DE102012207419A1

DE102012207419A1 - Getriebezahnrad zum Spielausgleich

Info

Publication number: DE102012207419A1
Application number: DE201210207419
Authority: DE
Inventors: Ulrich Mair; Martin Münster; Ilja Imgrunt
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2012-05-04
Filing date: 2012-05-04
Publication date: 2013-11-07

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Getriebezahnrad (1) zum Spielausgleich zwischen diesem und einem dafür vorgesehenen Eingriffszahnrad, insbesondere eines Planeten-, Stirnrad- und/oder Kegelgetriebes, mit zwei koaxial zueinander angeordneten Zahnrädern (2; 3), die in Umfangsrichtung zueinander verdrehbar sind und mittels zumindest eines Federelementes (11) in Umfangsrichtung derart gegeneinander verspannt sind, dass die Verzahnungen (4) der beiden Zahnräder (2; 3) zueinander einen Versatz aufweisen. Erfindungsgemäß hält das Federelement (11) die beiden Zahnräder (2; 3) zueinander in Axialrichtung mittels Stoff-, Kraft- und/oder Formschluss. Ferner betrifft die Erfindung eine Getriebe mit einem derartigen Getriebezahnrad.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Getriebezahnrad sowie ein Getriebe gemäß der im Oberbegriff der Patentansprüche 1 und 13 näher definierten Art.
Getriebeverzahnungen weisen für gewöhnlich ein Spiel auf, um den Wirkungsgrad des Getriebes zu optimieren. Die ineinanderkämmenden Zähne liegen demnach an einer Zahnflanke aneinander an, wohingegen im Bereich der zweiten Zahnflanke ein Spiel ausgebildet ist. Bei einer Kraftrichtungsumkehr, erfolgt aufgrund des Spiels ein Flankenwechsel. Hierbei werden durch das Aufschlagen bzw. Aufprellen der Flanken aneinander störende Geräusche verursacht. Ferner kann hierdurch eine Beschädigung der Zahnflanken erfolgen. Um diese störenden Schwingungen oder Geräusche zu verhindern, muss das Spiel an den Zahnflanken minimiert werden, um ein Abheben der in Kontakt befindlichen Zahnflächen zu unterbinden oder möglichst weich zu gestalten. Dies kann bspw. durch eine erhöhte Verzahnungsqualität erfolgen, wodurch jedoch die Fertigungskosten erhöht werden. Ferner sind selbsteinstellende Zusatzeinrichtungen allgemein bekannt, die das Flankenspiel am Zahn eliminieren bzw. den Flankenwechsel elastisch abfedern oder dämpfen.
Aus der DE 197 57 433 A1 sind Mittel für einen derartigen Spielausgleich bekannt. Das hierin offenbarte Planetenzahnradgetriebe weist mindestens ein Planetenrad auf, dem mindestens ein achsgleich drehbares Zusatzzahnrad zugeordnet ist. Das mindestens eine Zusatzzahnrad ist gegenüber dem Planetenrad drehelastisch verspannt. Die Zusatzzahnräder sind jeweils in Ringnuten in den Stirnseiten des Planetenrades um die Planetenradachse drehbar gelagert. Die Lagerung bzw. Zentrierung der Zusatzzahnräder erfolgt dabei jeweils von einem von den Zusatzzahnrädern ausgehenden Ringbund. Der Ringbund eines Zusatzzahnrades ragt in die jeweilige Ringnut hinein. In den Ringnuten sind Federn vorgesehen, die das Planetenrad mit den Zusatzzahnrädern in Umfangsrichtung verspannen.
Aus der DE 203 13 595 U1 ist ein Zahnrad mit geräuscharmen Laufeigenschaften bekannt, das ein Zahnradpaar aufweist, das aus zwei Zahnrädern besteht, die gegeneinander verdrehbar auf einer gemeinsamen Drehachse gelagert sind und mit dem Gegenzahnrad gemeinsam in Eingriff stehen. Jedes der beiden Zahnräder weist in den angrenzenden Seitenflächen eine oder mehrere Aussparungen auf, in denen jeweils ein gemeinsames federndes Element angeordnet ist, über das die Zahnräder untereinander unter Einhaltung der konzipierten äußeren geometrischen Abmessungen vorspannbar sind. Die beiden Zahnräder weisen Durchgangsbohrungen auf, in die Schrauben eingeführt werden, mittels derer die Zahnräder in Axialrichtung gegen einen antreibenden Flansch des Getriebes verspannt und lagefixiert werden.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und den Zeichnungen.
Es wird ein Getriebezahnrad zum Spielausgleich zwischen diesem Getriebezahnrad und einem dafür vorgesehenen Eingriffszahnrad, insbesondere eines Planeten-, Stirnrad- und/oder Kegelgetriebes, vorgeschlagen, das zwei koaxial zueinander angeordnete Zahnräder aufweist. Das Getriebezahnrad ist insbesondere als Planetenrad für ein Planetengetriebe ausgebildet. Die beiden Zahnräder sind in Umfangsrichtung zueinander verdrehbar und mittels zumindest eines Federelementes in Umfangsrichtung derart gegeneinander verspannt, dass die Verzahnungen der beiden Zahnräder zueinander einen Versatz aufweisen. Die Verzahnungen sind vorzugsweise als Gerad-, Schräg- oder Pfeilverzahnungen ausgebildet. Aufgrund des Versatzes können die beiden Zahnräder derart in eine Verzahnung des Eingriffszahnrades verspannt werden, dass zwischen dem Getriebezahnrad und dem dafür vorgesehenen Eingriffszahnrad das Spiel ausgeglichen wird. Die beiden Zahnräder sind mittels des Federelementes in Axialrichtung gehalten. Das Federelement bildet demnach mit beiden Zahnrädern mittels Stoff-, Kraft- und/oder Formschluss eine derart feste Verbindung aus, dass die beiden Zahnräder zueinander in Axialrichtung fixiert sind. Das Getriebezahnrad kann somit einfach, kostengünstig und bauraumsparend ausgebildet werden. Demnach sind keine zusätzlichen Befestigungsmittel, wie bspw. Schrauben oder Bolzen von Nöten, um die beiden Zahnräder in Axialrichtung zu halten, wodurch der Zusammenbau des Getriebezahnrades einfach und schnell gestaltet ist.
Vorteilhaft ist es, wenn zumindest eines der beiden Zahnräder zumindest einen Fortsatz aufweist, der in eine Aussparung des damit korrespondierenden Zahnrades eingreift. Vorzugsweise ist das Eingreifen derart ausgebildet, dass in Umfangsrichtung eine spielbehaftete formschlüssige Verbindung zwischen den beiden Zahnrädern ausgebildet ist. Hierdurch ist in Umfangsrichtung ein fester Anschlag ausgebildet, so dass ein zu starkes Verdrehen der beiden Zahnräder zueinander vermieden wird. Bei einem zu weiten Verdrehen könnte bspw. das Federelement über seinen elastischen Bereich hinaus verformt werden, wodurch das Spielausgleichssystem des Getriebezahnrades zerstört werden würde. Vorzugsweise ist mittels des in Umfangsrichtung ausgebildeten Spiels zwischen dem Fortsatz und der Aussparung der maximale Versatz der beiden Verzahnungen zueinander festgelegt. Hierdurch wird der Einbau des Getriebezahnrades in ein entsprechendes Getriebe vereinfacht, da die Verzahnungen der beiden Zahnräder zu der Verzahnung des damit korrespondierenden Eingriffszahnrades im Wesentlichen passend orientiert sind.
Vorteilhaft ist es, wenn das Federelement in der Aussparung angeordnet ist, da das Getriebezahnrad somit sehr bauraumsparend ausgebildet sein kann. Auch ist es vorteilhaft, wenn das Federelement mit dem Fortsatz und der Aussparung derart korrespondiert, dass der Fortsatz in der Aussparung gehalten ist. Auch hierdurch kann das Getriebezahnrad sehr bauraumsparend ausgebildet werden.
Ebenso ist es vorteilhaft, wenn das Federelement die beiden Zahnräder in Axialrichtung gegeneinander verspannt. Vorzugsweise werden die beiden Zahnräder im Bereich ihrer beiden zueinander zugewandten Stirnseiten aneinandergepresst. Hierdurch erfolgt eine zusätzliche Dämpfung beim einer Lastwechselumkehr. Des Weiteren kann das Getriebezahnrad konstruktiv einfach und kostengünstig hergestellt werden, wenn das Federelement die beiden Zahnräder sowohl in Umfangsrichtung als auch in Axialrichtung gegeneinander verspannt. Hierdurch erübrigen sich zusätzliche Befestigungsmittel, wie bspw. Schrauben oder Bolzen, um die beiden Zahnräder in Axialrichtung zueinander zu fixieren.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weisen der Fortsatz und/oder die Aussparung eine Hinterschneidung auf. In diese greift das Federelement derart ein, dass die beiden Zahnräder in Axialrichtung gegeneinander formschlüssig gehalten sind. Hierdurch wird eine besonders sichere und feste Verbindung der beiden Zahnräder in Axialrichtung zueinander sichergestellt. Zusätzlich oder alternativ greift das Federelement in die Hinterschneidung/-en derart ein, dass die beiden Zahnräder in Axialrichtung zueinander verspannt sind, so dass sie in einem Kontaktbereich aneinander gepresst werden. Vorzugsweise sind die beiden Zahnräder im Bereich ihrer beiden einander zugewandten Stirnseiten aneinander gepresst. Aufgrund des zusätzlichen Reibungswiderstandes im Bereich der Aneinanderpressung, wird die Drehbewegung der beiden Zahnräder zueinander zusätzlich zur Abfederung gedämpft. Somit kann der Flankenwechsel bei einer Kraftrichtungsumkehr weicher ausgebildet werden.
Vorteilhaft ist es, wenn das Federelement ein Elastomerkörper und/oder eine Metallfeder ist. Hierdurch kann das Getriebezahnrad besonders kostengünstig und bauraumsparend ausgebildet sein.
Die beiden Zahnräder können besonders schnell und einfach miteinander verbunden werden, wenn der Elastomerkörper derart zwischen dem Fortsatz und einer Seitenwand der Aussparung vorgespannt angeordnet ist, dass der Fortsatz kraftschlüssig in der Aussparung gehalten ist. Um eine Verspannung der beiden Zahnräder in Umfangsrichtung bewirken zu können, ist es vorteilhaft, wenn der Elastomerkörper, die Aussparung und/oder der Fortsatz derart asymmetrisch ausgebildet ist, dass bei ihrem Zusammenwirken eine Federbeaufschlagung in Umfangsrichtung zueinander erfolgt. So kann bspw. der Elastomerkörper asymmetrisch ausgebildet sein und in die symmetrische Aussparung eingepresst sein, so dass der Fortsatz in Umfangsrichtung verspannt wird. Alternativ oder zusätzlich kann auch der Elastomerkörper symmetrisch ausgebildet sein und in eine asymmetrisch ausgebildete Aussparung eingepresst sein, wodurch auch hier der Fortsatz im Umfangsrichtung federbeaufschlagt verspannt wird, so dass die beiden Zahnräder zueinander in Umfangsrichtung federbeaufschlagt verdreht sind. Ebenso kann zusätzlich oder auch alternativ der Fortsatz asymmetrisch ausgebildet sein und derart mit einem symmetrischen Elastomerkörper zusammenwirken, dass der Fortsatz gegenüber der Aussparung in Umfangsrichtung verspannt wird.
Die beiden Zahnräder können in Axialrichtung sehr fest miteinander verbunden werden, wenn der Elastomerkörper mittels Vulkanisieren mit zumindest einem der beiden Zahnräder stoffschlüssig verbunden ist. Zum Herstellen des Getriebezahnrades kann somit der Fortsatz des einen Zahnrades in die Aussparung des anderen Zahnrades eingeführt werden, wobei anschließend ein den Elastomerkörper ausbildendes flüssiges Elastomer in die Aussparung gegossen wird, so dass das Elastomer nach dem Abkühlen mit dem Fortsatz und der Aussparung, insbesondere zumindest einer Seitenwand der Aussparung, eine stoffschlüssige Verbindung ausgebildet hat. Um eine Verspannung der beiden Zahnräder in Umfangsrichtung sicherzustellen, müssen die beiden Zahnräder vor dem Eingießen des flüssigen Elastomers gegeneinander auf Anschlag verdreht sein, so dass der Elastomerkörper beim Eingießen asymmetrisch ausgebildet wird. Alternativ kann die Aussparung teilweise mit dem Elastomer ausgegossen werden, so dass zwischen dem abgekühlten Elastomerkörper und der Aussparung eine stoffschlüssige Verbindung ausgebildet ist. Anschließend kann der Fortsatz des anderen Zahnrades in die Aussparung eingepresst werden, wobei der Fortsatz in der Aussparung mittels des Elastomerkörpers derart verspannt ist, dass die beiden Zahnräder in Axialrichtung, insbesondere mittels Kraftschluss, zueinander gehalten sind.
Auch ist es vorteilhaft, wenn der Elastomerkörper eine Ausnehmung aufweist, in welcher der Fortsatz aufgenommen ist. Hierdurch kann eine besonders einfache und kostengünstige Herstellung des Getriebezahnrades sichergestellt werden. Ferner ist der Fortsatz somit umfangsmäßig vom Elastomerkörper umschlossen, so dass in Axialrichtung eine besonders feste Verbindung, insbesondere mittels Stoff- und/oder Kraftschluss, zwischen den beiden Zahnrädern ausgebildet ist. Des Weiteren kann mittels dem in der Ausnehmung aufgenommenen Fortsatzes eine besonders gute Verspannung und Dämpfung zum Spielausgleich zwischen den beiden Zahnrädern bewirkt werden.
Wenn das Federelement als Metallfeder ausgebildet ist, ist es vorteilhaft, wenn sich die Metallfeder im Wesentlichen in Umfangsrichtung des Getriebezahnrades erstreckt. Somit kann eine schnelle und einfache Montage der Metallfeder am Getriebezahnrad erfolgen. Außerdem kann die Metallfeder hierdurch stark genug ausgebildet sein, um die Verdrehung der beiden Zahnräder in Umfangsrichtung bewirken zu können. Die Metallfeder ist somit als Dreh- bzw. Torsionsfeder ausgebildet. Sie ist koaxial zu den beiden Zahnrädern an zumindest einem dieser angeordnet.
Zum Verdrehen der beiden Zahnräder im Umfangsrichtung ist es vorteilhaft, wenn sich die Metallfeder mit einem ersten freien Ende am Fortsatz und einem zweiten freien Ende an einem Absatz der Aussparung derart abstützt, dass die beiden Zahnräder in Umfangsrichtung gegeneinander verspannt sind.
Vorteilhaft ist es, wenn die Metallfeder derart gebogen ist, dass sie die beiden Zahnräder in Axialrichtung zueinander verspannt. Diesbezüglich ist es ferner vorteilhaft, wenn die Metallfeder wellenförmig ausgebildet ist. Vorzugsweise ist die Metallfeder im Bereich des Fortsatzes, insbesondere in Axialrichtung derart gebogen, dass sie sich zwischen der Hinterschneidung des Fortsatzes und der Hinterschneidung der Aussparung derart abstützt, dass die beiden Zahnräder in Axialrichtung gegeneinander verspannt sind. Die Metallfeder ist somit zumindest bereichsweise als Blattfeder ausgebildet, die die beiden Zahnräder in Axialrichtung aneinander zieht.
Eine sehr schnelle und einfache Montage der Metallfeder kann erfolgen, wenn die Metallfeder die beiden Zahnräder sowohl in Umfangsrichtung als auch in Axialrichtung zueinander verspannt. Hierbei ist es vorteilhaft, wenn die Metallfeder zumindest teilweise, insbesondere in den Bereichen, in denen die Fortsätze in die Ausnehmung eindringen, derart gebogen ist, dass sie die Fortsätze in die Aussparung zieht.
Vorteilhaft ist es auch, wenn die Hinterschneidung der Aussparung durch eine sich in Umfangsrichtung des Getriebezahnrades erstreckende Ringnut ausgebildet ist, die zumindest zwei Aussparungen miteinander verbindet. Somit kann die Metallfeder in dieser als Ringnut ausgebildeten Hinterschneidung angeordnet sein, wodurch eine einfache Montage sichergestellt wird.
Eine besonders gute Verspannung in Umfangsrichtung wird ermöglicht, wenn die Aussparung, die Hinterschneidung und/oder das Federelement als Ringsegment ausgebildet ist.
Ferner wird ein Getriebe vorgeschlagen, insbesondere ein Planeten-, Stirnrad- oder Kegelgetriebe, mit einem Getriebezahnrad und einem damit einkämmenden Eingriffszahnrad. Das Getriebezahnrad weist zwei koaxial zueinander angeordnete Zahnräder auf, die in Umfangsrichtung zueinander verdrehbar sind und mittels zumindest eines Federelementes in Umfangsrichtung derart gegeneinander verspannt sind, dass die Verzahnungen der beiden Zahnräder zueinander einen Versatz aufweisen und sich zum Spielausgleich in der Verzahnung des Eingriffszahnrades verspreizen. Das Getriebezahnrad ist gemäß der vorangegangenen Beschreibung ausgebildet, wobei die genannten Merkmale einzeln oder in beliebiger Kombination vorhanden sein können.
Vorteilhaft ist es, wenn das Getriebe ein Planetengetriebe ein zentrales Sonnenrad, ein Hohlrad, welches das Sonnenrad umgibt, und Planeten aufweist, wobei die Planeten radial zwischen dem Hohlrad und dem Sonnenrad drehbar gelagert sind und in eine Verzahnung des Sonnenrades und des Hohlrades einkämmen.
Nachfolgend ist die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine perspektivische Ansicht eines ersten und zweiten Zahnrades eines Getriebezahnrades gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
2 eine perspektivische Ansicht des Getriebezahnrades gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel,
3 eine Vorderansicht des Getriebezahnrades gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel,
4 eine seitliche Schnittansicht des Getrieberades gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel,
5 eine perspektivische Ansicht eines ersten und zweiten Zahnrades eines Getriebezahnrades gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,
6 eine perspektivische Ansicht des Getriebezahnrades gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel,
7 das Getriebezahnrad gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel in einer Vorderansicht und
8 das Getriebezahnrad gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel in einer seitlichen Schnittansicht.
1 zeigt ein erstes Zahnrad 2 und ein zweites Zahnrad 3, die zu einem in 2 dargestellten Getriebezahnrad 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel miteinander verbunden werden können. Beide Zahnräder 2, 3 weisen jeweils an ihrem Außenumfang eine Verzahnung 4a, 4b auf. Beide Verzahnungen 4a, 4b sind in den Figuren lediglich angedeutet und erstrecken sich tatsächlich über den gesamten Umfang des jeweiligen Zahnrades 2, 3. Die Verzahnungen 4a, 4b können bspw. als Gerad-, Schräg- oder Pfeilverzahnungen ausgebildet sein.
Das erste Zahnrad 2 weist Aussparungen 5 auf, wobei aus Gründen der Übersichtlichkeit in allen Figuren lediglich eine der Aussparungen 5 mit einem Bezugszeichen versehen ist. Die Aussparungen 5 sind in Umfangsrichtung zueinander äquidistant angeordnet. Jede der Aussparungen 5 weist eine erste Hinterschneidung 6 auf. Die Hinterschneidungen 6 der jeweiligen Aussparungen 5 sind mittels einer Ringnut 7 ausgebildet, die sich koaxial zum ersten Zahnrad 2 an seiner dem zweiten Zahnrad 3 abgewandten Stirnseite 8b erstreckt. Die Ringnut 7 verbinden die Aussparungen 5 mit ihren ersten Hinterschneidungen 6 zu einer gemeinsamen großen Aussparung. Die Ringnut 7 weist an ihrer radial äußeren Fläche einen Absatz 9 auf. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel weist das erste Zahnrad 2 vier miteinander verbundene Aussparungen 5 auf. Hierdurch kann vorteilhafterweise eine symmetrische Verspannung der beiden Zahnräder 2, 3 zueinander erfolgen.
Gemäß 1 weist das zweite Zahnrad 3 an seiner dem ersten Zahnrad 2 zugewandten Stirnseite 8a Fortsätze 10 auf, wobei auch hier aus Gründen der Übersichtlichkeit in allen Figuren jeweils nur einer dieser mit einem Bezugszeichen versehen ist. Die Fortsätze 10 sind in den gleichen Winkelintervallen angeordnet, wie die Aussparungen 5 des ersten Zahnrades 2. Sie sind demnach analog zueinander in Umfangsrichtung äquidistant an der Stirnseite 8a des zweiten Zahnrades angeordnet. Die Fortsätze 10 weisen eine zu der jeweiligen Aussparung 5 korrespondierende Form auf, so dass sie in die Aussparungen 5 des ersten Zahnrades 2 einführbar sind. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Aussparungen 5 sowie die Fortsätze 10 als Ringsegmente ausgebildet. Die Fortsätze 10 sind im Vergleich zu der jeweils damit korrespondierenden Aussparung 5 in Umfangsrichtung schmaler ausgebildet, so dass die Fortsätze 10 mit Spiel in den Aussparungen 5 aufnehmbar sind. Somit können sich die beiden Zahnräder 2, 3 in Umfangsrichtung um einen bestimmten Winkel zueinander verdrehen. Wie in 1 dargestellt, weisen die Fortsätze 10 eine zweite Hinterschneidung 16 auf.
2 zeigt das Getriebezahnrad 1 im zusammengebauten Zustand. Hierbei sind die Fortsätze 10 des zweiten Zahnrades 3 in die Aussparungen 5 des ersten Zahnrades 2 eingeführt. Die Fortsätze 10 bilden somit mit den Aussparungen 5 eine in Umfangsrichtung spielbehaftete formschlüssige Verbindung zwischen dem ersten Zahnrad 2 und dem zweiten Zahnrad 3 aus. Hierdurch sind die beiden zueinander koaxial angeordneten Zahnräder 2, 3 in Umfangsrichtung zueinander verdrehbar. Durch die Verdrehung entsteht zwischen den Verzahnungen 4a, 4b der beiden Zahnräder 2, 3 ein Versatz, der zum Spielausgleich zwischen dem Getriebezahnrad und einem hier nicht dargestellten Eingriffszahnrad, insbesondere eines Planeten-, Stirnrad- und/oder Kegelgetriebes, dient. Der maximale Versatz zwischen den Verzahnungen 4a, 4b ist durch das Spiel zwischen den Fortsätzen 10 und Aussparungen 5 in Umfangsrichtung festgelegt. Die beiden Zahnräder 2, 3 sind mittels der in die Aussparungen 5 spielbehaftet eingreifenden Fortsätze 10 in Umfangsrichtung formschlüssig miteinander verbunden.
Zum Fixieren der beiden Zahnräder 2, 3 in Axialrichtung weist das Getriebezahnrad 1 ein Federelement 11 auf. Das Federelement 11 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel als Metallfeder ausgebildet und erstreckt sich im Wesentlichen in Umfangsrichtung des Getriebezahnrades 1. Das Federelement 11 ist in der Ringnut 7 derart angeordnet, dass es sich mit einem ersten freien Ende 12a in Umfangsrichtung am ersten Zahnrad 2 und mit einem zweiten freien Ende 12b am zweiten Zahnrad 3 abstützt. Gemäß 2 erfolgt die Abstützung des Federelementes 11 insbesondere im Bereich seiner beiden freien Enden 12a, 12b zum einen an einer Seitenfläche 13 eines der Fortsätze 10 und zum anderen an dem Absatz 9 des ersten Zahnrades 2. Das Federelement 11 wirkt als Torsionsfeder. Demnach drückt es die beiden Zahnräder 2, 3 derart in Umfangsrichtung auseinander, dass die Fortsätze 10 aufgrund des ausgebildeten Spiels an eine Seitenwand 14 der Aussparung 5 gedrückt sind. Hierbei entsteht zwischen den beiden Verzahnungen 4a, 4b ein Versatz, der einen Spielausgleich mit einem dafür vorgesehenen Eingriffszahnrad ermöglicht.
Des Weiteren ist das als Metallfeder ausgebildete Federelement 11 gemäß 2 derart wellenförmig gebogen, dass es die beiden Zahnräder 2, 3 gegeneinander in Axialrichtung verspannt. Hierdurch werden die beiden Zahnräder 2, 3 in Axialrichtung zueinander fixiert gehalten. Das Federelement 11 wirkt demnach im Bereich der Fortsätze 10 als Blattfeder, die die beiden Zahnräder 2, 3 im Bereich ihrer beiden einander zugewandten Stirnseiten 8a aneinander presst. Hierdurch kann bei einer Kraftrichtungsumkehr ein sehr weiches Abfedern sowie Dämpfen erfolgen, da die beiden aneinanderliegenden Zahnräder 2, 3 aufgrund ihrer Reibung im Bereich der Stirnseiten 8a dämpfend wirken.
Das Federelement 11 stützt sich jeweils an einem ersten 15a sowie zweiten Stützpunkt 15b im Bereich der ersten Hinterschneidung 6 des ersten Zahnrades 2 ab. Zusätzlich stützt sich das Federelement 11 am zweiten Zahnrad 3 im Bereich der zweiten Hinterschneidung 16 in einem dritten Stützpunkt 15c ab. Hierdurch wird der Fortsatz 10 derart federbeaufschlagt in die Aussparung 5 gezogen, dass die beiden Zahnräder 2, 3 im Bereich ihrer Stirnseiten 8a aneinandergepresst werden.
3 zeigt, wie bereits oben beschrieben, die Verspannung der beiden Zahnräder 2, 3 in Umfangsrichtung. Demnach weist das im Wesentlichen kreisförmig ausgebildete Federelement 11 eine Öffnung 17 auf, so dass die beiden freien Enden 12a, 12b ausgebildet werden. Das Federelement 11 ist auf Druck belastet. Es stützt sich im Bereich seines ersten freien Endes 12a am Absatz 9 des ersten Zahnrades 2 in Umfangsrichtung ab. Im Bereich seines zweiten freien Endes 12b liegt das Federelement 11 an der Seitenfläche 13 des Fortsatzes 10 an. Das Federelement 11 verdreht somit die beiden Zahnräder 2, 3 in Umfangsrichtung derart gegeneinander, dass aufgrund des in Umfangsrichtung ausgebildeten Spiels zwischen den Fortsätzen 10 und Aussparungen 5, der Fortsatz 10 gegen die Seitenwand 14 der Aussparung 5 gedrückt wird. Das Federelement 5 ist vollständig in der Ringnut 7 aufgenommen.
Die bereits oben beschriebene axiale Verspannung soll im Folgenden anhand der 4 verdeutlicht werden, die das Getriebezahnrad 1 in einem seitlichen Querschnitt zeigt. Demnach ist das zweite Zahnrad 3 mit seinen Fortsätzen 10 derart weit in die Aussparungen 5 eingeschoben, dass zwischen den beiden Hinterschneidungen 6, 16 der beiden Zahnräder 2, 3 ein Überlappungsbereich 18 ausgebildet ist. Die beiden Zahnräder 2, 3 liegen im Bereich ihrer Stirnseiten 8a aneinander an. Die Fortsätze 10 schließen mit der vom zweiten Zahnrad 3 abgewandten Stirnseite 8b des ersten Zahnrades 2 bündig ab.
Der Überlappungsbereich 18 ist im Bereich der Ringnut 7 ausgebildet. Das Federelement 11 ist im Überlappungsbereich 18 angeordnet. Das als Metallfeder ausgebildete Federelement 11 ist in Axialrichtung derart gebogen, dass es sich zwischen der ersten Hinterschneidung 6 des ersten Zahnrades 2 und der zweiten Hinterschneidung 16 des zweiten Zahnrades 3 derart abstützt, dass die beiden Zahnräder in Axialrichtung gegeneinander verspannt sind, wobei die einander zugewandten Stirnseiten 8a der beiden Zahnräder 2, 3 aneinandergepresst werden. Hierdurch werden die beiden Zahnräder 2, 3 in Axialrichtung zueinander fixiert gehalten. Das Federelement 11 stützt sich im Bereich der ersten Hinterschneidung 6 in den zwei Stützpunkten 15a, 15b ab, wobei aufgrund der Schnittdarstellung in 4 lediglich einer dieser beiden Stützpunkte 15b ersichtlich ist. Im Bereich der zweiten Hinterschneidung 16 des zweiten Zahnrades 3 stützt sich das Federelement 11 in dem dritten Stützpunkt 15c ab. Die beiden Zahnräder 2, 3 werden somit mittels des Federelements 11 in Axialrichtung gegeneinander verspannt. Wie in 4 gut zu erkennen ist, sind die beiden Zahnräder 2, 3 unterschiedlich tief ausgebildet. Das zweite Zahnrad 3 ist deutlich dünner als das erste Zahnrad 2 ausgebildet.
In den 5–8 ist ein alternatives Ausführungsbeispiel des Getriebezahnrades 1 dargestellt. 5 zeigt die beiden Zahnräder 2, 3 des Getriebezahnrades 1 im voneinander gelösten Zustand. Im Vergleich zum in 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel unterscheidet sich das zweite Zahnrad 3 im Wesentlichen darin, dass die Fortsätze 10 keine Hinterschneidungen 16 aufweisen (vgl. 1). Ferner ist die Anzahl der Fortsätze 10 auf zwei reduziert.
Das erste Zahnrad 2 unterscheidet sich zudem im Vergleich zum ersten Ausführungsbeispiel im Wesentlichen dadurch, dass die Ringnut 7 nicht durchgängig ausgebildet ist, sondern Stege 19 aufweist. Die erste Hinterschneidung 6 der jeweiligen Aussparung 5 ist somit mittels der Stege 19a, 19b in Umfangsrichtung begrenzt. Infolgedessen verbindet die Ringnut 7 die Aussparungen 5 des ersten Zahnrades 2 nicht zu einer großen in Umfangsrichtung zusammenhängenden Aussparung.
Alle übrigen Merkmale der beiden Zahnräder 2, 3 entsprechen dem ersten Ausführungsbeispiel. Demnach sind insbesondere die Fortsätze 10 auch in diesem Fall in Umfangsrichtung mit Spiel in der jeweiligen Aussparung 5 aufgenommen. Ferner weisen die Fortsätze 10 und die damit korrespondierenden Aussparungen 5 einen im Wesentlichen identischen Querschnitt auf. In den Seitenbereichen der als Ringsegment ausgebildeten Fortsätze 10 weisen diese analog gegenüber den Aussparungen 5 ein Spiel auf, so dass beim Ineinandergreifen die beiden Zahnräder 2, 3 in Umfangsrichtung zueinander verdrehbar sind.
Gemäß 6 und 7 ist das Federelement 11 als Elastomerkörper ausgebildet. Das Federelement 11 füllt die mittels der beiden Stege 19a, 19b begrenzte Aussparung 5 im Bereich der ersten Hinterschneidung 6 vollständig aus. Das Federelement 11 ist somit in dem mittels der Stege 19a, 19b begrenzten Teilsegment der Ringnut 7 vollständig aufgenommen. Das als Elastomerkörper ausgebildete Federelement 11 weist eine Ausnehmung 20 auf. Die Ausnehmung 20 entspricht im Wesentlichen im Querschnitt der Kontur des Fortsatzes 10.
Der Fortsatz 10 ist gemäß 8 in Axialrichtung in die Aussparung 5 sowie Ausnehmung 20 eingeführt. Der Fortsatz 10 ist soweit in die Aussparung 5 sowie Ausnehmung 20 eingepresst, dass die Stirnseiten 8a der beiden Zahnräder 2, 3 aneinander liegen. Der Fortsatz 10 ist mittels des als Elastomerkörper ausgebildeten Federelementes 11 derart in dem Segment der Ringnut 7, insbesondere in Radial- und/oder Umfangsrichtung, verpresst, dass die beiden Zahnräder 2, 3 in Axialrichtung zueinander gehalten sind. Das als Elastomerkörper ausgebildete Federelement 11 kann zusätzlich oder alternativ mit dem ersten Zahnrad 2 und/oder dem zweiten Zahnrad 3, insbesondere im Bereich des Fortsatzes 10 und/oder der Ringnut 7 mittels Vulkanisation stoffschlüssig verbunden sein. Im Betriebszustand des Getriebezahnrades wirken in Axialrichtung nur relativ geringe Kräfte, so dass die beiden Zahnräder 2, 3 mittels des als Elastomerkörper ausgebildeten Federelementes 11 ausreichend stark zueinander gehalten bzw. fixiert sind.
Um die beiden Zahnräder 2, 3 in Umfangsrichtung gegeneinander zu verspannen, ist gemäß 7 das als Elastomerkörper ausgebildete Federelement 11 asymmetrisch in Umfangsrichtung ausgebildet. Demnach weist das als Elastomerkörper ausgebildete Federelement 11 im Bereich einer der beiden Seitenflächen 13, 13b des Fortsatzes 10 im Vergleich zur gegenüberliegenden Seite mehr Material auf, so dass der Fortsatz 10 in Umfangsrichtung gegenüber der Aussparung 5 federbeaufschlagt verdreht ist. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel weist das als Elastomerkörper ausgebildete Federelement 11 im Bereich der Seitenfläche 13b mehr Material auf als im Bereich der Seitenfläche 13a. Infolgedessen ist das zweite Zahnrad 3 im Ausmaß des vorhandenen Spiels gegenüber dem ersten Zahnrad 2 entgegen dem Uhrzeigersinn verdreht, so dass der Versatz zwischen den beiden Verzahnungen ausgebildet wird.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf das dargestellte und beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Abwandlungen im Rahmen der Patentansprüche sind ebenso möglich wie eine Kombination der Merkmale, auch wenn sie in unterschiedlichen Ausführungsbeispielen dargestellt und beschrieben sind.
Bezugszeichenliste

1: Getriebezahnrad
2: erstes Zahnrad
3: zweites Zahnrad
4: Verzahnung
5: Aussparung
6: erste Hinterschneidung
7: Ringnut
8: Stirnseite
9: Absatz
10: Fortsatz
11: Federelement
12: freies Ende
13: Seitenfläche
14: Seitenwand
15: Stützpunkt
16: zweite Hinterschneidung
17: Öffnung
18: Überlappungsbereich
19: Steg
20: Ausnehmung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19757433 A1 [0003]
DE 20313595 U1 [0004]

Claims

Getriebezahnrad (1) zum Spielausgleich zwischen diesem und einem dafür vorgesehenen Eingriffszahnrad, insbesondere eines Planeten-, Stirnrad- und/oder Kegelgetriebes, mit zwei koaxial zueinander angeordneten Zahnrädern (2; 3), die in Umfangsrichtung zueinander verdrehbar sind und mittels zumindest eines Federelementes (11) in Umfangsrichtung derart gegeneinander verspannt sind, dass die Verzahnungen (4) der beiden Zahnräder (2; 3) zueinander einen Versatz aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (11) die beiden Zahnräder (2; 3) zueinander in Axialrichtung mittels Stoff-, Kraft- und/oder Formschluss hält.
Getriebezahnrad gemäß dem vorherigen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eines der beiden Zahnräder (2; 3) zumindest einen Fortsatz (10) aufweist, der in eine Aussparung (5) des damit korrespondierenden Zahnrades (2; 3) derart eingreift, dass in Umfangsrichtung eine spielbehaftete formschlüssige Verbindung ausgebildet ist.
Getriebezahnrad gemäß einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (11) mit dem Fortsatz (10) und der Aussparung (5) derart korrespondiert, dass der Fortsatz (10) in der Aussparung (5) gehalten ist.
Getriebezahnrad gemäß einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (11) die beiden Zahnräder (2; 3) in Axialrichtung gegeneinander verspannt.
Getriebezahnrad gemäß einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Fortsatz (10) und/oder die Aussparung (5) eine Hinterschneidung (6; 16) aufweist, in die das Federelement (11) derart eingreift, dass die beiden Zahnräder (2; 3) in Axialrichtung zueinander formschlüssig gehalten sind und/oder derart in Axialrichtung zueinander verspannt sind, dass sie, insbesondere im Bereich ihrer Stirnseiten (8a), aneinandergepresst sind.
Getriebezahnrad gemäß einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (11) ein Elastomerkörper und/oder eine Metallfeder ist.
Getriebezahnrad gemäß einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Elastomerkörper derart zwischen dem Fortsatz (10) und zumindest einer Seitenwand (14) der Aussparung (5) vorgespannt angeordnet ist, dass der Fortsatz (10) kraftschlüssig in der Aussparung (5) gehalten ist.
Getriebezahnrad gemäß einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Elastomerkörper mittels Vulkanisieren mit zumindest einem der beiden Zahnräder (2; 3) stoffschlüssig verbunden ist.
Getriebezahnrad gemäß einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Elastomerkörper eine Ausnehmung (20) aufweist, in welcher der Fortsatz (10) aufgenommen ist.
Getriebezahnrad gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Metallfeder im Wesentlichen in Umfangsrichtung des Getriebezahnrades (1) erstreckt.
Getriebezahnrad gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Metallfeder mit einem ersten freien Ende (12b) am Fortsatz (10) und einem zweiten freien Ende (12a) an einem Absatz (9) der Aussparung (5) derart abstützt, dass die beiden Zahnräder (2; 3) in Umfangsrichtung gegeneinander verspannt sind.
Getriebezahnrad gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallfeder im Bereich des Fortsatzes (10), insbesondere in Axialrichtung, derart gebogen ist, dass sie sich zwischen der Hinterschneidung (16) des Fortsatzes (10) und der Hinterscheidung (6) der Aussparung (5) derart abstützt, dass die beiden Zahnräder (2; 3) in Axialrichtung gegeneinander verspannt sind.
Getriebe, insbesondere ein Planeten-, Stirnrad- oder Kegelgetriebe, mit einem Getriebezahnrad (1) und einem damit einkämmenden Eingriffszahnrad, wobei das Getriebezahnrad (1) zwei koaxial zueinander angeordneten Zahnrädern (2; 3) aufweist, die in Umfangsrichtung zueinander verdrehbar sind und mittels zumindest eines Federelementes (11) in Umfangsrichtung derart gegeneinander verspannt sind, dass die Verzahnungen (4a; 4b) der beiden Zahnräder (2; 3) zueinander einen Versatz aufweisen und sich zum Spielausgleich in der Verzahnung des Eingriffszahnrades verspreizen, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebezahnrad (1) nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche ausgebildet ist.