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Die Erfindung betrifft ein Zahnrad für ein Zahnradgetriebe, wobei das Zahnrad zwei axial benachbarte Zahnradhälften und eine axial zwischen den beiden Zahnradhälften angeordnete kreisringsegmentförmige Torsionsfeder aufweist.
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Wenn sich Zahnräder eines Getriebes im Leerlauf befinden oder von einer Drehrichtung in eine andere Drehrichtung wechseln, kann es zu störenden Geräuschen aufgrund aufeinander stoßender Zahnflanken der Zahnräder kommen. Ferner können Zahnräder auch axial an daran benachbarte Bauteile aufschlagen und dadurch störende Geräusche generieren.
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Die
DE 10 2015 206 063 A1 offenbart ein Zahnrad für ein Zahnradgetriebe, das in zwei axial einander benachbarte Stirnräder geteilt ist, und das eine kreisringsegmentförmige Torsionsfeder aufweist, zwischen deren umfangsseitig einander gegenüberliegenden Federenden ein Schlitz ausgebildet ist, in den zwei jeweils einem der beiden Stirnräder zugeordnete Nocken eingreifen, von denen der eine Nocken einem der beiden Federenden und der andere Nocken dem anderen Federende zugeordnet ist. Die beiden Nocken sind in axialer Richtung im Wesentlichen überdeckungsfrei angeordnet.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein gattungsgemäßes Zahnrad mit zwei Zahnradhälften und einer Torsionsfeder weiterzuentwickeln. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch das Zahnrad gemäß Anspruch 1 gelöst. Zweckmäßige Weiterbildungen sind den abhängigen Ansprüchen zu entnehmen.
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Ein erfindungsgemäßes Zahnrad für ein Zahnradgetriebe weist zwei axial benachbarte Zahnradhälften und eine axial zwischen den beiden Zahnradhälften angeordnete kreisringsegmentförmige Torsionsfeder auf, wobei die Torsionsfeder zwischen deren umfangsseitig sich im Wesentlichen gegenüberliegenden Federenden einen Spalt aufweist, in den zwei jeweils einem der beiden Zahnradhälften zugeordnete Nocken eingreifen, von denen der eine Nocken einem der beiden Federenden und der andere Nocken dem anderen Federende zugeordnet ist, wobei die beiden Nocken in axialer Richtung im Wesentlichen überdeckungsfrei angeordnet sind, wobei ferner die Torsionsfeder zumindest teilweise in axialer Richtung gebogen ist, wobei die sich im Wesentlichen gegenüberliegenden Federenden zur axialen Verspannung der beiden Zahnradhälften eine axiale Steigung zueinander aufweisen. Die beiden Zahnradhälften weisen bevorzugt dasselbe Zahnprofil und dieselbe Zähnezahl auf.
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Mit anderen Worten ist die Torsionsfeder zumindest teilweise in axialer Richtung gebogen ausgebildet, um die beiden Zahnradhälften axial zu verspannen. Somit wirkt auf die jeweilige Zahnradhälfte eine axiale Kraft, die durch die Torsionsfeder generiert wird und die beiden Zahnradhälften axial nach außen spannt, um axiale Schläge an den beiden Zahnradhälften zu vermeiden und somit dadurch generierte akustische Emissionen zu eliminieren. Ferner sind die beiden Zahnradhälften durch die Torsionsfeder auch radial verspannt. Wenn die beiden Zahnradhälften gegeneinander verdreht werden, drücken beide Nocken die Federenden unter einer Vergrößerung des Spaltes auseinander. Je kleiner der Spalt ist, desto geringer ist die Tendenz der Torsionsfeder, radial auszuwandern.
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In einem unbelasteten Zustand weisen die beiden Zahnradhälften aufgrund der Torsionsfeder, die auf sie einwirkt, eine maximale Relativdrehung zueinander auf, wobei die Vorspannung der Torsionsfeder minimal beziehungsweise Null ist. Je nach Anforderung können über die Ausbildung der Torsionsfeder die maximale Relativdrehung und die Vorspannung der Torsionsfeder eingestellt werden.
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In einem belasteten Zustand weisen die beiden Zahnradhälften aufgrund eines Zahneingriffs, beispielsweise eines weiteren Zahnrads, Hohlrads oder Sonnenrads, eine minimale beziehungsweise keine Relativdrehung zueinander auf, wobei die Vorspannung der Torsionsfeder maximal ist. Mit anderen Worten werden bei einer Kraftübertragung durch Zahneingriff beide Zahnradhälften derart relativ zueinander verdreht, dass die Relativdrehung zwischen den beiden Zahnradhälften Null werden kann. Dadurch werden störende Geräusche aufgrund aufeinander stoßender Zahnflanken minimiert beziehungsweise eliminiert. Mithin erfolgt eine akustische Optimierung des Zahneingriffs.
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Im Wesentlichen überdeckungsfrei im Sinn der Erfindung bedeutet, dass beispielsweise beide Nocken an ihren einander zugewandten freien Enden eine Stufe oder einen Anschlag aufweisen können, die axial ineinander greifen. Diese Stufen können so beschaffen sein, dass in dem einen Drehsinn der beiden Zahnradhälften die Stufen formschlüssig aneinander schlagen, eine Verdrehung also in diesem Drehsinn nicht möglich ist. In dieser Anschlaglage können beide Nocken einwandfrei axial hintereinander liegend angeordnet, also fluchtend angeordnet sein. In dem entgegengesetzten Drehsinn ist eine Verdrehung der Zahnradhälften möglich, um die gewünschte Vorspannung der Torsionsfreder einzustellen. Günstig kann es jedoch sein, die Nocken völlig überdeckungsfrei in axialer Richtung anzuordnen. Das bedeutet, dass eine Verdrehung der beiden Zahnradhälften in beiden Drehsinnen möglich sein kann, um eine gewünschte Vorspannung der Torsionsfeder einzustellen.
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In einem axial unbelasteten Zustand der Zahnradhälften ist die Torsionsfeder uneben ausgebildet. Somit sind die beiden Federenden nicht exakt gegenüberliegend angeordnet sondern teilweise axial zueinander verschoben. Demgegenüber wird die Torsionsfeder in einem axial zumindest teilweise belasteten Zustand der Zahnradhälften zumindest teilweise elastisch verformt, um eben ausgebildet zu sein. Durch die elastische Verformung der Torsionsfeder durch axiale Verschiebung der beiden Zahnradhälften aufeinander zu werden die beiden Federenden verschoben, sodass die Torsionsfeder bei einer maximalen axialen Verspannung eben ausgebildet ist.
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Die Vorspannkraft der Torsionsfeder wird ausreichend groß bemessen, um den Einfluss eines Impulses bei einem Lastrichtungswechsel im Zahnradgetriebe möglichst gering zu halten. Unter einem Lastwechsel erfolgt zunächst eine geringe Relativdrehung der beiden Zahnradhälften, bis die eine - vor dem Lastwechsel freiliegende - Zahnflanke der einen Zahnradhälfte gegen den zugeordneten Zahn des eingreifenden Gegenrades anschlägt. Die weitere Kraftübertragung erfolgt nun gleichmäßig über beide Zahnradhälften. Das erwähnte Anschlagen erzeugt erfindungsgemäß bei ausreichend großer Vorspannkraft ein lediglich vernachlässigbares Geräusch.
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Vorzugsweise weist die Torsionsfeder ein im Wesentlichen rechteckförmiges Querschnittsprofil auf, das kreisbogenförmig um eine Rotationsachse des Zahnrades herum angeordnet ist. Mithin ist die Torsionsfeder C-förmig ausgebildet.
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Bevorzugt weist die Torsionsfeder an den beiden Federenden Anlageflächen für die Nocken auf, wobei die Anlageflächen am radial außen gelegenen Bereich der Federenden angeordnet sind, und wobei die Anlageflächen radial innen durch Freistellungen an den Federnden begrenzt sind. Dies kann als weitere Maßnahme zur Verbesserung der Steifigkeit der Torsionsfeder gesehen werden. Je weiter radial außen der Kraftangriffsangriffspunkt liegt, desto steifer verhält sich die Feder aufgrund der Hebelverhältnisse. Die Freistellungen sorgen für definierte Kraftangriffspunkte radial außen.
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Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass die axiale Erstreckung der Torsionsfeder größer ist als die axiale Erstreckung beider Nocken zusammen. Mithin kommen die beiden Nocken aufgrund der zwischen den beiden Zahnradhälften angeordneten Torsionsfeder, die axial breiter als die beiden Nocken ausgebildet ist, nicht aneinander zur Anlage.
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Vorzugsweise weisen die beiden Nocken jeweils eine umfangsseitige Erstreckung auf, die gleich groß oder kleiner als die umfangsseitige Erstreckung des Spaltes an der Torsionsfeder ist. Auf diese Weise kann eine Montage der Torsionsfeder zwischen die beiden Zahnradhälften ohne federnde Auslenkungen in Umfangsrichtung erfolgen.
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Insbesondere sind die beiden Zahnradhälften auf einem gemeinsamen Lagerbolzen angeordnet, wobei wenigstens eine der beiden Zahnradhälften drehbar auf dem Lagerbolzen gelagert ist. Bevorzugt sind die beiden Zahnradhälften im Wesentlichen identisch beziehungsweise baugleich ausgebildet, wobei der jeweilige Nocken einstückig mit der jeweiligen Zahnradhälfte verbunden ist. Ferner bevorzugt bilden die beiden Zahnradhälften ein Planetenrad eines Planetengetriebes. Mindestens eine Gleitlagerbuchse, auf der die beiden Zahnradhälfte angeordnet sind, wird drehbar auf einen Planetenträger gelagert. Insbesondere handelt es sich bei dem Planetengetriebe um ein Planetengetriebe eines akustisch optimierten Wankstabilisators.
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Mithin ist die Erfindung besonders für den Einsatz in Planetengetrieben von Wankstabilisatoren geeignet. Wankstabilisatoren für Kraftfahrzeuge stabilisieren den Fahrzeugaufbau bei Kurvendurchfahrten und reduzieren dessen Wanken. Derartige Wankstabilisatoren für mehrspurige Kraftfahrzeuge können als aktive Stabilisatoren ausgeführt und mit einem geteilten Drehstab versehen sein, zwischen dessen einander zugewandten Enden ein Aktuator zur Übertragung eines Torsionsmomentes angeordnet ist. Der Aktuator weist ein mit dem einen Drehstabteil verbundenes Gehäuse auf, in dem ein Motor und ein an den Motor angeschlossenes Planetengetriebe angeordnet sind, dessen Getriebeausgang mit dem anderen Drehstabteil verbunden ist, wobei Planetenräder des Planetengetriebes mit einem drehfest mit dem Gehäuse verbundenen Hohlrad kämmen. Bei derartigen aktiven Wankstabilisatoren sind im Betrieb störende Klappergeräusche beobachtet worden, die über Körperschall bis in die Fahrgastzelle übertragen wurden. Die Erfindung löst das Problem der störenden Klappergeräusche durch den Einsatz erfindungsgemäßer Zahnräder als Planetenräder in dem Planetengetriebe des Aktuators. Die erfindungsgemäßen Zahnräder können in spielfreiem Zahneingriff mit dem Hohlrad sowie mit dem Sonnenrad stehen. Ferner sind die erfindungsgemäßen Zahnräder durch die gebogene Torsionsfeder axial gegen den Planetenträger verspannt, um axiale Schläge zu vermeiden.
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Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der fünf Figuren näher dargestellt. Es zeigen
- 1 eine schematische Draufsicht zur Veranschaulichung des Aufbaus eines erfindungsgemäßen Zahnrades,
- 2 eine schematische Querschnittdarstellung zur Veranschaulichung des Aufbaus des erfindungsgemäßen Zahnrades gemäß 1,
- 3 eine schematische Seitenansicht zur Veranschaulichung einer erfindungsgemäßen Torsionsfeder gemäß den 1 und 2,
- 4 eine weitere schematische Seitenansicht zur Veranschaulichung der erfindungsgemäßen Torsionsfeder gemäß 3, und
- 5 eine schematische Seitenansicht eines Wankstabilisators, in dem das erfindungsgemäße Zahnrad gemäß den 1 und 2 angeordnet ist.
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Gemäß 1 umfasst ein erfindungsgemäßes Zahnrad 1 für ein - hier nicht dargestelltes - Zahnradgetriebe zwei axial benachbarte Zahnradhälften 1a, 1b und eine axial zwischen den beiden Zahnradhälften 1a, 1b angeordnete kreisringsegmentförmige Torsionsfeder 2. Die Torsionsfeder 2 weist zwischen deren umfangsseitig sich im Wesentlichen gegenüberliegenden Federenden 3a, 3b einen Spalt 4 auf, in den zwei jeweils einem der beiden Zahnradhälften 1a, 1b zugeordnete Nocken 5a, 5b eingreifen. Dabei stützt sich der eine Nocken 5a radial an einem Federende 3a ab und der andere Nocken 5b stützt sich radial an dem anderen Federende 3b ab. Die beiden Nocken 5a, 5b sind in axialer Richtung überdeckungsfrei angeordnet. Ferner weisen die beiden Nocken 5a, 5b jeweils eine umfangsseitige Erstreckung auf, die kleiner als die umfangsseitige Erstreckung des Spaltes 4 an der Torsionsfeder 2 ist. Die Torsionsfeder 2 ist teilweise in axialer Richtung gebogen ausgebildet, um die beiden Zahnradhälften 1a, 1b axial zu verspannen. Mit anderen Worten wirkt auf die jeweilige Zahnradhälfte 1a, 1b eine axiale Kraft, die durch die Torsionsfeder 2 generiert wird und die beiden Zahnradhälften 1a, 1b axial nach außen spannt, um axiale Schläge zu vermeiden und somit daraus entstehende akustische Emissionen zu eliminieren.
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Nach
2 sind die beide Zahnradhälften 1a, 1b auf einem gemeinsamen Lagerbolzen 9 angeordnet. Jede Zahnradhälfte 1a, 1b ist über eine jeweilige Gleitlagerbuchse 16a, 16b drehbar am Lagerbolzen 9 gelagert. Der Lagerbolzen 9 ist an einem Planetenträger 15 eines - hier nicht dargestellten - Planetengetriebes aufgenommen. Mithin ist das erfindungsgemäße Zahnrad 1 als Planetenrad des Planetengetriebes ausgebildet. Aufgrund der Schnittdarstellung geht besonders gut hervor, dass die axiale Erstreckung der Torsionsfeder 2 größer als die axiale Erstreckung beider Nocken 5a, 5b zusammen ist. Die beiden Zahnradhälften 1a, 1b sind im Wesentlichen identisch ausgebildet, wobei der jeweilige Nocken 5a, 5b einstückig mit der jeweiligen Zahnradhälfte 1a, 1b verbunden ist. Zum Einbau und zur Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Zahnrades 1 als Planetenrad des Planetengetriebe wird insbesondere auf die Absätze [0059], [0060] und [0061] der in der Beschreibungseinleitung zitierten Druckschrift
DE 10 2015 206 063 A1 zum Stand der Technik verwiesen.
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In den 3 und 4 ist die Torsionsfeder 2 gemäß den 1 und 2 dargestellt. 3 zeigt, dass die Torsionsfeder 2 kreisringsegmentförmig ausgebildet ist und zwischen deren umfangsseitig sich im Wesentlichen gegenüberliegenden Federenden 3a, 3b den Spalt 4 aufweist. Im Wesentlichen ist die Torsionsfeder 2 C-förmig ausgebildet. Ferner weist die Torsionsfeder 2 an den beiden Federenden 3a, 3b Anlageflächen 7a, 7b auf, die dazu vorgesehen sind, an den Nocken 5a, 5b zur Anlage zu kommen. Die jeweilige Anlagefläche 7a, 7b ist dabei an einem radial außen gelegenen Bereich des jeweiligen Federendes 3a, 3b angeordnet, wobei die jeweilige Anlagefläche 7a, 7b radial innen durch eine jeweilige Freistellung 8a, 8b an dem jeweiligen Federnde 3a, 3b begrenzt ist. Nach 4 ist die Torsionsfeder 2 in einem axial entspannten Zustand, nämlich in einem axial unbelasteten Zustand der Zahnradhälften 1a, 1b uneben ausgebildet. Mithin ist die Torsionsfeder 2 teilweise in axialer Richtung gebogen, wobei die sich im Wesentlichen gegenüberliegenden Federenden 3a, 3b eine axiale Steigung 6 zueinander aufweisen. Diese Steigung 6 kann bei einer axialen Belastung der Torsionsfeder 2 durch eine axiale Belastung der Zahnradhälften 1a, 1b überwunden werden, wobei die Torsionsfeder 2 zumindest teilweise elastisch verformt wird, um dann eben ausgebildet zu sein. Mit zunehmender elastischer Verformung der Torsionsfeder 2 nimmt die durch die Torsionsfeder 2 axial an den Zahnradhälften 1a, 1b generierte Vorspannkraft zu.
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5 zeigt einen aktiven Wankstabilisator für ein mehrspuriges - hier nicht dargestelltes - Kraftfahrzeug. Der aktive Wankstabilisator weist einen in zwei Drehstabhälften 10a, 10b geteilten Drehstab sowie einen zwischen den beiden Drehstabhälften 10a, 10b wirksam angeordneten Aktuator 11 auf. Ferner ist der aktive Wankstabilisator quer zur Fahrzeuglängsache angeordnet und an seine freien Enden an - hier nicht dargestellte - Räder beziehungsweise Radträger angeschlossen. Der Aktuator 11 weist ein hohlzylindrisches Gehäuse 12 auf, in dem ein elektrischer Motor 13 sowie ein an den Motor 13 angeschlossenes Planetengetriebe 14 eingebaut sind. Das Planetengetriebe 14 umfasst mehrere - hier nicht dargestellte - Planetenräder, die zum spielfreien Zahneingriff mit einem - hier nicht dargestellten - Sonnenrad und einem - hier nicht dargestellten - Hohlrad vorgesehen sind, wobei die Planetenräder wie das erfindungsgemäße Zahnrad 1 gemäß den 1 und 2 ausgebildet sind. Das Gehäuse 12 ist drehfest mit der Drehstabhälfte 10b verbunden. Eine - hier nicht dargestellte - Abtriebswelle des Planetengetriebes 14 ist drehfest mit der Drehstabhälfte 10a verbunden. Bei Betätigung des Aktuators 11 werden die beiden der Drehstabhälften 10a, 10b zueinander verdreht und dadurch ein Torsionsmoment aufgebaut.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Zahnrad
- 1a, 1b
- Zahnradhälfte
- 2
- Torsionsfeder
- 3a, 3b
- Federende
- 4
- Spalt
- 5a, 5b
- Nocken
- 6
- Steigung
- 7a, 7b
- Anlagefläche
- 8a, 8b
- Freistellung
- 9
- Lagerbolzen
- 10a, 10b
- Drehstabhälfte
- 11
- Aktuator
- 12
- Gehäuse
- 13
- Motor
- 14
- Planetengetriebe
- 15
- Planetenträger
- 16a, 16b
- Gleitlagerbuchse
