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Die Erfindung betrifft ein Zahnrad nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
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Beispielhaft ist aus der
DE 100 58 482 A1 ein Zahnrad bekannt. Das 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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Ferner ist aus der
FR 2 130 894 A5 ein Zahnrad mit zwei Radteilen bekannt. Ein Radteil ist dabei als Bestandteil einer Achse ausgebildet. Das zweite Radteil ist mit einer Drehsicherung gegen Drehbewegung in Umfangsrichtung und in axialer Richtung verschiebbar auf dieser Achse angeordnet. Eine Relativbewegung der Radteil relativ zur Achse ist damit nicht möglich.
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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, die vorgenannten Nachteile zu beseitigen und 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 mittels mindestens einer Tellerfeder hergestellt ist, 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 durch die mindestens eine Tellerfeder 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
- 1 in schnittbildlicher Darstellung ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit Wälzlagern;
- 2 in schnittbildlicher Darstellung ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung mit Gleitlagerung;
- 3 in schnittbildlicher Darstellung ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit Zwangsführung;
- 4 in perspektivischer Darstellung die Welle aus 3;
- 5 in perspektivischer Darstellung ein Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
- 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 entgegengesetzt axialer 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 unterschiedlich 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 15 a und 15 b 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 15 a, 15 b. 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 Vorspannkräfte 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 15 a, 15 b.
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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 15 a, 15 b müssen so der Zwangsführung 18 zugeordnet sein, dass bei horizontalem Abstand V = 0 die Verzahnungen 15 a, 15 b 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 15 a, 15 b 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 15 a und dem Zahnradteil 12 und der Schrägverzahnung 15 b tritt infolge der axialen Verschiebung V ein Versatz VR der beiden Verzahnungen 15 a und 15 b auf, der dem Flankenspiel der Radpaarung entspricht.
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Bezugszeichenliste
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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
