DE102009058378A1

DE102009058378A1 - Verzahnungsanordnung mit radialer Verspannung

Info

Publication number: DE102009058378A1
Application number: DE102009058378A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Nitsch
Original assignee: Getrag Ford Transmissions GmbH
Current assignee: Getrag Ford Transmissions GmbH
Priority date: 2009-12-15
Filing date: 2009-12-15
Publication date: 2011-06-16
Anticipated expiration: 2029-12-16
Also published as: DE102009058378B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Zahnrad für ein Getriebe, umfassend einen Innenring 3 mit einer Drehachse A; einen Außenring 4, der koaxial zur Drehachse A des Innenrings 3 angeordnet ist und eine Außenverzahnung 5 aufweist, in die ein ausschließlich zweites Zahnrad 35 mit einer Gegenverzahnung 5 eingreifen kann; und zumindest ein elastisches Element 6, das zwischen dem Innenring 3 und dem Außenring 4 angeordnet ist; wobei der Außenring 4 über das zumindest eine elastische Element 6 radial gegenüber dem Innenring 3 abgestützt ist, so dass die Außenverzahnung 5 gegenüber der Gegenverzahnung 36 radial elastisch vorspannbar ist. Die Erfindung betrifft ferner eine Verzahnungsanordnung mit einem solchen Zahnrad.

Description

Die Erfindung betrifft eine Verzahnungsanordnung mit einem ersten Zahnrad und mit einem zweiten Zahnrad insbesondere für den Einsatz in einem Getriebe eines Kraftfahrzeugs.
Verzahnungsanordnungen der genannten Art zwischen zwei Zahnrädern sind für den Einsatz in Getrieben von Kraftfahrzeugen allgemein bekannt. Dabei ist zwischen den Verzahnungen der beiden miteinander kämmenden Zahnräder üblicherweise ein Zahnflankenspiel vorgesehen. Bei höherfrequenten Anregungen auf einer Antriebsseite kann es zu ungewünschten Geräuschen kommen, welche durch das zwischen den miteinander kämmenden Zahnrädern vorgesehene Zahnflankenspiel entsteht.
Aus der DE 20 2008 010 745 U1 ist eine rasselfreie Bauteilpaarung bekannt. Diese umfasst ein erstes Zahnrad mit einer ersten Außenverzahnung und ein zweites Zahnrad mit einer zweiten Außenverzahnung, die mit der ersten Außenverzahnung in Eingriff steht. Dem ersten Zahnrad ist ferner ein Zahnkranz zugeordnet, der über ein Radialfederelement an einem Ringvorsprung des ersten Zahnrads abgestützt und ebenfalls mit dem zweiten Zahnrad in Eingriff ist. Der Zahnkranz wird von dem Radialfederelement in radialer Richtung in die Verzahnung des zweiten Zahnrads gedrückt.
Aus der DE 10 2004 037 939 A1 ist ein Getriebezahnrad bekannt, das zur Verringerung des Zahnflankenspiels Zähne aufweist, die bei Überschreiten eines Mindestdrehmomentes entgegen einer Rückstellkraft relativ zu den Zähnen des zweiten Zahnrades beweglich sind. Ferner weisen die Zähne ein Übermaß gegenüber den Zähnen des zweiten Zahnrades auf. Hierfür bestehen die Zähne des ersten Zahnrades aus zwei jeweils eine Zahnflanke aufweisenden Zahnteilen, die durch einen radialen Schlitz getrennt und dadurch elastisch verformbar sind.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verzahnungsanordnung für ein Getriebe vorzuschlagen, die insbesondere ein Zwischenrad für ein Getriebe im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs umfasst, die Entstehung ungewünschter Geräusche vermindert, einfach herstellbar ist und die eine große Drehmomentkapazität aufweist.
Die Lösung besteht in einer Verzahnungsanordnung für ein Getriebe, welche ein erstes Zahnrad aufweist, das einen Innenring mit einer Drehachse A und einen Außenring umfasst, der koaxial zur Drehachse A des Innenrings angeordnet ist und eine Außenverzahnung aufweist, in die ausschließlich ein zweites Zahnrad mit einer Gegenverzahnung eingreift. Die Begrenzung „ausschließlich” bedeutet, dass nur der Außenring und nicht der Innenring des ersten Zahnrads mit der Gegenverzahnung in Eingriff steht. Davon unbenommen ist aber, dass das erste Zahnrad und/oder das zweite Zahnrad mit einer weiteren Verzahnung in Eingriff stehen.
Das erste Zahnrad umfasst des Weiteren zumindest ein elastisches Element, das zwischen dem Innenring und dem Außenring angeordnet ist; wobei der Außenring über das zumindest eine elastische Element radial gegenüber dem Innenring abgestützt ist. Die Außenverzahnung gegenüber der Gegenverzahnung ist dabei radial elastisch vorgespannt oder verklemmt, wenn zwischen den Zahnrädern in einem lastfreien Zustand kein Drehmoment übertragen wird.
Vorzugsweise sind das erste und das zweite Zahnrad dabei auf zueinander parallelen Drehachsen angeordnet. Ferner sind die Gestaltung der Verzahnung des ersten Zahnrads und die des zweiten Zahnrads nach einer günstigen Ausgestaltung gleich gestaltet.
Es versteht sich jedoch, dass die Verzahnungen auch unterschiedlich ausgebildet sein können. Eine bevorzugte Verzahnung ist dabei die Schrägverzahnung.
Durch das elastische Element, das zwischen dem Innenring und dem Außenring wirksam angeordnet ist, ist der Außenring bei entsprechender Wahl des Abstands zwischen den Drehachsen der beiden Zahnräder gegenüber dem zweiten Zahnrad radial elastisch vorgespannt. Auf diese Weise wird das Zahnflankenspiel zwischen den Zähnen des erfindungsgemäßen Zahnrads mit dem hiermit kämmenden zweiten Zahnrad reduziert, so dass auch die Entstehung von ungewünschten Geräuschen vermindert wird. Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass aufgrund der Anordnung des Außenrings mit seiner Verzahnung koaxial außerhalb des Innenrings eine Drehmomentübertragung über die gesamte axiale Breite des Zahnrads erfolgen kann. Es lassen sich somit bei vorgegebener axialer Baugröße hohe Drehmomente übertragen. Dabei bedeutet ”koaxial außerhalb”, dass der Durchmesser der Zahnfußlinien größer ist als ein Außendurchmesser des Innenrings.
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass zwischen dem Außenring und dem Innenring ein Radialspiel vorhanden ist, welches einen Federweg des elastischen Elementes ermöglicht. Das Radialspiel kann 0,1 bis 1 mm und bevorzugt 0,2 bis 0,5 mm betragen. Aufgrund des Radialspiels und bei entsprechender Verspannung zwischen den Zahnrädern ist der Außenring gegenüber dem Innenring und der Drehachse des ersten Zahnrads leicht exzentrisch angeordnet. Ein derartiger Versatz soll jedoch durch das Merkmal in Anspruch 1 noch erfasst sein, dass der Außenring koaxial zur Drehachse angeordnet ist. Gemeint ist somit eine wesentliche koaxiale Anordnung des Außenrings bezogen auf die Drehachse.
Die Koppelung des Außenrings an den Innenring erfolgt dabei mittels des zumindest einen elastischen Elements. Vorzugsweise ist zwischen dem Außenring und dem Innenring kein und nur ein sehr kleines Axialspiel vorgesehen. Um ein Verklemmen des Außenrings gegenüber dem Innenring aufgrund von bei der Drehmomentübertragung entstehenden Kippmomenten zu vermeiden, ist das Axialspiel bzw. die Summe der Axialspiele vorzugsweise kleiner ist als das Radialspiel bzw. die Summe der Radialspiele. So kann das Axialspiel kleiner als 80%, 70% oder gar 50% des Radialspiels sein. Typische Werte des Axialspiels liegen in einem Bereich von 0,05 bis 0,15 mm. Der Außenring kippt gegenüber dem Innenring vorzugsweise nicht mehr als 0,15 bis 0,2 Grad.
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung sind radiale Anschlagmittel zwischen dem Außenring und dem Innenring vorgesehen, welche eine radiale Bewegung des Außenrings relativ zum Innenring über das Radialspiel hinaus verhindern. Die radialen Anschlagmittel sind durch eine oder mehrere Innenflächen des Außenrings gebildet, welche gegen eine oder mehrere Außenflächen des Innenrings oder ein mit dem Innenring fest verbindbares Bauteil, beispielsweise einen Haltering, anlaufen können. Durch die radialen Anschlagmittel wird in günstiger Weise das Radialspiel auf ein definiertes Maß begrenzt. Temperaturschwankungen, Spiele bzw. Toleranzen und Durchbiegungen können sich daher nur in einem begrenzten Maße auswirken.
Ferner sind vorzugsweise auch axiale Anschlagmittel zwischen dem Außenring und dem Innenring vorgesehen, welche eine axiale Bewegung des Außenrings relativ zum Innenring über das Axialspiel hinaus verhindern. Weiterhin wird durch die axialen Anschlagmittel in vorteilhafter Weise eine Schiefstellung des Außenrings gegenüber dem Innenring, die aufgrund von Kippmomenten entstehen können, auf ein vorgegebenes Maß begrenzt. Dies wirkt sich wiederum günstig auf das Verschleißverhalten der Verzahnung des Zahnrads bzw. der Gegenverzahnung aus.
Die axialen Anschlagmittel werden in eine erste axiale Richtung vorzugsweise durch einen radialen Vorsprung gebildet, gegen den der Außenring axial anlaufen kann. Der Außenring hat vorzugsweise eine ringförmige Ausnehmung mit der er auf den radialen Vorsprung aufschiebbar ist. Dabei ist zwischen der Außenfläche des radialen Vorsprungs und einer gegenüberliegenden Innenfläche des Außenrings ein Radialspalt gebildet. In einer entgegengesetzten zweiten Richtung sind die Anschlagmittel vorzugsweise in Form von Axialsicherungsmitteln gestaltet, mit denen der Außenring gegenüber dem Innenring axial festgelegt ist.
Die Axialsicherungsmittel umfassen vorzugsweise einen Haltering, der mit dem Innenring fest verbindbar ist und der eine Stützfläche aufweist, gegen die der Außenring mit einer entsprechenden Anlagefläche axial abstützbar ist. Der Haltering ist in verspanntem Zustand zumindest teilweise in einer ringförmigen Ausnehmung des Außenrings aufgenommen, wobei zwischen einer Außenfläche des Halterings und einer gegenüberliegenden Innenfläche des Außenrings ein Radialspalt gebildet ist. Zur Fixierung des Halterings kommen vorzugsweise Verschraubungsmittel in Frage, die beispielsweise in Form einer Verschraubungshülse gestaltet sein können, welche auf ein entsprechendes Gegengewinde des Innenrings aufgeschraubt werden. Alternativ dazu kann auch ein Sprengring gegebenenfalls mit Druckscheibe zum Einsatz kommen.
Vorzugsweise hat der Außenring einen nach radial innen vorstehenden Ringsteg, wobei das zumindest eine elastische Element im Bereich des Ringsteges des Außenrings angeordnet ist. Seitlich benachbart zu dem inneren Ringsteg sind die Ausnehmungen gebildet, in die der Innenring bzw. der mit dem Innenring verbindbarer Haltering zumindest teilweise eingreifen können. Durch diese Ausgestaltung ergibt sich insgesamt ein kompakter Aufbau des Zahnrads.
Das elastische Element ist nach einer bevorzugten Ausgestaltung ein separates Bauteil, das insbesondere formschlüssig gegenüber einem der Bauteile Innenring oder Außenring gehalten ist. Der Formschluss kann sich dabei auf die radialer Richtung, die axiale Richtung und/oder die tangentiale Richtung beziehen. Auch kann sich der Formschluss auf beide Bauteile gleichzeitig beziehen. In dem Fall, das in tangentialer Richtung in Formschluss zwischen elastischem Element und jeweils den Bauteilen gegeben ist, kann ein Drehmoment zwischen Außenring und Innenring übertragen werden.
Als elastisches Element kommt generell jedes Bauteil in Frage, das eine radiale Vorspannung des Außenrings gegenüber dem Innenring erzeugen kann. Dies können beispielsweise ein oder mehrere Ringe aus einem elastischen Material, wie ein Elastomer, Kunststoff oder Gummi sein, aber auch Federbauteile, wie eine Wellfeder oder mehrere Wellfedern. Ein besonders einfacher Aufbau bzw. Montage ergibt sich bei Einsatz eines elastischen Elements in Form eines O-Rings. Der O-Ring sitzt dabei vorzugsweise in einer Ringnut eines der beiden Bauteile Innenring oder Außenring ein und wird gemeinsam mit diesem auf das jeweils andere Bauteil, Außenring oder Innenring, axial aufgeschoben. Vorzugsweise ist das zumindest eine elastische Element, in Bezug auf die axiale Länge des Außenrings, in einem mittleren Drittel oder in der Mitte des Außenrings angeordnet. Hierdurch ergibt sich mit wenigen Bauteilen eine gute Abstützung.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform hat der Innenring eine zentrale Bohrung, wobei zumindest ein Verbindungskanal zum Zwecke der Schmierung/Beölung vorgesehen ist, welcher die zentrale Bohrung mit einer Außenumfangsfläche des Innenrings verbindet. Bei Verwendung eines O-Rings als elastisches Element sind vorzugsweise mehrere Verbindungskanäle vorgesehen, von denen zumindest ein erster auf der einen Seite des O-Rings mündet und ein zweiter auf der anderen Seite des O-Rings mündet.
Die Verspannung zwischen Gegenverzahnung und Außenverzahnung kann sich nur unterhalb oder oberhalb eines bestimmten Betriebsparameters einstellen. Ist beispielsweise die Verzahnungsanordnung Teil eines KFZ-Getriebes, kann unterhalb einer bestimmten Getriebetemperatur eine Vorspannung in radialer Richtung gegeben sein. Wird nun im Betrieb des KFZ-Getriebes diese Getriebetemperatur überschritten, kann die Vorspannung, beispielsweise durch den ändernden Achsabstand der beiden Drehachsen der Zahnräder, gegen null gehen bzw. sich in ein Spiel umkehren. Alternativ oder zusätzlich können auch Produktionstoleranzen entscheidend sein, ob Vorspannung anliegt oder nicht. So würde sich beispielsweise eine Vorspannung ergeben, wenn der Achsabstand im Rahmen der Produktionstoleranzen unterhalb eines Sollwertes liegt.
Nach einer bevorzugten Weiterbildung der Verzahnungsanordnung ist das erste und/oder das zweite Zahnrad so gestaltet und/oder eingebaut, dass, im Querschnitt betrachtet, zwischen der Verzahnung des einen der beiden Zahnräder und der Verzahnung des anderen der beiden Zahnräder bei der Eingriffsbewegung zumindest über einen Teil der Eingriffslänge je Zahn ein Zweiflankenkontakt zu den Zahnflanken der gegenüberliegenden Zähne gegeben ist. Hierfür kann nach einer Möglichkeit die Verzahnung zumindest eines der beiden Zahnräder ein Übermaß gegenüber der Verzahnung des anderen der beiden Zahnräder aufweisen, oder eine Verzahnung mit Profilverschiebung aufweisen. Nach einer ergänzenden oder alternativen Möglichkeit kann der Abstand zwischen den Drehachsen der beiden Zahnräder so gestaltet sein, dass hierüber eine Vorspannung zwischen den Verzahnungen erreicht wird.
Nach einer möglichen Anwendung kann die Verzahnungsanordnung ein Zwischenrad in einer Räderkette umfassen, beispielsweise für einen Rückwärtsgang des Kraftfahrzeugs. Das Zwischenrad, welches bevorzugt das erste Zahnrad mit dem elastischen Element darstellt, kann dabei zusätzlich mit einer weiteren Gegenverzahnung kämmen. Der Eingriff von Außenverzahnung des ersten Zahnrads und der Gegenverzahnung des zweiten Zahnrads einerseits und der Eingriff von Außenverzahnung und weiterer Gegenverzahnung liegen dabei zweckmäßigerweise nicht auf einer Geraden, die die Drehachse des ersten Zahnrads schneidet.
Es versteht sich, dass das Zahnrad auch anders eingesetzt werden kann, beispielsweise als schaltbares Gangrad in einem Schaltgetriebe eines Kraftfahrzeugs. Dann wäre an dem Außenring ein ringförmiger Ansatz vorzusehen, in den eine Schiebemuffe eines Synchronpakets eingreifen könnte.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele werden nachstehend anhand der Zeichnungsfiguren erläutert. Hierin zeigt:
1 ein erstes Zahnrad in einer ersten Ausführungsform in perspektivischer Ansicht als wesentlicher Teil einer erfindungsgemäßem Verzahnungsanordnung;
2 das erste Zahnrad nach 1 im Längsschnitt;
3 ein erstes Zahnrad in einer zweiten Ausführungsform im Längsschnitt;
4 ein erstes Zahnrad in einer dritten Ausführungsform im Halblängsschnitt in montiertem Zustand auf einer Welle; und
5 schematisch die erfindungsgemäße Verzahnungsanordnung mit einem ersten Zahnrad nach 1, das mit einem zweiten Zahnrad in Verzahnungseingriff ist.
Die 1 und 2 zeigen ein erstes Zahnrad 2 in einer ersten Ausführungsform, das Teil der erfindungsgemäßen Verzahnungsanordnung ist. Das erste Zahnrad 2 umfasst einen Innenring 3 mit einer Drehachse A und einen koaxial zum Innenring 3 angeordneten Außenring 4. Der Außenring 4 umfasst eine umlaufende Außenverzahnung 5, die auch als Stirnverzahnung bezeichnet werden kann. Die Außenverzahnung 5 ist in Form einer Schrägverzahnung gestaltet, sie könnte auch als Geradverzahnung gestaltet sein. Zwischen dem Innenring 3 und dem Außenring 4 ist ein elastisches Element 6 angeordnet, welches den Außenring 4 elastisch federnd gegenüber dem Innenring 3 abstützt. Die Außenverzahnung 5 ist radial außerhalb des Innenrings 3 angeordnet.
Der Außenring 4 hat im Halblängsschnitt betrachtet ein etwa T-förmiges Profil. Dabei weist der Außenring 4 in einem zentralen Abschnitt einen nach radial Innen vorstehenden Ringsteg 7 auf, so dass axial benachbart zu dem Ringsteg an den Endseiten des Außenrings 4 umlaufende Ausnehmungen 8, 9 gebildet sind. In dem zentralen Ringsteg 7 ist eine Innenumfangsfläche mit einer Ringnut 10 gebildet, in welcher das elastische Element 6 einsitzt. Das elastische Element 6 ist vorliegend in Form eines elastischen O-Rings gestaltet. Es versteht sich jedoch, dass auch andere elastische Elemente, wie beispielsweise eine umlaufende Wellfeder zwischen dem Außenring 4 und dem Innenring 3 anstelle des O-Rings angeordnet sein können.
Der Innenring 3 hat an einem axialen Endabschnitt einen radialen Vorsprung 12, dessen größter Außendurchmesser größer ist als der kleinste Innendurchmesser des Außenrings 4. Auf diese Weise bildet der radiale Vorsprung 12 einen axialen Anschlag für den Ringsteg 7 des Außenrings 4. Dabei ist eine den radialen Vorsprung 12 seitlich begrenzende Stützfläche 13 und die entsprechende seitliche Anlagefläche 14 des Ringstegs 7 vorzugsweise als Radialflächen ausgebildet. Im Anschluss an den radialen Vorsprung 12 hat der Innenring 3 einen zentralen Abschnitt 15 mit einem reduzierten Außendurchmesser D1, welcher deutlich kleiner ist als der kleinste Innendurchmesser des Außenrings 4. Der zentrale Abschnitt 15 hat eine zylindrische Außenfläche, welche in Richtung zum Vorsprung 12 in einen Radius übergeht. In entgegengesetzter Richtung wird der zylindrische Abschnitt durch eine Schulter 16 begrenzt, welche als Anlagefläche für einen Haltering 17 dient. Der Haltering 17 sitzt hier auf einem zylindrischen Abschnitt des Innenrings 3 auf der einen Durchmesser D2 aufweist, welcher größer ist als der Durchmesser D3.
Der Haltering 17 wird mittels einer Verschraubungshülse 18, welche auf ein entsprechendes Außengewinde des Endabschnitts 19 aufgeschraubt wird, gegenüber dem Innenring 3 verspannt. Insofern bildet die Verschraubungshülse 18 ein Axialsicherungsmittel zum Fixieren des Außenrings 4. Zum Verspannen der Verschraubungshülse 19 hat diese an ihrer Außenumfangsfläche mehrere umfangsverteilte Ausnehmungen 21 in die ein entsprechendes Werkzeug eingreifen kann. Es versteht sich, dass die Axialsicherungsmittel auch anders als vorliegend ausgeführt sein können. Beispielsweise kann die gezeigte zweiteilige Konstruktion aus Haltering 17 und Verschraubungshülse 18 auch einteilig ausgeführt werden. Es könnte auch ein Sprengring verwendet werden, der in eine Ringut des Innenrings eingesetzt wird.
Der Innenring 3 hat eine zentrale Bohrung 20, mit der er auf einer Welle um die Drehachse A drehbar gelagert werden kann. Es ist ersichtlich, dass ein erster Verbindungskanal 22 vorgesehen ist, welcher die zentrale Bohrung 20 mit einer Außenfläche des Innenrings 3 verbindet. Dabei mündet dieser erste Verbindungskanal 22 in einem Abschnitt der sich zwischen dem elastischen Element 6 und dem radialen Vorsprung 12 befindet. Auf der entgegengesetzten Seite des elastischen Elements 6 ist ein zweiter Verbindungskanal 23 vorgesehen, der ebenfalls die zentrale Bohrung 20 mit einer Außenumfangsfläche des Innenrings verbindet. Der erste und der zweite Verbindungskanal 22, 23 dienen dazu, dass Schmiermittel aus dem Bereich der zentralen Bohrung 20 in den Bereich der elastischen Abstützung des Innenrings gegenüber dem Außenring gelangen kann. Auf diese Weise wird der Verschleiß des elastischen Elements und der Führungen reduziert. Mit Führungen sind im Wesentlichen die relativ zueinander beweglichen bzw. reibenden Teile gemeint.
Es ist ersichtlich, dass zwischen dem Innenring 3 und dem Außenring 4 über die gesamte axiale Länge ein Radialspiel 24 vorgesehen ist. Das Radialspiel ist mehrere zehntel Millimeter groß. Treten während des Betriebes des Zahnrades 2 Zustände auf, bei denen der Außenring 4 über das radiale Spaltmaß hinaus nach radial innen beaufschlagt wird, so bilden die Außenumfangsfläche des Vorsprungs 12 mit der gegenüberliegenden Innenfläche 9 bzw. die Außenfläche des Halterings 17 mit der gegenüberliegenden Innenfläche 8 einen radialen Anschlag. Dieser radiale Anschlag bewirkt in vorteilhafter weise, dass radiale Bewegungen des Außenrings 4 relativ zum Innenring 3 auf ein definiertes Maß begrenzt werden. Das Radialspiel ist so gewählt, dass sich Temperaturschwankungen, Spiele bzw. Toleranzen, aber auch Durchbiegungen nicht negativ auf die Funktion des Zahnrads 2 auswirken.
Zwischen dem Außenring 4 und dem Innenring 3 ist ferner ein Axialspiel 26 ausgebildet. Dies wird dadurch erreicht, dass die axiale Breite des Ringsteges 7 kleiner ist als die Länge L zwischen der radialen Stützfläche 13 und der Schulter 16 bzw. einer Stützfläche 25 des Halterings 17. Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass das Axialspiel zwischen dem Außenring 4 und dem Innenring 3 zwischen 0,05 mm und 0,15 mm beträgt. Besonders günstig ist es, wenn die Summe der Radialspiele 24 größer ist als die der Axialspiele 26, um ein Verklemmen des Außenrings 4 gegenüber dem Innenring 3 zu vermeiden, das durch Kippmomente auf Grund des Verzahnungseingriffes mit einem zweiten Zahnrad entstehen können.
Das erste Zahnrad 2 kann beispielsweise als Zwischenrad in einer Räderkette dienen, insbesondere für einen Rückwärtsgang im Getriebe eines Kraftfahrzeugs. Hierfür ist der Innenring 3 auf einer entsprechenden Welle (nicht gezeigt) mittels eines geeigneten Lagers drehbar zu lagern. Es ist jedoch ebenso denkbar, dass Zahnrad als schaltbares Gangrad auszubilden.
Die 3 zeigt ein erstes Zahnrad in einer zweiten Ausführungsform, die weitestgehend derjenigen nach 1 entspricht. Insofern wird auf die obige Beschreibung Bezug genommen, wobei gleiche Bauteile mit gleichen Bezugsziffern versehen sind.
Der einzige Unterschied besteht darin, dass der Außenring 4 des Zahnrads 2 einen axialen Ansatz 27 aufweist, der auch als Kupplungsring bezeichnet werden kann. Dieser axiale Ansatz 27 (mit nicht dargestellter Außenverzahnung) dient zur Aufnahme einer Schiebemuffe einer Gangsschaltkupplung (nicht dargestellt). Es ist erkennbar, dass der axiale Ansatz 27 im Bereich zwischen den Zahnfußlinien der Außenverzahnung 5 und der Innenfläche der Ausnehmung 8 angeordnet ist und sich axial von dem Außenring 4 weg erstreckt.
4 zeigt ein erstes Zahnrad 2 in einer dritten Ausführungsform, die weitestgehend derjenigen nach 1 entspricht. Insofern wird auch hier bezüglich der Gemeinsamkeiten auf die obige Beschreibung Bezug genommen, wobei gleiche bzw. abgewandelte Bauteile mit gleichen Bezugsziffern versehen sind.
Die vorliegende Ausführungsform unterscheidet sich im Wesentlichen dadurch, dass die Axialsicherungsmittel zur axialen Festlegung des Außenrings 4 gegenüber dem Innenring 3 anders ausgeführt sind. Die Halteplatte 17 sitzt auf einem entsprechenden Sitz des Innenrings ein und stützt sich mit ihrer Stützfläche 25 gegen die entsprechende Schulter 16 des Innenrings 3 ab. Zur Verspannung ist zumindest eine, vorzugsweise jedoch mehrere, Verschraubungsmittel 18 über dem Umfang angeordnet. Die Verschraubungsmittel 18 stützen sich öffnungsseitig gegen den Haltering 17 axial ab und sind in entsprechende axiale Gewindebohrungen des Innenrings 3 eingeschraubt. Die vorliegende Ausführungsform baut axial noch kompakter als die Ausführungsform gemäß den 1 bzw. 2, da auf eine Verschraubungshülse und einen entsprechenden hülsenförmigen Endabschnitt des Innenrings verzichtet werden kann.
In der vorliegenden Ausführungsform ist ferner ein Radiallager 28 erkennbar, das in Form eines Nadellagers gestaltet ist. Dieses Sitzt zwischen der Welle 29 und der zylindrischen Bohrung 20 des Innenrings 3 ein und dient zur drehbaren Lagerung des Zahnrads 2 um die Drehachse A. Es sind ferner axial seitlich benachbart zu dem Zahnrad 2 Anlaufscheiben 30, 31 erkennbar, mittels denen das Zahnrad 2 gegenüber Anschlussbauteilen, beispielsweise einem Gehäuse 32 oder einer Abstandshülse 33 axial gehalten ist. Im Übrigen entspricht die vorliegende Ausführungsform derjenigen gemäß 1, so dass hinsichtlich der Funktionsweise und des Aufbaus auf die obige Beschreibung Bezug genommen wird. Es versteht sich, dass auch die vorliegende Ausführungsform mit einem axialen Ansatz gemäß 3 als Kupplungsring zum Anbinden einer Schiebemuffe ausgestattet sein kann.
5 zeigt schematisch das erste Zahnrad 2 gemäß 1 in einer Verzahnungsanordnung 34 für ein Getriebe. Es versteht sich, dass auch eines der Zahnräder gemäß den 3 bis 4 entsprechend zum Einsatz kommen könnte.
Das erste Zahnrad 2 ist auf einer Welle um die Drehachse A mittels eines entsprechenden Lagers frei drehbar gelagert und insofern als Losrad ausgebildet. Mit der Verzahnung 5 des Außenrings 4 ist ein zweites Zahnrad 35 mit einer entsprechenden Gegenverzahnung 36 in Verzahnungseingriff, das als Festrad ausgebildet ist und um eine zweite Drehachse B drehbar gelagert ist. Der Abstand der Drehachsen A und B ist so gestaltet, dass die Verzahnung 36 des zweiten Zahnrads 25 in die Verzahnung 5 des ersten Zahnrads 2 mit radialer Vorspannung eingreift. Auf diese Weise wird bewirkt, dass bei der Abwälzbewegung zwischen den einzelnen Zähnen des ersten Zahnrads 2 und des zweiten Zahnrads 35 im Querschnitt betrachtet zumindest über einen Teil der Eingriffsbewegung ein Zweiflankenkontakt gegeben ist. Auf diese Weise wird ein durch Schwingungen entstehendes Rasseln, welches durch Anschlagen der Flanken aneinander entstehen kann, vermieden, bzw. vermindert.
Die radiale Vorspannung zwischen dem ersten und zweiten Zahnrad 2, 35 kann an Stelle der Möglichkeit die Drehachsen A und B entsprechend zueinander auszulegen, auch so bewerkstelligt werden, dass die Verzahnung eines der beiden Zahnräder 2, 35 ein entsprechendes Übermaß aufweist oder mit einer geeigneten Profilverschiebung versehen ist. Auch auf diese Weise wird erreicht, dass die Verzahnung 5 des ersten Zahnrads 2 radial gegenüber der Verzahnung 36 des zweiten Zahnrads 35 radial vorgespannt ist. Dabei wird das elastische Element 6 vom Außenring 4 in Richtung zum Innenring 3 nach radial innen beaufschlagt. Die zwischen dem ersten Zahnrad 2 und dem zweiten Zahnrad 35 wirkende Vorspannungskraft ist in der vorliegenden Figur durch entsprechende Pfeile gekennzeichnet, wobei Aktio gleich Reaktio gilt. Dabei wird die Vorspannung so eingestellt, dass diese kleiner ist als das Radialspiel 24, welches zwischen dem Innenring 3 und dem Außenring 4 vorgesehen ist. Tritt über den normalen Betriebszustand hinaus ein besonderer Betriebszustand auf, bei dem der Außenring 4 über das Maß des Radialspiels hinaus in Richtung zum Innenring 3 beaufschlagt wird, so kommt der radiale Anschlag zum Tragen. Hierbei wird beispielsweise eine ungewünschte Durchbiegung begrenzt.
In 5 ist ferner eine zweite Verzahnungspaarung gezeigt, nämlich zwischen dem ersten Zahnrad 2 und einem dritten Zahnrad 37, welches ebenfalls als Festrad ausgebildet ist und um eine dritte Drehachse C drehbar gelagert ist. Für diese zweite Verzahnungspaarung gilt dasselbe wie für die obengenannte Verzahnungspaarung zwischen dem ersten Zahnrad 2 und dem zweiten Zahnrad 35. Es ist insbesondere vorgesehen, dass eines der Festräder 35, 36 als Antriebsrad dient, während das zweite Festrad 36, 35 als Abtriebsrad dient. In Bezug auf das als Losrad ausgebildete erste Zahnrad 2 sind die beiden Festräder 35, 36 vorzugsweise innerhalb eines Winkelbereichs von 60 bis 120° zum Losrad 2 angeordnet.
Die Vorspannung zwischen den Verzahnungspaarungen kann insbesondere so eingestellt werden, dass bis zu einer bestimmten Betriebstemperatur eine solche radiale Vorspannung zwischen den Verzahnungen existiert, während bei Betriebstemperatur die radiale Vorspannung näherungsweise zu Null wird. Generell gilt in diesem Zusammenhang, dass im kalten Zustand eine höhere Vorspannung zwischen den Verzahnungsanordnungen vorhanden ist und dass bei Betrieb des Getriebes die Vorspannung auf Grund der Wärmeausdehnung der Bauteile abnimmt.
Insgesamt bietet das erfindungsgemäße Zahnrad 2 bzw. die erfindungsgemäße Verzahnungsanordnung 34 mit einem solchen Zahnrad 2 den Vorteil, dass diese durch das zwischen dem Innenring 3 und dem Außenring 4 angeordnete elastische Element 6 in radialer Richtung vorgespannt werden kann. Auf diese Weise wird das Zahnflankenspiel zwischen den Zähnen des ersten Zahnrads 2 mit dem hiermit kämmenden weiteren Zahnrad 35, 37 reduziert, so dass die Entstehung von ungewünschten Rasselgeräuschen vermieden wird. Auf Grund der Anordnung des Außenrings 4 mit seiner Verzahnung 5 koaxial außerhalb des Innenrings 3 wird eine Drehmomentübertragung über die gesamte axiale Breite des Zahnrads 2 ermöglicht. Insgesamt hat das erfindungsgemäße Zahnrad 2 bei vorgegebener Drehmomentkapazität einen verhältnismäßig kompakten Aufbau.
Bezugszeichenliste

2: Zahnrad
3: Innenring
4: Außenring
5: Verzahnung
6: elastisches Element
7: Ringsteg
8: Ausnehmung
9: Ausnehmung
10: Ringnut
11: -
12: radialer Vorsprung
13: Stützfläche
14: Anlagefläche
15: zentraler Abschnitt
16: Schulter
17: Haltering
18: Verschraubungshülse
19: Endabschnitt
20: Bohrung
21: Ausnehmung
22: Verbindungskanal
23: Verbindungskanal
24: Radialspiel
25: Stützfläche
26: Axialspiel
27: Ansatz
28: Nadellager
29: Welle
30: Anlaufscheibe
31: Anlaufscheibe
32: Gehäuse
33: Abstandshülse
34: Verzahnungsanordnung
35: zweites Zahnrad
36: Gegenverzahnung
37: drittes Zahnrad
A: Drehachse
B: Drehachse
C: Drehachse
D: Durchmesser

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 202008010745 U1 [0003]
DE 102004037939 A1 [0004]

Claims

Verzahnungsanordnung mit einem ersten Zahnrad (2) und mit einem zweiten Zahnrad (35), das mit dem ersten Zahnrad (2) in Verzahnungseingriff ist, wobei das erste Zahnrad (2) umfasst: – einen Innenring (3) mit einer Drehachse (A); – einen Außenring (4), der koaxial zur Drehachse (A) des Innenrings (3) angeordnet ist und eine Außenverzahnung (5) aufweist, in die das zweite Zahnrad (35) mit einer Gegenverzahnung (36) eingreift, wobei der Eingriff zwischen erstem Zahnrad (2) und zweitem Zahnrad (35) ausschließlich über den Außenring (4) erfolgt, – zumindest ein elastisches Element (6), das zwischen dem Innenring (3) und dem Außenring (4) angeordnet ist, wobei der Außenring (4) über das zumindest eine elastische Element (6) radial gegenüber dem Innenring (3) abgestützt ist, und wobei in einem lastfreien Zustand, bei dem kein Drehmoment zwischen erstem Zahnrad (2) und zweiten Zahnrad (35) übertragen wird, die Außenverzahnung (5) und Gegenverzahnung (36) zueinander radial elastisch vorgespannt oder verklemmt sind.
Verzahnungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Außenring (4) und dem Innenring (3) ein Radialspiel (24) vorhanden ist, das einem Federweg des elastischen Materials entspricht. (das insbesondere zwischen 0,5 mm und 1,0 mm beträgt).
Verzahnungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Außenring (4) und dem Innenring (3) ein Axialspiel (26) vorhanden ist, wobei das Axialspiel (26) insbesondere kleiner ist als das Radialspiel (24) ist.
Verzahnungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass radiale Anschlagmittel zwischen dem Außenring (4) und dem Innenring (3) vorgesehen sind, welche eine radiale Bewegung des Außenrings (4) relativ zum Innenring (3) über das Radialspiel (24) hinaus verhindern.
Verzahnungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass axiale Anschlagmittel zwischen dem Außenring (4) und dem Innenring (3) vorgesehen sind, welche eine axiale Bewegung des Außenrings (4) relativ zum Innenring (3) über das Axialspiel (26) hinaus verhindern.
Verzahnungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das elastische Element (6) ein separates Bauteil ist, das insbesondere formschlüssig gegenüber einem der Bauteile Innenring (3) oder Außenring (4) gehalten ist.
Verzahnungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine elastische Element (6) in Form eines O-Rings gestaltet ist, der insbesondere in einer Ringnut (10) eines der beiden Bauteile Innenring (3) oder Außenring (4) einsitzt.
Verzahnungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenring (4) einen nach radial innen vorstehenden Ringsteg (7) aufweist, wobei das zumindest eine elastische Element (6) im Bereich des Ringsteges (7) des Außenrings (4) angeordnet ist.
Verzahnungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenring (3) eine zentrale Bohrung (20) aufweist, wobei zumindest ein Verbindungskanal (22, 23) vorgesehen ist, welcher die zentrale Bohrung (20) mit einer Außenumfangsfläche des Innenrings (3) verbindet.
Verzahnungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenring (3) zumindest eine Stützfläche (13) aufweist, gegen die der Außenring (4) mit einer entsprechenden ersten Anlagefläche (14) axial abgestützt ist.
Verzahnungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass Axialsicherungsmittel vorgesehen sind, mittels derer der Außenring (4) gegenüber dem Innenring (3) axial festgelegt ist.
Verzahnungsanordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Axialsicherungsmittel einen Haltering (17) umfassen, der mit dem Innenring (3) verbindbar ist und der eine zweite Stützfläche (25) aufweist, gegen die der Außenring (4) mit einer entsprechenden zweiten Anlagefläche (25) axial abgestützt ist.
Verzahnungsanordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Haltering (17) gegen eine Schulter (16) des Innenrings (3) axial abgestützt ist und mittels Verspannmitteln (17), insbesondere eine Verschraubung, mit dem Innenring (3) verspannt ist.
Verzahnungsanordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenverzahnung des ersten Zahnrads und die Gegenverzahnung des zweiten Zahnrads unterhalb einer festegelegten Temperatur zueinander verspannt oder verklemmt sind.
Verzahnungsanordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und/oder das zweite Zahnrad (2, 35) so gestaltet und/oder eingebaut ist, dass, im Querschnitt betrachtet, zwischen der Verzahnung (5, 36) des einen der beiden Zahnräder (2, 35) und der Verzahnung (36, 5) des anderen der beiden Zahnräder (35, 2) bei der Eingriffsbewegung zumindest über einen Teil der Eingriffslänge je Zahn ein Zweiflankenkontakt zu den Zahnflanken der gegenüberliegenden Zähne gegeben ist.