DE102017211803A1

DE102017211803A1 - Hochübersetzendes Winkelgetriebe

Info

Publication number: DE102017211803A1
Application number: DE102017211803.2A
Authority: DE
Inventors: Torsten Hesse; Jörg BÖRNER; Jörg Buhl; Sebastian Baumgart
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2017-07-11
Filing date: 2017-07-11
Publication date: 2019-01-17

Abstract

Es wird ein Winkelgetriebe vorgeschlagen, welches als Kronenradgetriebe mit einem Antriebsritzel (1) und einem Abtriebsrad (2) ausgeführt ist, wobei das Abtriebsrad als Kunststoffspritzgussteil ausgeführt ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein hochübersetzendes Winkelgetriebe gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher definierten Art.
Aus der Fahrzeugtechnik ist es allgemein bekannt, dass hochübersetzende Getriebe beispielsweise durch Stirnradgetriebe realisierbar sind, bei denen das Antriebsritzel eine geringe Zähnezahl aufweist. Bei der Verwendung von Stirnradgetrieben ist jedoch eine parallele Achsanordnung von Antriebsritzel und Abtriebsrad vorgesehen, welches zum Beispiel aus Bauraumgründen gegebenenfalls unerwünscht ist. Ferner sind Taumelgetriebe als hochübersetzende Getriebe einsetzbar, die in nachteiliger Weise jedoch eine koaxiale Achsanordnung erfordern. Darüber hinaus sind auch Kegelrad- oder Hypoidgetriebe mit kleiner Ritzelzähnezahl bekannt. Hierbei ergibt sich jedoch der Nachteil, dass die Fertigung aufwändig und kostenintensiv ist. Darüber hinaus sind auch Schraubrad- oder Schneckengetriebe bekannt, die jedoch einen geringen Wirkungsgrad aufweisen.
Ausgehend von dem Bedarf eines hochübersetzenden Getriebes liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Winkelgetriebe vorzuschlagen, welches einen möglichst hohen Wirkungsgrad aufweist und besonders einfach und kostengünstig fertigbar ist.
Diese Aufgabe wird gemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst, wobei sich vorteilhafte Ausgestaltungen aus den Unteransprüchen und der Beschreibung sowie der Zeichnung ergeben.
Somit wird ein hochübersetzendes Winkelgetriebe als Kronenradgetriebe vorgeschlagen, welches ein Antriebsritzel und ein Abtriebsrad aufweist. Um insbesondere ein besonders einfach herzustellen Kronenradgetriebe vorzusehen, ist das Abtriebsrad bzw. Tellerrad des Kronenradgetriebes als Kunststoffspritzgussteil ausgeführt.
Vorteilhafterweise kann das Winkelgetriebe eine Übersetzung größer gleich 20 aufweisen. Damit ist das Winkelgetriebe ein hochübersetzendes Winkelgetriebe.
Auf diese Weise erfüllt das erfindungsgemäße Winkelgetriebe die Voraussetzungen einer hohen Übersetzung und eines hohen Wirkungsgrades. Zudem ist das Kronenradgetriebe vorteilhaft einfach fertigbar, da das Abtriebsrad bzw. das Tellerrad des Kronenradgetriebes als Spritzgussteil aufgrund der freien Ausformbarkeit ohne Aufwand herstellbar ist. Der hohe Wirkungsgrad wird dadurch erreicht, dass nahezu kein axiales Gleiten vorliegt. Die Herstellung des Tellerrades als Spritzgussteil vermeidet den hohen Herstellungsaufwand, der bei einer spanbildenden Herstellung auftritt, welches sich durch Stoßen mit einem Schneidrad ergibt. Das Schneidrad weist die gleiche Zähnezahl auf wie das Antriebsritzel.
Bevorzugt kann das Antriebsritzel mit zwei Zähnen ausgeführt sein. Auf diese Weise kann die Kronenverzahnung bei vorhandenen Anwendungen ohne Veränderungen an dem Antriebsritzel eingesetzt werden, da lediglich das Abtriebsrad bzw. Tellerrad fertigungstechnisch modifiziert wird. Es ist jedoch denkbar, dass bei Bedarf die Zähnezahl des Antriebsritzels auch variiert wird, vorzugsweise zwischen 2 bis 5 Zähnen.
Gemäß einer nächsten Weiterbildung kann vorgesehen sein, dass der Winkel zwischen den Achsen von Antriebsritzel und Abtriebsrad im Bereich von 80 bis 100° gewählt wird. Beispielsweise durch eine geringfügige Neigung der Ritzelachse kann ein sonst erforderlicher Hinterschnitt in vorteilhafter Weise vermieden werden. Dadurch wird die Herstellung des erfindungsgemäßen Kronenradgetriebes weiter vereinfacht.
Des Weiteren ist denkbar, dass bei der erfindungsgemäßen Kronenradanordnung ein möglicher Achsversatz vorgesehen wird, um die Zahngeometrie des Tellerrades zu ändern.
Das erfindungsgemäß vorgeschlagene hochübersetzende Winkelgetriebe als Kronenradgetriebe kann bevorzugt als Stellantrieb in einem Fahrzeuggetriebe oder dergleichen eingesetzt werden. Somit kann das Winkelgetriebe zum Übertragen der Stellbewegung eines Aktuators oder dergleichen eingesetzt werden. Der Einsatz als Stellgetriebe erfordert in der Regel eine bauraumsparende Anordnung, die durch das erfindungsgemäß vorgeschlagene Winkelgetriebe ohne weiteres realisierbar ist.
Vorteilhafterweise können die Zähne des Abtriebsrades bogenförmig ausgestaltet sein. Die Form der Zähne des Anbtriebsrades ergibt sich dabei als konjugiertes Profil zum Antriebsritzel. Insbesondere können die Zähne gegenüber der Außenkante des Abtriebsrades einen Winkel aufweisen. Das heißt, dass die Zähne nicht senkrecht auf dem Rand des Abtriebsrades stehen sondern winkelig.
Vorteilhafterweise können die Zähne des Abtriebsrades auf einem Ringsegment angeordnet sein. Sie belegen damit lediglich eine Teilfläche des Abtriebsrades. Vorzugsweise befindet sich das Ringsegment am Rand des Abtriebsrades. Das heißt, dass radial außerhalb der Verzahnung des Abtriebsrades die Seitenfläche endet, also keinerlei plane oder sonst wie ausgestaltete Fläche folgt.
Vorzugsweise können die Zähne des Abtriebsrades eine Länge zwischen 10 mm und 30 mm aufweisen. Diese Länge ist ausreichend, um bei einem Zusammenwirken mit dem Antriebsritzel das erforderliche Moment zu übertragen.
Vorteilhafterweise kann das Abtriebsritzel eine Schrägverzahnung aufweisen. Grundsätzlich kann das Ritzel auch eine Geradverzahnung aufweisen, die als eine Art Zahnrad am Ende einer Motorwelle darstellbar ist. Dieses Zahnrad weist allerdings einen beträchtlichen Umfang auf. Es ist daher bevorzugt, wenn die Verzahnung des Antriebsritzels als Schrägverzahnung ausgebildet ist.
Dabei kann der Schrägungswinkel vorteilhafterweise größer als 25 Grad sein. Dadurch erhält man eine starke Schrägverzahnung, wodurch sich ein vorteilhaftes Profil der Zähne des Abtriebsrades ergibt. Insbesondere ist es dann ebenfalls möglich, das gleiche Antriebsritzel bei einer Kronenradverzahnung und einer Stirnradverzahnung zu verwenden, wodurch sich die vorzuhaltenen Ersatzteile und Produktionsmaschinen gering halten lassen, was zu niedrigeren Kosten führt.
Vorzugsweise kann die Länge des Antriebsritzels größer oder gleich einer Steigungshöhe sein. Die Steigungshöhe ist die Länge, bei der eine Schrägverzahnung einmal umgelaufen ist. Weiterhin kann die Länge des Antriebsritzels kleiner als drei Steigungshöhen sein. Die Schrägverzahnung umläuft das Antriebsritzel also ein bis dreimal.
Vorteilhafterweise kann das Antriebsritzel als schräg verzahntes evolventisches Stirnrad ausgebildet sein.
Vorzugsweise können sich die Achsen des Antriebsritzels und des Abtriebsrades kreuzen. Alternativ können sich die Achsen schneiden. Die beschriebene Verzahnung sowohl des Antriebsritzels als auch des Abtriebsrades erlaubt es, dass das Antriebsritzel parallel verschoben wird. Dies bezieht sich auf die Lage der Längsachse des Antriebsritzels. Dadurch ergibt sich eine freie Positionierung des das Antriebsritzel antreibenden Elementes, insbesondere eines Elektromotores.
Vorteilhafterweise kann das Winkelgetriebe als Stellantrieb in einem Fahrzeuggetriebe vorgesehen sein. Insbesondere kann es in einem Kupplungsaktuator angeordnet sein. Es erlaubt damit eine freiere Anpassung des Kupplungsaktuators an vorhandene Bauräume.
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand der Zeichnungen weiter erläutert.
1 der Erfindung zeigt beispielhaft ein erfindungsgemäßes Winkelgetriebe als Kronenverzahnung bzw. Kronenradgetriebe mit einem Antriebsritzel 1 und einem als Tellerrad ausgeführten Abtriebsrad 2. Das Antriebsritzel 1 und das Abtriebsrad 2 sind derart gestaltet, dass die resultierende Übersetzung i des Kronenradgetriebes größer gleich 20 vorgesehen ist.
Um ein besonders fertigungstechnisch einfaches und einen besonders hohen Wirkungsgrad aufweisendes Kronenradgetriebe zu realisieren, ist vorgesehen, dass zumindest das Abtriebsrad 2 als Kunststoffspritzgussteil ausgeführt ist. Als Werkstoffe können beliebige spritzbare Kunststoffe verwendet werden. Durch die Ausführung als Spritzgussteil wird das sonst erforderliche spanende Fertigungsverfahren deutlich vereinfacht, da eine beliebige Ausformbarkeit durch das Spritzgussverfahren bei der Herstellung des Abtriebsrades 2 ermöglicht wird.
Aus der Zeichnung wird ersichtlich, dass die Achse I des Antriebsritzel 1 und die Achse II des Abtriebsrades 2 in einem rechten Winkel, also in einem Winkel von 90° zueinander angeordnet sind. Diese Darstellung ist lediglich beispielhaft, da der Winkel bzw. die Neigung zwischen den Achsen I und II je nach Anwendung auch leicht modifiziert werden kann.
2 zeigt das Kronenradgetriebe in der Draufsicht. Dabei kann man erkennen, dass die Zähne 3 des Abtriebsrades 2 bogenförmig ausgestaltet sind. Der Übersichtlichkeit halber sind die Zahnköpfe als Strich dargestellt. Die Zähne 3 des Abtriebsrades 2 belegen ein ringförmiges Kreissegment 4, wobei das Kreissegment in 2 einen Winkel von 180° abdeckt, also einen Halbkreis. Das Kreissegment kann auch kleinere und größere Winkel abdecken. Die Zähne 3 des Abtriebsrades 2 weisen eine Länge zwischen 10 mm und 30 mm auf. Dementsprechend kann das Antriebsritzel 1 eine Länge größer als eine Steigungshöhe aufweisen.
Aus 2 ist weiterhin ersichtlich, dass das Antriebsritzel 1 als schrägverzahntes elvolventisches Stirnrad ausgebildet ist. Das Antriebsritzel hat zwei Zähne 6 und einen Schrägungswinkel von circa 33 Grad. Somit stehen immer zwei oder drei Zähne 4 des Abtriebsrades mit der Schrägverzahnung des Antriebsritzels 1 in Eingriff.
Angetrieben wird das Antriebsritzel 1 mittels eines Elektromotors 5. Die Welle des Elektromotors wird als Antriebsritzel 1 verwendet. Das Antriebsritzel kann wie das Abtriebsrad 2 ein Kunststoff-Spritzgußteil sein.
Bezugszeichen

1: Antriebsritzel
2: Tellerrad bzw. Abtriebsrad
3: Zahn
4: Ringsegment
5: Elektromotor
6: Zahn
I: Achse des Antriebsritzels
II: Achse des Abtriebsrades
i: Übersetzung
z: Zähnezahl

Claims

Winkelgetriebe, welches als Kronenradgetriebe mit einem Antriebsritzel (1) und einem Abtriebsrad (2) ausgeführt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Abtriebsrad (2) als Kunststoffspritzgussteil ausgeführt ist.
Winkelgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsritzel (1) eine Zähnezahl (z) von 1 bis 5 aufweist.
Winkelgetriebe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Zähnezahl (z) des Antriebsritzels (1) ein Wert zwischen 2 bis 5 insbesondere 2 vorgesehen ist.
Winkelgetriebe nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet, dass als Winkel zwischen den Achsen (I, II) von Antriebsritzel (1) und Abtriebsrad (2) im Bereich von 80 bis 100° gewählt ist.
Winkelgetriebe nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet, dass die Zähne des Abtriebsrades bogenförmig ausgestaltet sind.
Winkelgetriebe nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet, dass die Zähne des Abtriebsrades auf einem Ringsegment angeordnet sind.
Winkelgetriebe nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet, dass die Zähne des Abtriebsrades eine Länge zwischen 10 mm und 30 mm aufweisen.
Winkelgetriebe nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet, dass das Antriebsritzel eine Schrägverzahnung aufweist.
Winkelgetriebe nach Anspruch 8, gekennzeichnet, dass der Schrägungswinkel größer als 25° ist.
Winkelgetriebe nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet, dass die Länge des Antriebsritzels größer oder gleich einer Steigungshöhe ist.
Winkelgetriebe nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet, dass das Antriebsritzel als schrägverzahntes evolventisches Stirnrad ausgebildet ist.
Winkelgetriebe nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet, dass die Achsen des Antriebsritzels und des Abtriebsrades kreuzen.
Winkelgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 11, gekennzeichnet, dass die Achsen des Antriebsritzels und des Abtriebsrades schneiden.
Winkelgetriebe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es als Stellantrieb in einem Fahrzeuggetriebe vorgesehen ist.
Winkelgetriebe nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Kupplungsaktuator vorhanden ist.