestellten) Zahnfußes11 . Die im Querschnitt kreissegmentförmige Hinterschneidung5 ist nach außen gewölbt ausgebildet, das heißt der äußere Teil des jeweiligen Abschnitts9 ,10 der Hinterschneidung5 ist nach innen gerichtet. Die Hinterschneidung5 ist mit den Abschnitten9 und10 im Grundkörper2 angeordnet, wobei sie jeweils im Bereich des seitlichen Endes15 beziehungsweise16 den Zahnfuß11 quasi unterläuft. Die Abschnitte9 beziehungsweise10 sind jeweils bezüglich ihrer Höhe14 flach ausgebildet. - Die
9 und10 zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel des Zahnrades1 beziehungsweise1' . Die Hinterschneidung5 weist hier eine Vielzahl von Kapillaren17 auf. Im Querschnitt des Zahnrades1 gesehen, erstrecken sich die Kapillaren17 von dem durch die Hinterschneidung5 gebildeten Hohlraum18 radial nach außen. In axialer Richtung sind die Kapillare17 als (hier nicht dargestellte) Durchgangsöffnung ausgebildet. Dadurch weist jede Kapillare17 eine sich in axialer Richtung erstreckende Schlitzform auf. - Die Kapillaren
17 ermöglichen eine Speicherung von Schmierflüssigkeit, welche beim Kämmen aufgrund der durch die Hinterschneidung5 stattfindenden Deformation des Zahnes3 aus den Kapillaren17 herausgedrückt wird und zum Schmieren der Verzahnung im gerade kämmenden Bereich dient. - Ein weiteres Ausführungsbeispiel des Zahnrades
1 beziehungsweise1' zeigen die11 und12 . Die in der Zahnlücke4 angeordnete Hinterschneidung5 erstreckt sich hier vom Zahnfuß11 entlang der Zahnflanke19 in Richtung des Zahnkopfes20 . Die Zahnflanke19 ist durch die Hinterschneidung5 quasi in Richtung des Zahnfußes11 als elastisch federnder Steg33 ausgebildet, dessen freies Ende eine Seite der Eintrittsöffnung7 der Hinterschneidung5 bildet. Zusätzlich zu der Hinterschneidung5 in der Zahnlücke4 weist der Zahn3 eine Hinterschneidung5' im Bereich des Zahnkopfes20 auf. Die Hinterschneidung5' ist in axialer Richtung – wie die Hinterschneidung5 – als (hier nicht dargestellte) Durchgangsöffnung ausgebildet. Die Eintrittsöffnung7' der Hinterschneidung5' ist nach außen gerichtet, das heißt sie zeigt vom Zahn3 weg. Die Hinterschneidung5' ist symmetrisch bezüglich der Mittelachse21 des Zahnes3 ausgebildet und weist im Querschnitt eine runde Form auf. - Die Hinterschneidung
5' erstreckt sich bei diesem Ausführungsbeispiel entlang der Zahnflanke19 , so dass quasi durch die Hinterschneidung5' ein von der Mitte der Zahnflanke19 zum Zahnkopf20 sich erstreckender elastisch federnder Steg34 gebildet ist, dessen Ende eine Seite der Eintrittsöffnung7' bildet. Es ist somit durch die Hinterschneidung5 beziehungsweise5' ein Zahn3 geschaffen, dessen Zahnflanke19 im Bereich des Zahnkopfes20 sowie im Bereich des Zahnfußes11 elastisch federnde Eigenschaften aufweist (spielfreie Verzahnung). -
13 zeigt ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Zahnrades1 , bei dem die Hinterschneidung5 einen Teil eines Sensors23 bildet. Die Hinterschneidung5 erstreckt sich hier vom Zahnfuß11 entlang der Zahnflanke19 bis etwa in die Hälfte der Höhe des Zahnes3 , so dass im Bereich des Zahnfußes11 der elastisch federnde Steg33 quasi als Biegebalken gebildet ist. Dabei wird die Deformation des Steges33 durch eine piezoresistive Schicht35 erfasst, welche auf der der Zahnflanke19 zugewandten Seite der Hinterschneidung5 aufgebracht ist. -
14 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem die Hinterschneidung5 – wie in dem Ausführungsbeispiel gemäß13 – ein Bestandteil der Sensorgeometrie ist. In diesem Fall ist der Sensor23 als kapazitiver Sensor ausgebildet. Der Sensor23 weist einen sich innerhalb des Hohlraumes18 erstreckenden und zu Schwingungen anregbaren Wandungsabschnitt37 und einen in Abstand dazu angeordneten Plattenteil38 auf. Zwischen dem Plattenteil38 und der Hinterschneidung5 ist eine elektrische Isolatorschicht39 zur Abschirmung des Plattenteils38 gegenüber dem Zahnrad1 angeordnet. - Eine weiteres Ausführungsbeispiel des Zahnrades
1 ist in den15 und16 dargestellt, in denen zwei ineinandergreifende Kammelemente26 in der Hinterschneidung5 angeordnet sind. Die Kammelemente26 sind aus dem Zahn3 gebildet, das heißt jeweils einstückig mit dem Zahn3 verbunden. - Die Kammelemente
26 sind in15 im Bereich des Zahnfußes11 entlang der Zahnflanke19 angeordnet, so dass durch sie die Bewegung des elastisch federnden Steges33 erfasst werden kann. Dazu sind die Kammfinger71 der Kammelemente26 jeweils etwa in rechtem Winkel zur Zahnflanke19 angeordnet. Bei einer elastischen Bewegung des Steges33 kommt es zu einem relativen Verschieben der Kammfinger71 des einen Kammelementes26 gegenüber den Kammfingern71 des anderen Kammelementes26 , so dass beispielsweise durch die Veränderung der Abstände zwischen den Kammelementen26 der Grad der Deformation der Zahnflanke19 ermittelt werden kann. - In
16 erstreckt sich die Hinterschneidung5 weitgehend nur in dem Bereich des Zahnfußes11 . In der Hinterschneidung5 ist ein Kammelement26' angeordnet, dessen Kammfinger71' jeweils eine unterschiedliche Länge aufweisen. Die Längen der einzelnen Kammfinger71' sind in der Weise gestaltet, dass die Kammfinger71' in der Mittelachse6 der Zahnlücke4 am kürzesten und an dem Ende15 ,16 des Abschnittes9 ,10 der Hinterschneidung5 am längsten sind und über die Länge der Abschnitte9 ,10 ein quasi kreissegmentförmiges Kammprofil erzeugen, welches eine radial nach innen gerichtete Wölbung aufweist. Beim Kämmen des Zahnrades1 werden die Kammfinger, abhängig ihrer Resonanzfrequenz,71' unterschiedlich stark zu Schwingungen angeregt, so dass auf diese Weise eine Frequenzanalyse erfolgen kann. - In
17 ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem die Eintrittsöffnung7 der Hinterschneidung5 durch einen als Diaphragma ausgebildeten Steg27 geschlossen ist. Die Hinterschneidung5 erstreckt sich bis in den Bereich des Zahnfußes11 . Dadurch kommt es beim Kämmen zu einer elastischen Deformation des Zahnfußes11 im Bereich der Hinterschneidung5 , wodurch das Diaphragma eine Bewegung erfährt. Diese Bewegung kann beispielsweise dazu benutzt werden, Schmierstoff zu fördern. In diesem Fall nimmt das Diaphragma quasi die Funktion einer Ölpumpe ein. Auch kann das Diaphragma zur Erzeugung einer elektrischen Spannung genutzt werden, beispielsweise um eine Spannungsversorgung für in der Hinterschneidung5 angeordnete Sensoren bereit zu stellen. -
18 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem die Hinterschneidung5 durch Druck betätigbare Durchlasselemente28 aufweist. Die Hinterschneidung5 erstreckt sich hier von der Zahnlücke4 bis in die Zahnflanke19 , wobei sie durch eine Trennwand49 in zwei radial hintereinander liegende Kammern50 ,51 geteilt ist. DassDurchlasselement28 ist zum einen in der Trennwand49 vorgesehen und zum anderen als zweites Durchlasselement im Bereich der Eintrittsöffnung7 , wobei durch das zweite Durchlasselement28 die Kammer50 nach außen hin verschließbar ist. Die Kammer51 dient bei diesem Ausführungsbeispiel als Depot für Schmierstoff. Die beim Kämmen des Zahnrades1 deformierte Hinterschneidung5 bewirkt ein Öffnen der Durchlasselemente28 , so dass der Schmierstoff aus der Kammer51 in die Kammer50 gelangt und von dort nach außen in die Verzahnung durchgelassen wird. Eine Schmierstoffversorgung der Verzahnung kann dadurch sichergestellt werden. -
19 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem die Hinterschneidung5 sich von der Zahnlücke4 entlang der Zahnflanke19 bis in den Zahnkopf20 erstreckt. In dem durch die Hinterschneidung5 geschaffenen Hohlraum18 ist eine Verstelleinrichtung30 angeordnet. Sie weist einen Antrieb52 auf, der hier als mehrere Piezoschichten aufweisender Piezoantrieb ausgebildet ist und der sich im Bereich des Zahnfußes11 der Hinterschneidung5 befindet. Dieser Antrieb52 erzeugt eine translatorische Bewegung, hier beispielsweise aufgrund einer hervorgerufenen Dickenänderung der Piezoschichten. Mittels des Piezoantriebes und seiner Anordnung im Bereich des Zahnfußes kann die Verstelleinrichtung30 betätigt werden, ohne dass eine separate Spannungsversorgung des Antriebes52 von außerhalb des Zahnrades zu erfolgen hat. Die Spannungsversorgung erfolgt hier alleine aufgrund des Piezoprinzips, bei dem die mechanische Deformation des Zahnrades ausgenutzt wird. Die Verstelleinrichtung30 weist ferner ein Verstellelement53 auf, welches mit dem Antrieb52 verbunden ist. Das Verstellelement53 ist baumartig aufgebaut, das heißt an einem verschiebbaren Hauptträger54 befinden sich jeweils auf beiden Seiten in Reihe angeordnete Verstellstege55 , welche gelenkig mit dem Hauptträger54 verbunden sind. Über den Antrieb52 wird der Hauptträger54 translatorisch in Richtung des Zahnkopfes20 verschoben, wobei dadurch die sich gegen die Seitenwandungen der Hinterschneidung5 abstützenden Verstellstege55 in ihrem Winkel zum Hauptträger54 derart verändert werden, dass es zu einem Aufrichten der Verstellstege55 gegenüber dem Hauptträger54 kommt und sich die Zahndicke vergrößert. In gleicher Weise ist durch entsprechendes Bewegen des Hauptträgers54 in die andere Richtung ein Schrägstellen der Verstellstege55 zum Hauptträger54 möglich, wodurch sich die Zahndicke verringert. - Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel kann es vorgesehen sein, dass die Hinterschneidung
5 gleichzeitig eine Kombination aus elektrisch, optisch oder magnetisch leitenden und isolierenden Schichten enthält. Das Ausführungsbeispiel gemäß20 zeigt beispielsweise eine in der Hinterschneidung5 angeordnete Schicht32 , welche sich aus zwei aufeinander liegenden Einzelschichten56 ,57 zusammensetzt, von denen die eine Einzelschicht56 elektrisch leitend und die andere Einzelschicht57 elektrisch isolierend wirkt. Die Hinterschneidung5 ist hier entlang der Zahnflanke19 bis in den Zahnkopf20 ausgebildet. In der Hinterschneidung5 ist jeweils auf der der Zahnflanke19 zugewandten Seite wie auch auf der gegenüberliegenden Seite eine solche Schicht32 angeordnet, wobei die elektrisch isolierende Einzelschicht57 jeweils mit der Wandung der Hinterschneidung5 in Berührungskontakt steht, so dass sich die elektrisch leitenden Einzelschichten56 gegenüberstehen. -
21 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem die Hinterschneidung5 als Angussstelle, beispielsweise bei einer Herstellung des Zahnrades durch Spritzgießen, ausgebildet ist. Mittels der Hinterschneidung5 wird in diesem Fall beim Spritzgießen des Zahnrades1 sichergestellt, dass der Anguss unterhalb des Zahneingriffes gezielt im Bereich der Hinterschneidung5 abbricht, also dort ein Angussabriss70 erzeugt wird. -
22 zeigt ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Zahnrades in einem Harmonic Drive-Getriebe beziehungsweise Spannungswellengetriebe80 . Das Spannungswellengetriebe80 weist einen Circular Spline40 und einen Dynamic Spline41 auf, wobei der Circular Spline40 gehäusefest und der Dynamic Spline41 mit einer (hier nicht dargestellten) Abtriebswelle verbindbar ist. Ferner weist das Spannungswellengetriebe80 einen Flexspline42 auf, der mit einer Außenverzahnung45 und einer Innenverzahnung46 versehen ist und bei dem ein Außenumfangsabschnitt43 jeweils mit dem Circular Spline40 und dem Dynamic Spline kämmt. - Weiterhin weist das Spannungswellengetriebe
80 einen Wave Generator44 auf, welcher ein mit einer (hier nicht dargestellten) Antriebswelle verbindbares Sonnenrad47 und zwei über den Umfang des Sonnenrades47 angeordnete Planetenräder48 enthält, wobei die Planetenräder48 zum Erzeugen einer umlaufenden Welle jeweils mit dem Sonnenrad47 und dem Flexspline42 kämmen. - Der Flexspline
42 ist ein dünnwandiger, verformbarer Ring mit Außenverzahnung. Der Circular Spline40 ist ein zylindrischer Ring mit Innenverzahnung, der mehr Zähne besitzt als der außenverzahnte Flexspline42 . Der Dynamic Spline41 ist schließlich ein zylindrischer Ring mit Innenverzahnung, der die gleiche Zähnezahl wie der Flexspline42 hat. - Zur Verdeutlichung der Zahnform der jeweiligen Zahnräder des Spannungswellengetriebes
80 ist in23 jeweils ein Segment der Zahnräder des Spannungswellengetriebes80 dargestellt. Die Zähne3 des Flexsplines42 weisen eine geringe Zahndicke und eine große Zahnlückenbreite auf. Dadurch ist die Ringdicke des Flexsplines42 verstärkt und der Flexspline42 ist als Bauteil steifer, so dass größere Drehmomente über ihn übertragen werden können. - Der Circular Spline
40 und der Dynamic Spline41 weisen in jeder Zahnlücke4 eine Hinterschneidung5 auf. Die Hinterschneidung5 ist jeweils im Querschnitt rund ausgebildet. Bei dem hier vorliegenden Ausführungsbeispiel beträgt der Radius des runden Hohlraums der Hinterschneidung5 0,12 mal dem Verzahnungsmodul, wobei die Breite der Hinterschneidung, das heißt der Abstand der von der Mittelachse der Zahnlücke ausgehenden Abschnittsenden, 0,23 mal dem Verzahnungsmodul beträgt. Darüber hinaus liegt die Höhe der Hinterschneidung5 , das heißt die Erstreckung der Hinterschneidung in den Grundkörper2 , in einem Bereich zwischen 0,2 mal Verzahnungsmodul und 0,35 mal Verzahnungsmodul, wobei die Größe der Eintrittsöffnung zwischen 0,15 mal Verzahnungsmodul und 0,3 mal Verzahnungsmodul liegt. - Bei dem mit der Innenverzahnung
46 des Flexsplines42 kämmenden Planetenrad48 ist ebenfalls eine Hinterschneidung5 in der Zahnlücke4 vorgesehen. Die Hinterschneidung5 ist hier im Querschnitt länglich ausgebildet und erstreckt sich mit seinen Abschnitten in Richtung des Zahnfußes11 . - Dadurch, dass die Zahnhöhe der Flexspline vergrößert ist, wird der Überdeckungsgrad zwischen den Zähnen des Flexsplines
42 und den Zähnen des Cirular Splines40 sowie zwischen den Zähnen des Flexsplines42 und den Zähnen des Dynamic Splines41 verlängert. Es sind somit mehr Zähne im Eingriff, wodurch die Übertragungsgenauigkeit und die Drehmomentkapazität verbessert werden. Aufgrund der höheren Steifigkeit, des größeren Überdeckungsbereichs und der größeren Zahnhöhe muss der Flexspline42 mit wesentlich höheren Kräften stärker deformiert werden, bis er außer Zahneingriff beim Dynamic Spline41 oder dem Circular Spline40 kommt. Somit wird die Ratchetingkapazität, das heißt die Überlastfähigkeit des Getriebes gesteigert. - Durch die geringe Zahndicke der Zähne des Flexsplines
42 ergibt sich eine große Zahnlücke und ein kleinerer Pressungswinkel. Dadurch kann die Ringdicke des Flexsplines42 vergrößert werden, wodurch wiederum seine Steifigkeit ansteigt und seine Drehmomentbelastbarkeit zunimmt. - Durch die lokale Zahnfußfreimachung im Dynamic Spline
41 und im Circular Spline40 kann der Winkel, ab dem die Zähne des Flexsplines42 keine Berührung mit den Zähnen des Circular Splines40 und den Zähnen des Dynamic Splines41 haben, bestimmt und minimiert werden. Dadurch steigt der Überdeckungsgrad zwischen Flexspline42 und Dynamic Spline41 beziehungsweise zwischen Flexspline42 und Circular Spline40 , wodurch der Anteil an Zähnen, der gleichzeitig in Zahneingriff ist, zunimmt. Es wird der Flexspline42 in einem größeren Bereich durch den Circular Spline40 und den Dynamic Spline41 geführt und somit die Geometrie der Deformation des Flexsplines42 in einem größeren Bereich vorgegeben. Eine Zahnfußfreimachung zwischen den kämmenden Zahnrädern ist notwendig, damit kein statisch überbestimmter Zustand entsteht und der Zahnkopf des Flexsplines42 nicht auf den Zahnfuß des Dynamic Splines41 beziehungsweise des Circular Splines40 stößt. -
- 1
- außenverzahntes Zahnrad
- 1'
- innenverzahntes Zahnrad
- 2
- Grundkörper
- 3
- Zahn
- 4
- Zahnlücke
- 5
- Hinterschneidung
- 5'
- Hinterschneidung
- 6
- Mittelachse der Zahnlücke
- 7
- Eintrittsöffnung
- 7'
- Eintrittsöffnung
- 8
- Viereck
- 9
- Abschnitt
- 10
- Abschnitt
- 11
- Zahnfuß
- 12
- Polygon
- 13
- Kreis
- 14
- Höhe
- 15
- Ende
- 16
- Ende
- 17
- Kapillare
- 18
- Hohlraum
- 19
- Zahnflanke
- 20
- Zahnkopf
- 21
- Mittelachse des Zahnkopfes
- 22
- Kreis
- 23
- Sensor
- 24
- piezoresistiver Sensor
- 25
- seismischer Sensor
- 26
- Kammelemente
- 26'
- Kammelement
- 27
- Steg, Diaphragma
- 28
- Durchlasselement
- 29
- Schmierstoffdepot
- 30
- Verstelleinrichtung
- 31
- Flankenwinkel
- 32
- Schichten
- 33
- Steg
- 34
- Steg
- 35
- piezoresistive Schicht
- 37
- Wandungsabschnitt
- 38
- Plattenteil
- 39
- Isolatorschicht
- 40
- Circular Spline
- 41
- Dynamic Spline
- 42
- Flexspline
- 43
- Außenumfangsabschnitt
- 44
- Wave Generator
- 45
- Außenverzahnung
- 96
- Innenverzahnung
- 47
- Sonnenrad
- 48
- Planetenrad
- 49
- Trennwand
- 50
- Kammer
- 51
- Kammer
- 52
- Antrieb
- 53
- Verstellelement
- 54
- Hauptträger
- 55
- Verstellsteg
- 56
- Schicht
- 57
- Einzelschicht
- 70
- Angussabriss
- 71
- Kammfinger
- 71'
- Kammfinger
- 80
- Spannungswellengetriebe
Claims (35)
- Zahnrad (
1 ,1' ) für Getriebe, insbesondere Spannungswellengetriebe, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Zahnlücke (4 ) mindestens eine Hinterschneidung (5 ) aufweist. - Zahnrad für Getriebe, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zähne (
3 ) im Bereich des Zahnkopfes (20 ) mindestens eine Hinterschneidung (5' ) aufweisen. - Zahnrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Hinterschneidung (
5 ) in den Grundkörper (2 ) des Zahnrades (1 ,1' ) erstreckt. - Zahnrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Hinterschneidung (
5 ,5' ) als Durchgangsöffnung durch das Zahnrad (1 ,1' ) erstreckt. - Zahnrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hinterschneidung (
5 ,5' ) symmetrisch bezüglich der Mittelachse (6 ) der Zahnlücke (4 ) oder der Mittelachse (21 ) des Zahnes (3 ) ausgebildet ist. - Zahnrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hinterschneidung (
5 ,5' ) im Querschnitt eckig, vorzugsweise als Viereck (8 ) oder Polygon (12 ), ausgebildet ist. - Zahnrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Hinterschneidung (
5 ,5' ) im Querschnitt rund, vorzugsweise kreisförmig ausgebildet ist. - Zahnrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hinterschneidung (
5 ,5' ) eine Vielzahl von Kapillaren (17 ), beispielsweise zum Bevorraten von Schmierstoff, aufweist. - Zahnrad nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kapillaren (
17 ) sich von dem durch die Hinterschneidung (5 ,5' ) gebildeten Hohlraum (18 ) radial nach außen erstrecken. - Zahnrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1, 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Hinterschneidung (
5 ) sich mit einem Abschnitt (9 ,10 ) bis in den Zahnfuß (11 ) erstreckt. - Zahnrad nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Zahnfußabschnitt (
9 ,10 ) bezüglich seiner Höhe (14 ) flach ausgebildet ist. - Zahnrad nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Hinterschneidung (
5 ) sich im Bereich des seitlichen Endes (15 ,16 ) des Zahnfußabschnittes (9 ,10 ) erweitert. - Zahnrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Hinterschneidung (
5 ) kreissegmentförmig ausgebildet ist. - Zahnrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Hinterschneidung (
5 ) sich vom Zahnfuß (11 ) entlang der Zahnflanke (19 ) in Richtung des Zahnkopfes (20 ) erstreckt. - Zahnrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2, 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Hinterschneidung (
5' ) entlang der Zahnflanke (19 ) angeordnet ist. - Zahnrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Hohlraum (
18 ) der Hinterschneidung (5 ,5' ) wenigstens ein Sensor (23 ), insbesondere ein Drucksensor, ein Temperatursensor, ein Strömungssensor, ein Schwingungssensor, ein Drehzahlsensor und/oder ein Beschleunigungssensor, angeordnet ist. - Zahnrad nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (
23 ) als kapazitiver Sensor ausgebildet ist mit einem, sich innerhalb des Hohlraumes (18 ) erstreckenden und zu Schwingungen anregbaren Wandungsabschnitt (37 ) des Zahnrades (1 ,1' ) und einem in Abstand dazu angeordneten, gegenüber dem Zahnrad (1 ,1' ) elektrisch isolierten Plattenteil (28 ), zwischen welchen gegebenenfalls ein Dielektrikum angeordnet ist. - Zahnrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Begrenzung der Hinterschneidung (
5 ,5' ) einen Biegebalken (58 ) bildet. - Zahnrad nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Biegebalken (
58 ) auf seiner Innenseite mit piezoresistivem Material (35 ) beschichtet ist. - Zahnrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hinterschneidung (
5 ,5' ) wenigstens zwei ineinander greifende Kammelemente (26 ) zur Erfassung von Zahndeformationen aufweist. - Zahnrad nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammelemente (
26 ) derart in der Hinterschneidung (5 ,5' ) angeordnet sind, dass eine Deformation des Zahnes (3 ) mit einer Änderung des Abstandes der Kammelemente (26 ) zueinander einhergeht. - Zahnrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Hinterschneidung (
5 ,5' ) wenigstens ein Kammelement (26' ) mit Kammfingern (71' ) unterschiedlicher Länge aufweist. - Zahnrad nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass das Kammelement (
26' ) derart in der Hinterschneidung (5 ,5' ) angeordnet ist, dass durch eine Deformation des Zahnes (3 ) die Kammfinger (71' ) zu Schwingungen angeregt werden. - Zahnrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche 20 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass das Kammelement (
26' ) beziehungsweise die Kammelemente (26 ) mit piezoresistivem Material und/oder kapazitivem Material beschichtet ist beziehungsweise sind. - Zahnrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche 20 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammelemente (
26 ) im Zahnfuß (11 ) und/oder entlang der Zahnflanke (19 ) angeordnet sind. - Zahnrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Eintrittsöffnung (
7 ,7' ) der Hinterschneidung (5 ,5' ) durch einen als Diaphragma ausgebildeten Steg (27 ) geschlossen ist. - Zahnrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hinterschneidung (
5 ,5' ) mindestens ein durch Druck betätigbares Durchlasselement (28 ) aufweist. - Zahnrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hinterschneidung (
5 ,5' ) eine Verstelleinrichtung (30 ) zum Verändern des Flankenwinkels (31 ) aufweist. - Zahnrad nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstelleinrichtung (
30 ) einen eine translatorische Bewegung erzeugenden Antrieb (52 ), vorzugsweise einen Piezoantrieb, und mindestens ein mit diesem wirkverbundenes Verstellelement (53 ) aufweist. - Zahnrad nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb (
52 ) im Bereich des Zahnfußes (11 ) und das Verstellelement (53 ) entlang der Zahnflanke (19 ) angeordnet sind. - Zahnrad nach Anspruch 29 oder 30 dadurch gekennzeichnet, dass das Verstellelement (
53 ) einen mit dem Antrieb (52 ) verbundenen Hauptträger (54 ) und gelenkig mit dem Hauptträger (54 ) verbundene Verstellstege (55 ) aufweist, welche sich gegen die Seitenwandungen der Hinterschneidung (5 ) abstützen und durch eine translatorische Bewegung des Hauptträgers (54 ) relativ zu diesem verschwenkbar sind. - Zahnrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hinterschneidung (
5 ,5' ) elektrisch leitende, optische, magnetische und/oder elektrisch isolierende Schichten (32 ) aufweist. - Zahnrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hinterschneidung (
5 ,5' ) als Angussstelle, beispielsweise bei einer Herstellung des Zahnrades (1 ,1' ) durch Spritzgießen ausgebildet ist. - Zahnrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hinterschneidung durch photolithographische Verfahren, Ätzverfahren, Räumverfahren, Erodierverfahren, Stanzen und/oder Urformverfahren hergestellt ist.
- Zahnradgetriebe, insbesondere Spannungswellengetriebe, gekennzeichnet durch mindestens ein Zahnrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
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Effective date: 20150303 |