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Die
Erfindung betrifft ein Zahnrad nach dem Oberbegriff des Patentanspruches
1.
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Ein
derartiges Zahnrad ist aus
DE
100 58 482 A1 bekannt. Das bekannte Zahnrad beinhaltet zwei
um eine gemeinsame Achse drehbare Radteile, die drehmomentschlüssig miteinander
verbunden sind, und bei einer Drehmomentübertragung im Einbauzustand
in einem Zahnradgetriebe in Umfangsrichtung gegeneinander verspannt
sind. Hierdurch wird Getrieberasseln bei wechselnden Drehmomenten,
welches aufgrund von Zahnflankenspiel auftreten kann, vermieden.
Das Zahnflankenspiel ist aus Fertigungsgründen und wegen abzudeckender
Temperaturunterschiede bei Kaltstart und Betriebstemperatur erforderlich.
Insbesondere Steuerrädertriebe
für den
Antrieb von Ventiltrieben für
Nutzfahrzeugdieselmotoren müssen
ein Zahnflankenspiel aufweisen.
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Zur
Vermeidung der hieraus resultierenden Rasselgeräusche sind beim bekannten Zahnrad
die beiden Radteile untereinander durch elastische und eine innere
Dämpfung
aufweisende Mittel drehmomentschlüssig miteinander verbunden.
Durch Verdrehen der beiden Radteile um einen vorgegebenen Betrag
im Montagezustand wird durch die elastischen Mittel, beispielsweise
in Form eines Elastomers, die im Einbauzustand erwünschte Vorspannung
erzeugt.
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Aus
US 4,660,432 ist es bekannt,
mit Hilfe von in einem der Radteile eingeschraubten Schrauben, die
in abgeschrägte
Löcher
des anderen Radteiles eingreifen, im Montagezustand die beiden Radteile
gegen die Rückstellkraft
von zwischengelegten elastischen Mitteln gegeneinander zu verdrehen.
Dadurch wird die in Umfangsrichtung erzeugte Vorspannung bis zum
Einbauzustand im Zahnradgetriebe aufrechterhalten. Nach Herstellung
des Einbauzustandes im Zahnradgetriebe werden die Schrauben entfernt.
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Die
Herstellung der Verspannung der beiden Radteile in Umfangsrichtung
ist daher relativ aufwendig.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, ein Zahnrad der eingangs genannten Art zu
schaffen, welches mit geringem Aufwand hergestellt werden kann.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die
kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst, wobei
in den Unteransprüchen
vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung angegeben sind.
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Bei
der Erfindung haben die beiden Radteile eine Schrägverzahnung
und sind durch in axialer Richtung entlang einer axialen Verspannungsstrecke wirkende
Federkraft, welche in einfacher Weise mittels Tellerfedern hergestellt
werden kann, gegeneinander verspannt. Im Einbauzustand, insbesondere
in einem Zahnradgetriebe ist wenigstens eines der beiden Radteile
entlang der axialen Verspannungsstrecke durch Schrägverzahnungseingriff
gegenüber
der gemeinsamen Achse mit oder ohne Führung auf einer Achse geführt. Bei
der Ausführung
als Welle muss eine Formverbindung der beiden Radteile mit der Welle
bestehen, damit ein Drehmoment eingeleitet oder ausgeleitet werden
kann. In beiden Fällen
ist das wenigstens eine der beiden Radteile innerhalb der axialen
Verspannungsstrecke in axialer Richtung verschiebbar gelagert.
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Bei
der Erfindung ist es nicht erforderlich, die Verspannung der beiden
Radteile in Umfangsrichtung vom Montagezustand bis zum Einbauzustand im
Zahnradgetriebe durch zusätzliche,
wieder zu entfernende Hilfsmittel aufrechtzuerhalten. Durch die Schrägverzahnung
der beiden Radteile die im Zusammengeschobenen Zustand eine identisch
ausgebildete Schrägverzahnung
aufweisen, lässt
sich die Schrägverzahnung
bei Eingriff in die Schrägverzahnung
eines oder mehrerer Getriebezahnräder zur schrägen Führung entlang
der axialen Verspannungsstrecke zur Erzeugung der Verspannung der Radteile
gegeneinander in Umfangsrichtung ausnützen. Die in axialer Richtung
wirkende Federkraft, welche beispielsweise durch die Tellerfedern
erzeugt wird, wird dabei in die Gegeneinanderverspannung der Radteile
in Umfangsrichtung umgesetzt. Auf diese Weise wird ein Zahnflankenschlagen
bei schwellenden Drehmomenten und Wechseldrehmomenten vermieden.
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Zur
Ausbildung des Zahnrades als Zwischenrad in einem Zahnradgetriebe
können
die beiden Radteile drehbar auf einer feststehenden Achse, beispielsweise
mittels Wälzlager
oder einer Gleitlagerung drehbar gelagert sein. Bei der Drehmomentübertragung
mit Hilfe einer Welle kann eines der beiden Radteile sowohl drehfest
als auch in axialer Richtung fest mit der Welle verbunden sein,
während
das andere Radteil drehbar und in axialer Richtung verschiebbar,
vorzugsweise jedoch auch auf der Welle zwangsgeführt und axial verschiebbar,
auf der Welle gelagert sein kann.
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In
allen Fällen
sind entsprechende Werkzeuge für
den Einbau vorzusehen, so dass beim Einbau die Außenverzahnung
im Moment des Eingriffes in ein Getriebezahnrad nicht verschoben
ist.
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Die
Erfindung eignet sich insbesondere in Steuerrädertrieben und Schaltgetrieben,
bei denen ein Zahnflankenspiel erforderlich ist, insbesondere bei
Nutzfahrzeugen.
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Anhand
der Figuren wird an Ausführungsbeispielen
die Erfindung noch näher
erläutert.
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Es
zeigt
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1 in
schnittbildlicher Darstellung ein Ausführungsbeispiel der Erfindung
mit Wälzlagern;
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2 in
schnittbildlicher Darstellung ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung
mit Gleitlagerung;
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3 in
schnittbildlicher Darstellung ein Ausführungsbeispiel der Erfindung
mit Zwangsführung;
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4 in
perspektivischer Darstellung die Welle aus 3;
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5 in
perspektivischer Darstellung ein Ausführungsbeispiel der Erfindung;
und
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6 eine
schematische Darstellung zur Erläuterung
der Wirkungsweise der Erfindung.
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Die
in den 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiele
zeigen Zahnräder 10,
die auf einer feststehenden Achse 16 drehbar gelagert sind. Die
beiden Radteile 11, 12 sind durch eine in axialer Richtung
wirkende Federkraft entlang einer axialen Verspannungsstrecke V
gegeneinander verspannt. Zur Erzeugung der axial wirkenden Federkraft
sind zwei Tellerfedern 14 vorgesehen, die in entgegengesetzten
axialen Richtung auf die beiden Radteile 11, 12 wirken.
Die beiden Tellerfedern 14 sind hierzu aneinander abgestützt.
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Beim
Ausführungsbeispiel
der 1 sind die beiden Radteile 11, 12,
welche jeweils eine Schrägverzahnung 15a, 15b (5)
aufweisen, drehbar auf einer feststehenden Achse 16 mit
Wälzlagern 19 gelagert.
Die Schrägverzahnungen 15a und 15b befinden
sich auf außen
liegenden kreiszylindrischen Mantelflächen. Die beiden Radteile 11, 12 sind
in ihren axialen Abmessungen gleich ausgebildet. Es ist jedoch auch
möglich,
die beiden Radteile unter schiedlich in ihren axialen Abmessungen
auszubilden. Die beiden Radteile 11, 12 sind drehbar über Wälzlager 19 um
die gemeinsame Achse 13 auf der Achse 16 gelagert.
Mindestens eines der beiden Radteile ist in axialer Richtung innerhalb
der axialen Verspannungsstrecke V auf der Achse 16 verschiebbar
gelagert. Die axiale Verspannungsstrecke V, welche als axialer Abstand
zwischen den beiden Radteilen 11, 12 vorliegt,
ist durch einen auf der Achse 16 geformten Anschlag 21 und
einen Distanzring 33 bestimmt. Die Außenringe der Wälzlager 19 werden durch
Scheiben 20 und die Federkraft der Tellerfedern 14 gehalten.
Für die
Ausrichtung der Zahnradteile 11, 12 zueinander
nach dem Zusammenbau ist ein Werkzeug vorzusehen, das die Verzahnungen 15a und 15b so
zueinander stellt, dass bei einer axialen Verschiebung von V = 0
die genannten Verzahnungen keinen Versatz aufweisen. Dadurch kann dann
beim Einbau des Zahnrades 10 in z. B. ein Steuerrädergetriebe
durch Zusammendrücken
der beiden Radteile 11, 12 eine einfache Montage
erfolgen. Das in der 1 dargestellte Ausführungsbeispiel
eignet sich nur als Zwischenrad in einem Zahnradgetriebe.
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Die 2 zeigt
ein Ausführungsbeispiel
als Zwischenrad 10 in Gleitlagerausführung.
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Aus
den Gründen
von Geräuscherzeugung und
einer billigeren Ausgestaltung, ist eine Gleitlagerung der Radteile 11, 12 auf
der Achse 16 oft die bessere Lösung. In diesem Fall ist eine
Schmierölversorgung 34,
vorzugsweise mit unter Druck stehendem Öl vorzusehen. Dabei sind Erkenntnisse
aus der Gleitlagertechnik, was beispielsweise die Werkstoffauswahl
der Achse 16 und die Stelle der Einbringung des Schmieröls, zu beachten.
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Durch
die Schrägverzahnung 15a, 15b wird erreicht,
dass sich die beiden Radteile 11, 12, wenn die
Radteile 11, 12 in ein anderes Zahnrad eingreifen, sich
gegeneinander verdrehen und zwar so viel, bis durch die axiale Verschiebung „V" ein Verdrehmaß erreicht
ist, das dem Flankenspiel VR entspricht.
Zum axialen verschieben der Radteile 11, 12 ist
im Innenraum der beiden Radteile 11, 12, mindestens
eine Tellerfeder 14, besser mehrere Tellerfedern 14,
angeordnet.
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Die
in den 1 und 2 dargestellte Ausgestaltung
des Zahnrades 10 hat nur das Getriebezahnrad 26 (6),
mit dem es in Eingriff steht, als Führung der Verdrehung der beiden
Radteile 11, 12 zueinander über die Zahneingriffe 15a, 15b.
Veränderungen
der Verdrehungen der beiden Radteile 11, 12 zueinander
müssen
deshalb über
Vorspannkräfte, die
vorzugsweise über
Tellerfedern 14 erzeugt werden, erfolgen. Im Betrieb haben
diese Vor spannkräfte
Reibungskräfte
bei Verdrehung der beiden Radteile 11, 12 zur
Folge. Die Reibungskräfte
entstehen an den Anlagestellen der Tellerfeder(n) 14. Weiterhin entsteht
durch die Axialkraft zusätzliche
Reibung im Zahneingriff. Die genannten Reibungskräfte sind
erwünscht,
da sie dämpfend
auf das ganze Antriebssystem wirken und die Ausgestaltung nach 1 und 2 in
besonderem Maße
sinnvoll machen.
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Allerdings
muss der Ausgestaltung und Anordnung der Tellerfeder(n) 14 größte Sorgfalt
gewidmet werden.
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Für den Einbau
des Rades 10 in ein Getriebe bzw. in einen Radtrieb ist
ein Werkzeug vorzusehen, damit die axiale Verschiebung auf V = 0
wird und die Verzahnung 15a, 15b nicht zueinander
versetzt ist.
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Die 3 zeigt
ein durch eine Welle 17 oder Achse 17 zwangsgeführtes, axial
geteiltes Zahnrad 10 mit Schrägverzahnung 15a, 15b.
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Die
Zwangsführung 18 der
Zahnradteile 11, 12 erfolgt über eine gerade Kerbverzahnung 27, 30 oder
Keilverzahnung 27, 30 in beispielsweise zwei Bereichen
auf der Achse 17 oder Welle 17. Die genannten
Verzahnungen müssen
in einem Arbeitsgang hergestellt werden, so dass sie miteinander „fluchten".
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Die
Zahnradteile 11, 12 weisen eine zur Verzahnung
auf der Welle 17 passende Innenverzahnung 28 auf.
Mindestens ein Zahnradteil der beiden Zahnradteile 11, 12 muss
auf der Achse 17 oder Welle 17 verschiebbar sein,
im angegebenen Beispiel das Zahnradteil 11.
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Die
Außenverzahnungen 15a, 15b müssen so
der Zwangsführung 18 zugeordnet
sein, dass bei horizontalem Abstand V = 0 die Verzahnungen 15a, 15b stossfrei
und ohne radialen Versatz VR sind. Für die Praxis
heißt
dies, dass mittels einer Aufnahmevorrichtung, die die Verzahnung
der Welle oder Achse aufweist, und bei der die Zahnradteile axial
miteinander verspannt sind (V = 0), die Außenverzahnung gefertigt werden
muss. Es können
aber auch, bei einer entsprechend genauen Vorrichtung, die Zahnradteile 11, 12 einzeln
gefertigt werden.
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Durch
die gerade Zwangsführung 18 wird
bei einem Auseinanderrücken
V > 0 der Zahnradteile 11, 12,
ein Versatz der Schrägverzahnungen 15a, 15b zueinander
erreicht. Im betrieblichen Einsatz wird dadurch das Flankenspiel
zu einem weiteren Zahnrad ausgeglichen. Bei Drehmomenten – Nulldurchgang oder
bei Wechseldrehmomenten wird somit das Klappern, das durch den Wechsel
der Anlage der Zahnradflanken in Verbindung mit einem Flankenspiel
auftritt, wirkungsvoll verhindert.
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Mit
den vorgesehenen Tellerfedern 14 kann eine entsprechende
Axialkraft, mit der die beiden Zahnradteile 11, 12 auseinander
gedrückt
werden, erreicht werden. Es kann aber auch nur eine Tellerfeder 14 verwendet
werden, was eine größere axiale Steifigkeit über den
Weg ergibt. Es können
aber auch zwei hintereinander geschaltete Tellerfedern 14,
die dann gleichgerichtet angeordnet sind, verwendet werden, was
eine noch größere axiale
Steifigkeit ergibt.
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Vorzugsweise
ist das Zahnradteil 12 als nicht axial beweglich ausgeführt, d.
h. das Zahnradteil 12 ist beispielsweise mittels eines
Press- oder Schrumpfsitzes am Durchmesser d1 und am Anschlag 21 axial
fixiert. Das Zahnradteil 11 muss dann am Durchmesser d2
mittels eines Gleitsitzes axial beweglich gelagert sein. Die axiale
Verschiebung V, wie sie in der 3 dargestellt
ist, ist die maximal mögliche
axiale Verschiebung V. Mit dem Distanzring 33 ist die axiale
Verschiebung V einstellbar.
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Die
Welle 17 oder Achse 17 muss in einem Gehäuse, z.
B. dem Kurbelgehäuse
eines Dieselmotors, drehbar gelagert sein. Die genannte Lagerung muss
zur Aufnahme von Axialkräften,
die aus der Schrägverzahnung
des Zahnrades 10 entstehen, ein Festlager aufweisen.
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Die 4 zeigt
die Welle 17 oder die Achse 17. Die Verzahnungen 27, 30 sind
Keilverzahnungen 27, 30. Der Anschlag 21 ist
Anschlag für
das Zahnradteil 12, das vorzugsweise axial auf der Welle 17 oder
Achse 17 fixiert ist.
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Die 5 zeigt
das Zahnrad 10 in perspektivischer Ansicht. Durch die axiale
Verschiebung V wird durch die Schrägverzahnung 15, 16 eine
Radiale Verschiebung VRmax erzeugt.
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Die 6 zeigt
das Zahnrad 10 im Eingriff mit einem weiteren Zahnrad 26.
Zwischen dem Zahnradteil 11 und der Schrägverzahnung 15a und
dem Zahnradteil 12 und der Schrägverzahnung 15b tritt infolge
der axialen Verschiebung V ein Versatz VR der beiden
Verzahnungen 15a und 15b auf, der dem Flankenspiel
der Radpaarung entspricht.
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- 10
- Zahnrad
- 11,
12
- Zahnradteile
- 13
- gemeinsame
Achse
- 14
- Tellerfeder
- 15a,
15b
- Schrägverzahnungen,
außen
- 16
- feststehende
Achse
- 17
- drehbare
Achse oder Welle
- 18
- Verzahnungsführung
- 19
- Wälzlager
- 20
- Scheibe
- 21
- axialer
Anschlag
- 22,
23
- benachbarte
Zähne
- 24,
25
- Drehrichtungen
- 26
- Getriebezahnrad
- 27
- gerade
Kerb- oder Keilverzahnung auf der Welle oder Achse
- 28
- gerade
Kerb- oder Keilverzahnung im Zahnrad
- 30
- gerader
Kerb- oder Keilverzahnungsteil für
das Zahnradteil 12
- 31
- Buchse
- 32
- Schraube
- 33
- Distanzring
- 34
- Schmierölversorgung
- V
- axiale
Verschiebung
- VRmax
- radiale
Verschiebung, maximal
- VR
- radiale
Verschiebung im Betrieb
- d1
- Durchmesser
- d2
- Durchmesser