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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 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 ferner das jeweilige Federende eine zur Drehachse des Zahnrades geneigt angeordnete Anlagefläche aufweist, die zur Anlage an den jeweiligen Nocken vorgesehen ist, wobei der jeweilige Nocken eine jeweilige Anlagefläche aufweist, die zur Anlage an dem jeweiligen Federende vorgesehen ist, wobei im Kontakt zwischen den Anlageflächen der federelastisch ausgelenkten Torsionsfeder und den Anlageflächen der Nocken eine axiale Kraftkomponente auf die Nocken wirkt.
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Mithin weist das jeweilige Federende eine jeweilige in axialer Richtung abgeschrägte Anlagefläche auf, die zur tangentialen Anlage an den jeweiligen Nocken vorgesehen ist. Dementsprechend weist der jeweilige Nocken eine jeweilige in die gleiche axiale Richtung abgeschrägte Anlagefläche auf, die zur tangentialen Anlage an dem jeweiligen Federende vorgesehen ist. Der jeweilige Nocken gleitet bei einer umfangsseitigen Verspannung der beiden Zahnradhälften am jeweiligen Federende ab, um die axiale Kraftkomponente in die beiden Zahnradhälften einzuleiten. Die beiden Zahnradhälften weisen bevorzugt dasselbe Zahnprofil und dieselbe Zähnezahl auf.
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Mit anderen Worten wirkt die Torsionsfeder derart mit den beiden Nocken zusammen, dass eine relative Verdrehung der beiden Zahnradhälften zueinander eine axiale Verschiebung der beiden Zahnradhälften einleitet. Die axiale Verschiebung der beiden Zahnradhälften erfolgt aufgrund des Abgleitens der Nocken an den Anlageflächen der Torsionsfeder. Mithin werden die Zahnradhälften bei einem Zahneingriff mit einem radial benachbarten Zahnrad, insbesondere einem Hohlrad oder einer Sonne, axial verspannt, um ein axiales Spiel der beiden Zahnradhälften und daraus resultierende axiale Schläge an den beiden Zahnradhälften zu vermeiden. Ferner werden die beiden Zahnradhälften durch die Torsionsfeder auch in Umfangsrichtung verspannt. Wenn die beiden Zahnradhälften gegeneinander verdreht werden, drücken beide Nocken die Federenden unter einer Vergrößerung des Spaltes elastisch auseinander.
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Unter der in axialer Richtung abgeschrägten Anlagefläche ist eine schräge Fläche zu verstehen, die bezogen auf die senkrecht zueinander ausgebildeten Raumrichtungen weder horizontal noch vertikal sondern in einem spitzen Winkel von einer dieser Raumrichtungen abweichend ausgebildet ist und zur Anlage eines weiteren Bauteils, insbesondere des Nockens oder des Federendes daran vorgesehen ist. Dadurch, dass die jeweilige Anlagefläche am jeweiligen Nocken und am jeweiligen Federende abgeschrägt ist und diese miteinander in Wirkverbindung stehen, erfolgt aufgrund der schrägen Ebene eine Kraftaufteilung in zwei senkrecht zueinander ausgebildete Raumrichtungen.
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In einem unbelasteten Zustand des Zahnrads 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 des Zahnrads 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. Gleichzeitig werden die beiden Zahnradhälften axial nach außen gespannt. Störende Geräusche aufgrund aufeinander stoßender Zahnflanken werden 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 Torsionsfeder 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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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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Bevorzugt ist die Anlagefläche am jeweiligen Nocken parallel zur jeweiligen Anlagefläche am jeweiligen Federende ausgebildet. Mithin kommt die Anlagefläche am jeweiligen Nocken vollflächig an der Anlagefläche am jeweiligen Federende zur Anlage. Jeder Nocken weist jeweils nur eine Anlagefläche auf, wobei die Anlagefläche an dem einen Nocken tangential gegenüberliegend der Anlagefläche an dem anderen Nocken ausgebildet ist. Ferner bevorzugt sind die zur Drehachse des Zahnrades geneigt angeordneten Anlageflächen der Federenden parallel zueinander ausgebildet.
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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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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. Da die Torsionsfeder bei der Montage zwischen den beiden Zahnradhälften im Wesentlichen nicht verformt wird, erfolgt die Montage der Torsionsfeder spannungsfrei und ohne einen nennenswerten Kraftaufwand. Sobald sich die beiden Zahnradhälften im Zahneingriff mit mindestens einem radial dazu benachbarten Zahnrad befinden, werden die beiden Zahnradhälften derart in Umfangsrichtung zueinander verschoben und zumindest in axialer Richtung vorgespannt beziehungsweise verschoben.
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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 aufgrund der in axialer Richtung abgeschrägten Anlageflächen an den Nocken und an der Torsionsfeder, die bei einem Zahneingriff aneinander abgleiten, 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 sechs Figuren näher dargestellt. Es zeigen
- 1 eine schematische Draufsicht zur Veranschaulichung des Aufbaus eines erfindungsgemäßen Zahnrades in einem unbelasteten Zustand,
- 2 eine schematische Draufsicht zur Veranschaulichung des Aufbaus des erfindungsgemäßen Zahnrades gemäß 1 in einem belasteten Zustand,
- 3 eine schematische Seitenansicht zur Veranschaulichung einer erfindungsgemäßen Torsionsfeder gemäß 3,
- 4 eine weitere schematische Seitenansicht zur Veranschaulichung der erfindungsgemäßen Torsionsfeder gemäß 3, und
- 5 eine schematische Querschnittdarstellung zur Veranschaulichung des Aufbaus des erfindungsgemäßen Zahnrades gemäß 2,
- 6 eine schematische Seitenansicht eines Wankstabilisators, in dem das erfindungsgemäße Zahnrad gemäß 1 angeordnet ist.
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Gemäß der 1 und 2 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 dem 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, wobei der andere Nocken 5b sich radial an dem anderen Federende 3b abstützt. Das jeweilige Federende 3a, 3b weist eine jeweilige in axialer Richtung des Zahnrades 1 abgeschrägte Anlagefläche 6a, 6b auf, die zur tangentialen Anlage an den jeweiligen Nocken 5a, 5b vorgesehen ist. Ferner weist der jeweilige Nocken 5a, 5b eine jeweilige in die gleiche axiale Richtung abgeschrägte Anlagefläche 7a, 7b auf, die zur tangentialen Anlage an dem jeweiligen Federende 3a, 3b vorgesehen ist. Die abgeschrägte Anlagefläche 7a, 7b am jeweiligen Nocken 5a, 5b ist dabei parallel zur jeweiligen abgeschrägten Anlagefläche 6a, 6b am jeweiligen Federende 3a, 3b ausgebildet. 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.
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In 1 ist das Zahnrad 1 in einem unbelasteten Zustand dargestellt, wobei die Nocken 5a, 5b tangential und vollflächig an den Federenden 3a, 3b und die Zahnradhälften 1a, 1b axial an der Torsionsfeder 2 zur Anlage kommen.
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In 2 ist das Zahnrad 1 in einem belasteten Zustand dargestellt. Mithin sind die beiden Zahnradhälften 1a, 1b aufgrund eines Zahneingriffs mit einem - hier nicht dargestellten -Zahnrad radial gegeneinander verspannt. Der jeweilige Nocken 5a, 5b ist am jeweiligen Federende 3a, 3b aufgrund der abgeschrägten Anlageflächen 6a, 6b, 7a, 7b abgeglitten, wobei sich die beiden Zahnradhälften 1a, 1b im Vergleich zu 1 axial voneinander entfernt haben.
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Gemäß den 3 und 4 ist die Torsionsfeder 2 aus den 1 und 2 in einer jeweiligen Seitenansicht dargestellt. Aus 3 geht besonders deutlich hervor, dass die Torsionsfeder 2 an den beiden Federenden 3a, 3b in axialer Richtung abgeschrägte Anlageflächen 6a, 6b aufweist, die dazu vorgesehen sind, an den Nocken 5a, 5b zur Anlage zu kommen. Die abgeschrägten Anlageflächen 6a, 6b an den Federenden 3a, 3b sind parallel zueinander ausgebildet. 4 zeigt, dass die Torsionsfeder 2 kreisringsegmentförmig ausgebildet ist und zwischen deren umfangsseitig sich gegenüberliegenden Federenden 3a, 3b den Spalt 4 aufweist. Im Wesentlichen ist die Torsionsfeder 2 C-förmig ausgebildet.
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Nach
5 sind die beide Zahnradhälften
1a,
1b auf einem gemeinsamen Lagerbolzen
9 angeordnet. Jede Zahnradhälfte
1a,
1b ist über eine jeweilige Gleitlagerbuchse 8a, 8b 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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Bei der Montage der beiden Zahnradhälften 1a, 1b am Planetenträger 15 sind die beiden Zahnradhälften 1a, 1b in Umfangsrichtung leicht zueinander verdreht. Erst wenn die beiden Zahnradhälften 1a, 1b mit einem - hier nicht dargestellten - Hohlrad und einer - hier nicht dargestellten - Sonne in Zahneingriff kommen, wird die relative Verdrehung der beiden Zahnradhälften 1a, 1b in Umfangsrichtung überwunden, wobei die beiden Zahnradhälften 1a, 1b axial auseinander gedrückt werden und axial am Planetenträger 15 zur Anlage kommen. Mithin wird durch die axiale Vorspannung der beiden Zahnradhälften 1a, 1b ein axiales Spiel zwischen den beiden Zahnradhälften 1a, 1b und dem Planetenträger 15 kompensiert.
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6 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
- 6a, 6b
- abgeschrägte Anlagefläche
- 7a, 7b
- abgeschrägte Anlagefläche
- 8a, 8b
- Gleitlagerbuchse
- 9
- Lagerbolzen
- 10a, 10b
- Drehstabhälfte
- 11
- Aktuator
- 12
- Gehäuse
- 13
- Motor
- 14
- Planetengetriebe
- 15
- Planetenträger
