-
Die Erfindung betrifft eine Stirnradstufe für ein Getriebe, umfassend zwei miteinander kämmende, schrägverzahnte Stirnräder, welche über mindestens einen Druckkamm axial zueinander geführt sind. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Getriebe, welches eine vorgenannte Stirnradstufe umfasst.
-
Bei Stirnradstufen von Getrieben kommen häufig Stirnräder mit Schrägverzahnungen zur Anwendung. Dabei haben Stirnradstufen mit schrägverzahnten Stirnrädern im Vergleich zu Geradverzahnungen den Vorteil, dass ein ruhigerer Lauf erzielt werden kann, da Eingriffe und Ablösungen der Zähne der beiden Stirnräder allmählich erfolgen und zudem mehrere Zähne gleichzeitig im Eingriff sind, also ein größerer Überdeckungsgrad realisiert wird. Des Weiteren sind Schrägzähne höher belastbar als gleiche Abmessungen aufweisende Geradzähne und zudem unempfindlicher gegen Zahnformfehler. Als Nachteil entstehen bei Schrägverzahnungen unter Belastung jedoch Axialkräfte, welche entsprechend abzustützen sind und zusätzliche Belastungen für Wellen und Lager bedeuten. Insofern weisen Stirnradstufen mit schrägverzahnten Stirnrädern im Vergleich zu Geradverzahnungen geringere Wirkungsgrade auf, da die auftretenden Axialkräfte entsprechende Reibungsverluste nach sich ziehen. Neben Vorsehen entsprechender Wälzlager zur Abstützung der Axialkräfte kommen zum Teil auch sogenannte Druckkämme zur Anwendung, welche die schrägverzahnten Stirnräder axial zueinander führen. Hierdurch kann ein axialer Kraftfluss deutlich kürzer geschlossen werden, als bei konventionellen, axialen Lagerungen über Wälzlager.
-
Aus der
DE 10 2011 105 729 A1 geht eine Stirnradstufe für ein Getriebe hervor, die zwei miteinander kämmende, schrägverzahnte Stirnräder umfasst. Dabei sind die beiden Stirnräder axial zueinander über Druckkämme geführt, die axial beiderseits von Schrägverzahnungen der Stirnräder an diesen ausgebildet sind. Diese scheibenförmig gestalteten Druckkämme sind einander jeweils paarweise zugeordnet, wobei die beiden Druckkämme eines Paares dabei über einander zugewandte Kontaktflächen verfügen, über welche nach Möglichkeit ein Punktkontakt zwischen diesen Druckkämmen dargestellt wird.
-
Ausgehend vom vorstehend beschriebenen Stand der Technik ist es nun die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Stirnradstufe für ein Getriebe zu schaffen, welche sich durch einen hohen Wirkungsgrad auszeichnen.
-
Diese Aufgabe wird ausgehend vom Oberbegriff des Anspruchs 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Die hierauf folgenden, abhängigen Ansprüche geben jeweils vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder.
-
Gemäß der Erfindung umfasst eine Stirnradstufe für ein Getriebe zwei miteinander kämmende, schrägverzahnte Stirnräder, welche über mindestens einen Druckkamm axial zueinander geführt sind. Im Sinne der Erfindung sind die beiden miteinander kämmenden Stirnräder dabei auf zueinander parallel verlaufenden Wellen angeordnet, wobei zumindest eines dieser Stirnräder, insbesondere ein Ritzel der Zahnradpaarung, einstückig mit der jeweiligen Welle ausgestaltet sein kann, indem die Welle in dem entsprechenden Bereich mit der Schrägverzahnung versehen ist. Des Weiteren sind beide Stirnräder bevorzugt jeweils drehfest auf der je zugehörigen Welle angeordnet, wobei die Stirnradstufe prinzipiell aber auch schaltbar gestaltet sein kann. Im letztgenannten Fall ist dann eines der Stirnräder drehfest auf der zugehörigen Welle platziert, während das jeweils andere Stirnrad drehbar auf der zugehörigen Welle gelagert ist und erst durch Betätigung eines zugehörigen Schaltelements an dieser Welle festgesetzt wird.
-
Unter einem „Druckkamm“ ist im Sinne der Erfindung ein ringförmiges Element mit einer konischen Fläche zu verstehen, über welches sich die beiden Stirnräder axial aufeinander abstützen können. Hierbei kann dieses ringförmige Element entweder Teil des jeweiligen Stirnrades sein oder auch als separates Maschinenelement vorliegen. Insofern handelt es sich bei einem Druckkamm um eine Axialführung, wie sie auch in der
DE 10 2011 105 729 A1 insbesondere durch Verweisung auf weitere Dokumente beschrieben ist.
-
Die Erfindung umfasst nun die technische Lehre, dass die Stirnräder eine Profilüberdeckung ≤ 1,1, insbesondere ≤ 1, haben. Eine derartige Ausgestaltung einer Stirnradstufe für ein Getriebe hat dabei den Vorteil, dass durch eine derartig gering gewählte Profilüberdeckung ein hoher Wirkungsgrad der Stirnradstufe und damit auch des Getriebes, bei welchem diese Anwendung findet, verwirklicht werden kann. In Kombination mit der Verwendung mindestens eines Druckkamms kann die aufgrund der Schrägverzahnung der Stirnräder entstehende Axialkraft zudem mit geringen Verlusten abgestützt werden. Denn mit Hilfe des mindestens einen Druckkamms wird ein axialer Kraftfluss sehr kurz geschlossen, so dass die Stirnräder, Wellen und vor allen Dingen Lagerungen der Wellen leichter ausgelegt und damit Leistungsverluste minimiert werden können. Des Weiteren ist es hierdurch möglich, von außen her auftretende Axialkräfte von der jeweils schnelllaufenden Welle auf die langsam laufende Welle zu übertragen, wo sie mit geringeren Verlusten über ein jeweils vorgesehenes Axiallager abgeleitet werden können. Dies ist insbesondere bei schnelllaufenden Getrieben, wie beispielsweise bei Elektrofahrzeugantrieben, Windkraftgetrieben oder Turbogetrieben, von Interesse.
-
Im Falle der
DE 10 2011 105 729 A1 ist hingegen keine Aussage über eine Profilüberdeckung der Stirnräder getroffen. Insofern wird in diesem Falle nicht die im Rahmen der erfindungsgemäßen Ausgestaltung erzielbare Verbesserung des Wirkungsgrades der Stirnradstufe realisiert.
-
Erfindungsgemäß handelt es sich bei der „Profilüberdeckung“ der Stirnräder um den dem Fachmann geläufigen, zeitlichen Mittelwert der Anzahl der im Eingriff befindlichen Zahnpaare, also das Verhältnis einer Eingriffsstrecke der Verzahnung zu einer Eingriffsteilung der Verzahnung. Diese Profilüberdeckung liegt nun erfindungsgemäß unterhalb des Werts 1,1 oder entspricht diesem, wobei besonders bevorzugt ein Wert ≤ 1 angestrebt werden.
-
Entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung ist zudem eine Sprungüberdeckung der Stirnräder > 1 gewählt. Vorteilhafterweise kann hierdurch eine geringe Geräuschanregung durch einen dementsprechend groß gewählten Schrägungswinkel der Stirnräder erreicht werden.
-
In Weiterbildung der Erfindung sind die Stirnräder jeweils axial beiderseits einer jeweiligen Verzahnung mit Druckkämmen versehen, wobei die jeweils auf einer axialen Seite der Verzahnungen der Stirnräder liegenden, einander zugeordneten Druckkämme über einander zugewandte Kontaktflächen verfügen. Bevorzugt liegen die Druckkämme dabei als kegelstumpfförmige Scheiben vor. Mittels einer derartigen Ausgestaltung einer Stirnradstufe kann eine axiale Führung der schrägverzahnten Stirnräder zueinander auf kompakte Art und Weise direkt an den Stirnrädern realisiert werden, wodurch ein axialer Kraftfluss äußerst kompakt geschlossen werden kann. Insofern werden hierdurch keine Axialschwingungen angeregt. Alternativ dazu kann ein Druckkammpaar aber auch nur auf einer axialen Seite der Verzahnungen vorgesehen sein, um die axiale Abstützung der Stirnräder aneinander nur in eine maßgebliche axiale Richtung zu realisieren. Des Weiteren kann eine axiale Führung prinzipiell auch durch ein als separates Maschinenelement ausgeführten Druckkamm verwirklicht sein, welcher als Scheibe auf einer der die Stirnräder führenden Wellen vorgesehen ist und dabei seitens der jeweils anderen Welle in eine umlaufende Nut einfasst.
-
Mittels einer kegelstumpfartigen Gestaltung der Druckkämme kann zudem bei einem Druckkammpaar ein konvergierender Schmierspalt hervorgerufen werden, welcher über in den Bereich der Verzahnungen gelangtes Öl versorgt wird. Ggf. kann die Kontaktfläche eines der paarweise zugeordneten Druckkämme auch gerundet gestaltet sein, um einen hohe Pressungen bedeutenden Linienkontakt zu vermeiden und stattdessen einen Punktkontakt zwischen den Druckkämmen zu definieren.
-
Entsprechend einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind die Stirnräder auf parallel zueinander verlaufenden Wellen angeordnet, wobei eine der Wellen axial schwimmend gelagert ist. Insofern erfolgt nur eine reine radiale Lagerung dieser Welle, so dass deren Lager entsprechend einfach gestaltet werden können.
-
Die Erfindung ist nicht auf die angegebene Kombination der Merkmale des Hauptanspruchs oder der hiervon abhängigen Ansprüche beschränkt. Es ergeben sich darüber hinaus Möglichkeiten, einzelne Merkmale, auch soweit sie aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung oder unmittelbar aus den Zeichnungen hervorgehen, miteinander zu kombinieren. Die Bezugnahme der Ansprüche auf die Zeichnungen durch Verwendung von Bezugszeichen soll den Schutzumfang der Ansprüche nicht beschränken.
-
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung, die nachfolgend erläutert wird, ist in den Zeichnungen dargestellt. Es zeigt:
-
1 eine schematische Darstellung eines Antriebssystems mit einem Getriebe; und
-
2 eine schematische Einzelansicht einer Stirnradstufe des Getriebes aus 1, ausgestaltet entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
-
Aus 1 geht eine schematische Ansicht eines Antriebssystems hervor, welches eine Maschine 1 in Form einer Elektromaschine und ein Getriebe 2 umfasst. Das Getriebe 2 verfügt dabei über zwei Stirnradstufen 3 und 4, über welche Drehbewegungen zwischen einer Abtriebswelle 5 der Maschine 1 und einer achsparallel verlaufenden Ausgangswelle 6 übersetzt werden können. Hierbei ist die Stirnradstufe 3 zwischen der Abtriebswelle 5 und einer Vorgelegewelle 7 vorgesehen, welche achsparallel zu der Abtriebswelle 5 und der Ausgangswelle 6 zwischen diesen liegend angeordnet ist, während die Stirnradstufe 4 zwischen der Vorgelegewelle 7 und der Ausgangswelle 6 platziert ist.
-
Die Stirnradstufen 3 und 4 setzen sich jeweils aus Stirnrädern 8 und 9 bzw. 10 und 11 zusammen, welche jeweils als schrägverzahnte Stirnräder ausgeführt sind. Ferner sind sowohl die Vorgelegewelle 7, als auch die Ausgangswelle 6 über je zugeordnete Lager 12 und 13 bzw. 14 und 15 nach Art einer Fest- und Loslagerung gelagert, während die Abtriebswelle 5 über – vorliegend nicht weiter dargestellte – Lager lediglich in radialer Richtung gelagert ist und in axialer Richtung schwimmt.
-
Eine Abstützung von durch die Schrägverzahnung der Stirnräder 8 und 9 entstehenden oder auch von außen eingeleiteten Axialkräfte erfolgt im Falle der Stirnradstufe 3 über Druckkämme 16 bis 19, wie insbesondere aus der weiteren schematischen Ansicht in 2 hervorgeht. Diese Druckkämme 16 bis 19 liegen dabei als kegelstumpfförmige Scheiben vor, welche axial beiderseits der Verzahnungen der Stirnräder 8 und 9 an diesen vorgesehen sind. Dabei sind die Druckkämme 16 bis 19 paarweise zusammengefasst, wobei die einem Paar zugehörigen Druckkämme 16 und 18 bzw. 17 und 19 über einander zugewandte Kontaktflächen 20 und 21 bzw. 22 und 23 verfügen. An diesen Kontaktflächen 20 und 21 bzw. 22 und 23 treten die einander zugeordneten Druckkämme 16 und 18 bzw. 17 und 19 zur Abstützung von Axialkräften im Bereich des Zahneingriffs der Stirnräder 8 und 9 miteinander in Kontakt. Dabei werden die Stirnräder 8 und 9 axial zueinander geführt und auch die Abtriebswelle 5 axial in der entsprechend gewünschten Position gehalten.
-
Um nun einen hohen Wirkungsgrad des Getriebes 2 zu erzielen, haben die Stirnräder 8 und 9 als Besonderheit eine Profilüberdeckung ≤ 1,1. Um dabei gleichzeitig eine geringe Geräuschanregung zu erzielen, sind die Stirnräder 8 und 9 zudem mit einem Schrägungswinkel ausgeführt, durch welchen eine Sprungüberdeckung > 1 definiert wird. In Kombination mit der Abstützung von Axialkräften über die Druckkämme 16 bis 19 kann hierdurch ein hoher Wirkungsgrad des Getriebes 2 erzielt werden.
-
Mittels der erfindungsgemäßen Ausgestaltung einer Stirnradstufe ist in der Folge ein hoher Wirkungsgrad bei gleichzeitig geringer Geräuschanregung realisierbar.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Maschine
- 2
- Getriebe
- 3
- Stirnradstufe
- 4
- Stirnradstufe
- 5
- Abtriebswelle
- 6
- Ausgangswelle
- 7
- Vorgelegewelle
- 8
- Stirnrad
- 9
- Stirnrad
- 10
- Stirnrad
- 11
- Stirnrad
- 12
- Lager
- 13
- Lager
- 14
- Lager
- 15
- Lager
- 16
- Druckkamm
- 17
- Druckkamm
- 18
- Druckkamm
- 19
- Druckkamm
- 20
- Kontaktfläche
- 21
- Kontaktfläche
- 22
- Kontaktfläche
- 23
- Kontaktfläche
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102011105729 A1 [0003, 0007, 0009]
