DE102016219466A1

DE102016219466A1 - Verkeilte Passverzahnung

Info

Publication number: DE102016219466A1
Application number: DE102016219466.6A
Authority: DE
Inventors: Bert Beirinckx
Original assignee: ZF Wind Power Antwerpen NV; ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Wind Power Antwerpen NV; ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2016-10-07
Filing date: 2016-10-07
Publication date: 2018-04-12
Also published as: WO2018065287A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung mit einer ersten Verzahnung (103) und einer zweiten Verzahnung; wobei die erste Verzahnung (103) und die zweite Verzahnung eine Passverzahnung bilden. Ein erster Zahn (105) und ein zweiter Zahn der ersten Verzahnung (103) verjüngen sich in eine axiale Richtung; wobei ein Zahn (201) der zweiten Verzahnung in einen Zwischenraum zwischen dem ersten Zahn (105) und dem zweiten Zahn eingreift; und wobei der Zahn (201) der zweiten Verzahnung sich entgegen der Richtung verjüngt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Aus dem Stand der Technik sind Passverzahnungen bekannt. Diese werden in der Norm DIN 5480 beschrieben. Bei einer Passverzahnung greifen eine äußere Verzahnung und eine innere Verzahnung ineinander, so dass eine drehfeste Verbindung entsteht.
Um eine Passverzahnung in axialer Richtung zu sichern, sind zusätzliche Mittel erforderlich. Diese erhöhen den erforderlichen Aufwand bei der Montage.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Umgehung der den aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen innewohnenden Nachteile eine Passverzahnung verfügbar zu machen. Insbesondere soll die Passverzahnung einfach und damit kostengünstig montierbar sein.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Anordnung nach Anspruch 1. Bevorzugte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen enthalten.
Die Anordnung weist eine erste Verzahnung und eine zweite Verzahnung auf. Die beiden Verzahnungen bilden eine Passverzahnung. Es kann sich bei der ersten Verzahnung um eine Innenverzahnung und bei der zweiten Verzahnung um eine Außenverzahnung oder bei der ersten Verzahnung um eine Außenverzahnung und bei der zweiten Verzahnung um eine Innenverzahnung handeln. Handelt es sich bei der ersten Verzahnung um eine Innenverzahnung, ist die zweite Verzahnung als Außenverzahnung ausgeführt. Handelt es sich umgekehrt bei der ersten Verzahnung um eine Außenverzahnung, ist die zweite Verzahnung entsprechend als Innenverzahnung ausgeführt.
Erfindungsgemäß verjüngen sich ein erster Zahn und ein zweiter Zahn der ersten Verzahnung in eine axiale erste Richtung. Die erste Richtung verläuft ebenso wie eine zweite Richtung, die entgegen der ersten Richtung weist, parallel zu einer Mittelachse der ersten Verzahnung, die wiederum einer Mittelachse der zweiten Verzahnung entspricht. Sind die erste Verzahnung und die zweite Verzahnung drehbar gelagert, stimmt die Mittelachse mit einer Drehachse der beiden Verzahnungen überein. Jeweils zwei Zähne der ersten Verzahnung bzw. der zweiten Verzahnung lassen sich durch Rotation um die Mittelachse aufeinander abbilden.
Die Verjüngung des ersten Zahns und des zweiten Zahns in die erste Richtung ist gleichbedeutend mit einer Verringerung einer Querschnittsfläche des ersten Zahns und des zweiten Zahns in die erste Richtung. Dies bedeutet, dass die Querschnittsflächen des ersten Zahns und des zweiten Zahns in die erste Richtung streng monoton fallen.
Die Querschnittsfläche ist definiert als Fläche, in der eine radial, d. h. orthogonal zu der Mittelachse verlaufende Ebene den ersten Zahn bzw. den zweiten Zahn schneidet. Verschiebt sich diese Fläche in die erste Richtung, verringert sich der Flächeninhalt der Schnittfläche.
Die Schnittfläche wird begrenzt durch einen in der genannten Ebene verlaufenden Kopfkreis und einen ebenso in dieser Ebene verlaufenden Fußkreis der ersten Verzahnung. Weiterhin wird die Fläche begrenzt durch Schnittlinien, in denen die Flanken des ersten Zahns bzw. des zweiten Zahns die Ebene schneiden.
Ein Zahn der zweiten Verzahnung greift in einen Zwischenraum zwischen dem ersten Zahn und dem zweiten Zahn ein. Dies impliziert, dass der erste Zahn und der zweite Zahn benachbart sind bzw. aneinander angrenzen und einen gemeinsamen Zahnfuß ausbilden. Eine Flanke des ersten Zahns und eine Flanke des zweiten Zahns stehen aneinander gegenüber.
Entsprechend der sich in die erste Richtung verjüngenden Ausgestaltung des ersten Zahns und des zweiten Zahns verjüngt sich der Zwischenraum in entgegengesetzter Richtung, d. h. in die zweite Richtung. Der Zahn der zweiten Verzahnung ist so ausgestaltet, dass seine Flanken mindestens in einem Linienkontakt jeweils zu einer Flanke des ersten Zahns und eine Flanke des zweiten Zahns stehen. Daher verjüngt sich auch der Zahn der zweiten Verzahnung in die zweite Richtung.
Die Verjüngung des Zahns der zweiten Verzahnung in die zweite axiale Richtung ist gleichbedeutend mit einer Verringerung einer Querschnittsfläche dieses Zahns in die zweite Richtung. Die Querschnittsfläche des Zahns der zweiten Verzahnung ist somit in die erste Richtung streng monoton steigend.
Die Querschnittsfläche ist definiert als Fläche, in der eine radial, d. h. orthogonal zu der Mittelachse verlaufende Ebene den Zahn der zweiten Verzahnung Zahn schneidet. Verschiebt sich diese Fläche in die zweite Richtung, verringert sich der Flächeninhalt der Schnittfläche.
Die Schnittfläche wird begrenzt durch einen in der genannten Ebene verlaufenden Kopfkreis und einen ebenso in dieser Ebene verlaufenden Fußkreis der zweiten Verzahnung. Weiterhin wird die Fläche begrenzt durch Schnittlinien, in denen die Flanken des Zahns der zweiten Verzahnung die Ebene schneiden.
Die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Verzahnungen erlaubt die Übertragung einer in die erste Richtung wirkenden Axialkraft von der ersten Verzahnung auf die zweite Verzahnung. Umgekehrt kann von der zweiten Verzahnung eine in die zweite Richtung wirkende Axialkraft auf die erste Verzahnung übertragen werden. Mittel zur axialen Fixierung der ersten Verzahnung und der zweiten Verzahnung sind dabei nicht erforderlich.
Der erste Zahn, der zweite Zahn und der Zahn der zweiten Verzahnung verjüngen sich in einer bevorzugten Weiterbildung über ihre gesamte Breite. Die Breite der einzelnen Zähne erstreckt sich in axialer Richtung. Weiterbildungsgemäß verjüngen sich also der erste Zahn, der zweite Zahn und der Zahn der zweiten Verzahnung jeweils beginnend von einer ersten Stirnfläche zu einer zweiten Stirnfläche der ersten Verzahnung. Die zweite Stirnfläche der ersten Verzahnung befindet sich ausgehend von der ersten Stirnfläche in der ersten Richtung. Entsprechend befindet sich die zweite Stirnfläche der zweiten Verzahnung ausgehend von der ersten Stirnfläche in der zweiten Richtung.
Die Verjüngungen des ersten Zahns, des zweiten Zahns und des Zahns der zweiten Verzahnung zeigen sich insbesondere in tangentialen Längsschnitten. So bilden vorzugsweise die Flanken des ersten Zahns, des zweiten Zahns und des Zahns der zweiten Verzahnung jeweils in mindestens in einen tangentialen Längsschnitt antiparallele Geraden. Dies bedeutet, dass die Schnittlinien jeweils zweier Flanken jeweils des ersten Zahns, des zweiten Zahns und des Zahns der zweiten Verzahnung antiparallel verlaufen. In einer bevorzugten Weiterbildung sind der erste Zahn, der zweite Zahn und der Zahn der zweiten Verzahnung jeweils in mindestens einem tangentialen Längsschnitt trapezförmig.
Ein tangentialer Längsschnitt ist ein Längsschnitt, der tangential ausgerichtet ist. Eine tangentiale Ausrichtung bezeichnet eine Ausrichtung orthogonal zu einer radial verlaufenden Geraden. Eine radial verlaufende Gerade wiederum schneidet die oben genannte Mittelachse und ist zu dieser orthogonal ausgerichtet.
Eine Mittelachse des ersten Zahns, des zweiten Zahns und des Zahns der zweiten Verzahnung sind in einer bevorzugten Weiterbildung jeweils windschief zu der Mittelachse ausgerichtet. Dies bedeutet, dass die Mittelachse des jeweiligen Zahns und die Mittelachse der ersten Verzahnung und der zweiten Verzahnung antiparallel verlaufen und sich nicht schneiden. Die windschiefe Ausrichtung entlastet die Passverzahnung von im zeitlichen Verlauf konstanten Axialkräften, die etwa durch schräg verzahnte Arbeitsverzahnungen hervorgerufen werden können.
In einer darüber hinaus bevorzugten Weiterbildung gelten obige Ausführungen für jeden Zahn der ersten Verzahnung und jeden Zahn der zweiten Verzahnung. Insbesondere verjüngt jeder Zahn der ersten Verzahnung sich in die erste Richtung und jeder Zahn der zweiten Verzahnung entgegengesetzt dazu.
Die erfindungsgemäße Anordnung und ihre Weiterbildungen kommen bevorzugt in einem Planetengetriebe mit mindestens zwei Planetenstufen zum Einsatz. Eine erste der beiden Planetenstufen weist ein Sonnenrad auf, das drehfest mit einer Sonnenwelle verbunden ist. Die Sonnenwelle bildet die erste Verzahnung aus.
In einer bevorzugten Weiterbildung des Planetengetriebes weist eine zweite der beiden Planetenstufen einen Planetenträger auf, der die zweite Verzahnung ausbildet. Über die erste Verzahnung und die zweite Verzahnung ist die Sonnenwelle somit formschlüssig mit dem Planetenträger verbunden. Ein derartiges Getriebe kommt etwa als Getriebe einer Windkraftanlage zum Einsatz.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt. Übereinstimmende Bezugsziffern kennzeichnen dabei gleiche oder funktionsgleiche Merkmale. Im Einzelnen zeigt:
1 eine sich axial verjüngende Außenverzahnung; und
2 einen tangentialen Längsschnitt.
Gemäß 1 weist eine Sonnenwelle 101 eine Außenverzahnung 103 auf, die Teil einer Passverzahnung ist. Die Außenverzahnung 103 lässt sich also in eine in 1 nicht dargestellte Innenverzahnung stecken, sodass sie mit dieser eine formschlüssige, drehfeste Verbindung eingeht.
Die Außenverzahnung 103 weist eine Vielzahl von Zähnen auf, von denen in 1 beispielhaft ein erster Zahn 105, ein zweiter Zahn 107 und ein dritter Zahn 109 dargestellt sind. Das Profil sämtlicher Zähne der Außenverzahnung 103 verjüngt sich in axialer Richtung. Dies ist in 1 beispielhaft für den ersten Zahn 105 dargestellt. Insbesondere verjüngen sich auch das Profil des zweiten Zahns 107 und des dritten Zahns 109.
Die Außenverzahnung 103 ist schrägverzahnt ausgeführt. So verlaufen die Mittelachsen der einzelnen Zähne der Außenverzahnung 103 windschief zu einer Mittelachse 111 der Sonnenwelle 101. Insbesondere eine Mittelachse 113 des ersten Zahns 105 verläuft zu der Mittelachse 111 windschief.
Der in 2 dargestellte tangential verlaufende Längsschnitt beinhaltet neben dem ersten Zahn 105 der Außenverzahnung 103 Zähne 201 der Innenverzahnung, die mit der Außenverzahnung 103 die Passverzahnung bildet. Die Zähne 201 verjüngen sich entgegengesetzt zu dem ersten Zahn 105. Auf diese Weise verkeilen sich der erste Zahn 105 und die Zähne 201 der Außenverzahnung ineinander.
Bezugszeichenliste

101: Sonnenwelle
103: Außenverzahnung
105: erster Zahn
107: zweiter Zahn
109: dritter Zahn
111: Mittellachse
113: Mittelachse
201: Zahn einer Außenverzahnung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

Norm DIN 5480 [0002]

Claims

Anordnung mit einer ersten Verzahnung (103) und einer zweiten Verzahnung; wobei die erste Verzahnung (103) und die zweite Verzahnung eine Passverzahnung bilden; dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Zahn (105) und ein zweiter Zahn der ersten Verzahnung (103) sich in eine axiale Richtung verjüngen; wobei ein Zahn (201) der zweiten Verzahnung in einen Zwischenraum zwischen dem ersten Zahn (105) und dem zweiten Zahn eingreift; und wobei der Zahn (201) der zweiten Verzahnung sich entgegen der Richtung verjüngt.
Anordnung nach Anspruch 1; dadurch gekennzeichnet, dass der erste Zahn (105), der zweite Zahn und der Zahn (201) der zweiten Verzahnung sich über ihre gesamte Breite verjüngen.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche; dadurch gekennzeichnet, dass der erste Zahn (105), der zweite Zahn und der Zahn (201) der zweiten Verzahnung jeweils in mindestens einem tangentialen Längsschnitt trapezförmig sind.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche; dadurch gekennzeichnet, dass Mittelachsen (111) des ersten Zahns (105), des zweiten Zahns und des Zahns (201) der zweiten Verzahnung jeweils windschief zu einer Mittelachse (113) der ersten Verzahnung (113) und der zweiten Verzahnung ausgerichtet ist.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche; dadurch gekennzeichnet, dass jeder Zahn der ersten Verzahnung (103) sich in die Richtung verjüngt; wobei jeder Zahn der zweiten Verzahnung sich entgegen der Richtung verjüngt.
Planetengetriebe mit mindestens einem Sonnenrad und mindestens einer Sonnenwelle (101); wobei das Sonnenrad und die Sonnenwelle (101) drehfest miteinander verbunden sind; gekennzeichnet durch eine Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche; wobei die Sonnenwelle (101) die erste Verzahnung (103) der Anordnung ausbildet.
Planetengetriebe nach dem vorhergehenden Anspruch; gekennzeichnet durch mindestens einen Planetenträger; wobei der Planetenträger die zweite Verzahnung der Anordnung ausbildet.
Verzahnung (105); dadurch gekennzeichnet, dass die Verzahnung (105) ausgebildet ist, mit einer weiteren Verzahnung eine Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche auszubilden.