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Die Erfindung betrifft ein Zahnrad zur Verwendung in einer Kraftübertragungsanordnung, wobei das Zahnrad einen Zahnradkörper und eine Mehrzahl an Zähnen aufweist, die jeweils eine kraftübertragende Flanke und eine kraftlose Flanke aufweisen, wobei zumindest einer der Zähne einen Schlitz aufweist.
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In Kraftübertragungsanordnungen, beispielsweise Getrieben, verwendete Zahnräder weisen oftmals ein Zahnradspiel auf, das beispielsweise durch Fertigungstoleranzen verursacht sein kann. Das Zahnradspiel führt dazu, dass beim Betrieb des Getriebes Geräusche entstehen können. Durch Zahnradspiel verursachte Getriebegeräusche treten insbesondere beim kraftlosem Lauf eines Getriebes auf, da in diesem Fall nur ein verminderter Kraftschluss zwischen zwei ineinandergreifenden Zahnrädern vorliegt.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Zahnrad zur Verfügung zu stellen, das auf einfache Weise herstellbar ist, beim kraftlosen Lauf eine reduzierte Geräuschentwicklung aufweist, beim kraftübertragenden Lauf eine hohe Kraftübertragung zur Verfügung stellt und eine hohe mechanische Belastbarkeit an den Zahnköpfen aufweist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Zahnrad gelöst, dass die Merkmale des ersten Anspruchs aufweist. Zudem wird die Aufgabe durch eine Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Zahnrades gelöst. Vorteilshafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
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Im Genaueren wird die der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe durch ein Zahnrad gelöst, dessen kraftlose Flanke zumindest abschnittsweise von dem Schlitz hinterschnitten ist und der Schlitz an einer Schlitzmündung an der kraftlosen Flanke mündet, so dass der Schlitz an der kraftlosen Flanke eine federnde Lamelle bildet, die an einer dem Zahnradkörper zugewandten Seite über einen Verbindungsabschnitt mit dem Zahnradkörper einteilig verbunden ist.
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Durch den hinterschneidenden Schlitz wird an der kraftlosen Flanke eine Lamelle gebildet, die dafür vorgesehen ist, ein eingreifendes korrespondierendes Zahnrad beim kraftlosen Lauf des Getriebes abzufedern. Die einteilige Verbindung der Lamelle mit dem Zahnradkörper mittels eines Verbindungsabschnitts führt dabei dazu, dass die Lamelle gegenüber dem Zahnkörper des Zahnes federnd gelagert ist. Diese Federung führt vorteilhafterweise dazu, dass die Zahnräder eines Getriebes auch bei kraftlosem Lauf kraftschlüssig miteinander verbunden sind. Durch die Abfederung wird das freie Spiel der Zahnräder zueinander reduziert, so dass Getriebegeräusche verhindert, zumindest jedoch reduziert werden.
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Dadurch, dass sich die Schlitzmündung an der kraftlosen Flanke befindet, behält der Zahnkopf die ursprüngliche Form bei, so dass das Zahnrad im radial äußeren Bereich eine mechanische Belastbarkeit aufweist, die einem Zahnrad entspricht, das nicht geschlitzt ist. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn zwei korrespondierende Zahnräder im Eingriff gebracht werden. Insbesondere muss in diesem Fall nicht gewährleistet werden, dass der Zahnkopf ohne mechanischen Kontakt in eine korrespondierende Zahnlücke eingeführt wird.
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Vorzugsweise verläuft der Schlitz parallel zur kraftlosen Flanke. Ein parallel zur kraftlosen Flanke verlaufender Schlitz hat den Vorteil, dass die federnde Wirkung über die gesamte Zahnbreite hinweg konstant ist. Zudem ist diese Ausführungsform vorteilhafterweise einfach herzustellen. Dies gilt insbesondere für Zahnräder die in gradverzahnten Getrieben verwendet werden.
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Vorzugsweise verläuft der Schlitz äquidistant zur kraftlosen Flanke. Dementsprechend weist die Lamelle eine Lamellendicke auf, die von dem Verbindungsabschnitt zur Schlitzmündung konstant ist. Vorteilhafterweise wird so eine federnde Lamelle realisiert, bei der die Rückstellkraft optimal angepasst ist, um das Flankenspiel beim kraftlosen Lauf des Getriebes zu reduzieren.
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Alternativ nimmt die Lamellendicke von dem Verbindungsabschnitt zur Schlitzmündung hin ab. Durch eine derartige Konfiguration wird erreicht, dass die Lamelle zur Schlitzmündung hin seiner elastischen Verformung einen geringeren Widerstand entgegensetzt. Die Federkraft nimmt somit zur Schlitzmündung hin ab. Dies führt vorteilhafterweise dazu, dass Schwingungen des kraftlosbetriebenen Zahnrades reduziert sind. Zudem wird durch eine solche Ausgestaltung der Lamelle erreicht, dass diese mechanisch stabiler ist und trotz größerer mechanischer Belastung mit dem Zahnradkörper verbunden bleibt.
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Vorzugsweise befindet sich die Schlitzmündung des Schlitzes zwischen Kopfkreis und Teilkreis des Zahnrades. Dabei ist der Teilkreis der gedachte Durchmesser des Zahnrades, auf dem der Teilkreis des korrespondieren Zahnrades abrollt. Der Kopfkreis ist der Durchmesser des radial äußersten Abschnittes des Zahns. Die Anordnung der Schlitzmündung zwischen dem Kopfkreis und dem Teilkreis führt dazu, dass sich die federnde Lamelle beim kraftlosen Lauf in kraftschlüssigem Kontakt mit dem korrespondieren Zahnrad befindet. Vorteilhafterweise wird so durch die federnde Lamelle des Zahnradspiels der korrespondierenden Zahnräder reduziert.
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Vorzugsweise befindet sich die Schlitzmündung im obersten Drittel oder obersten Viertel der Zahnhöhe des Zahns. Die Zahnhöhe ist die Höhe zwischen dem Zahnfuß und dem Zahnkopf des Zahns, bzw. dem Fußkreis und dem Kopfkreis des Zahnrades. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass sich das korrespondierende Zahnrad beim kraftlosen Lauf in Kontakt mit der federnden Lamelle befindet.
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Vorzugsweise endet der Schlitz im Bereich des Fußkreises des Zahnrades. Die kraftlose Zahnflanke ist somit ausgehend von der Schlitzmündung komplett hinter schnitten, so dass sich der Verbindungsabschnitt im Bereich des Fußkreis des Zahnrades befindet. Vorteilhafterweise wird so die federnde Wirkung der Lamelle bis zum Zahnradfuß des Zahnrades erzielt, so dass auch bei Zwischenstellungen zweier korrespondierender Zahnräder das Zahnradspiel reduziert ist.
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Vorzugsweise weist der Zahn an einer der kraftübertragenden Flanke zugewandten Seite des Schlitzes einen Zahnkörper mit einer Zahnkörperdicke auf, die um ein 5-faches bis 20-faches größer ist als die Lamellendicke der Lamelle. Dadurch wird sichergestellt, dass der Zahn trotz der federnden Eigenschaften der kraftlosen Flanke an der kraftübertragenden Flanke eine mechanische Stabilität aufweist, bei der die Kraft beim kraftübertragenden Lauf möglichst ohne oder mit minimaler elastischer Verformung auf ein korrespondierendes Zahnrad übertragen werden kann.
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Vorzugsweise weist der Schlitz eine Schlitzdicke auf, bei der das Verhältnis von Schlitzdicke zu Lamellendicke im Bereich von 0,01 bis 0,3 ist. Respektive ist die Lammelendicke um das 3,33-fache bis 100-fache größer als die Schlitzdicke. Bei einer derartigen Schlitzdicke wird für die Lamelle ein Federweg zur Verfügung gestellt, der dem typischen Zahnradspiel zweier korrespondierender Zahnräder entspricht. Vorteilhafterweise werden so Fertigungstoleranzen bei der Zahnradfertigung beim kraftlosen Betrieb der Zahnräder kompensiert.
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Vorzugsweise besteht das Zahnrad aus einem metallischen Material. Durch ein metallisches Material wird sichergestellt, dass die Lamelle gegenüber dem Zahnradkörper elastisch gefedert ist und der Zahnradkörper eine ausreichende mechanische Stabilität aufweist, um ihre Kraftübertragung auf ein korrespondierendes Zahnrad durchzuführen.
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Die zugrundeliegende Erfindung betrifft zudem ein Verfahren zur Herstellung eines Zahnrades, dass einen Zahnradkörper und eine Mehrzahl an Zähnen aufweist, die jeweils eine kraftübertragende Flanke und kraftlose Flanke aufweisen, wobei zumindest einer der Zähne einen Schlitz aufweist. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass die kraftlose Flanke zumindest abschnittsweise durch einen Schlitz hinterschnitten ist und der Schlitz an einer Schlitzmündung an der kraftlosen Flanke mündet, so dass der Zahn an der kraftlosen Flanke eine fehlende Lamelle bildet, wobei der Schlitz beginnend an der Schlitzmündung durch Draht erodieren in den Zahn des Zahnrades eingeschnitten wird.
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Durch das Drahterodieren, respektive Drahtschneiden, lässt sich auf einfache Weise ein Schlitz herstellen, der bezüglich seiner Form beliebig an die Form der kraftlosen Flanke des Zahnes anpassbar ist. Vorzugsweise lassen sich durch Drahterosion auch Zahnräder mit einem erfindungsgemäßen Schlitz herstellen, die eine große Zahnbreite aufweisen, wobei insbesondere durch Drahterosion mit geringen Fertigungstoleranzen über die gesamte Zahnbreite hinweg eine beliebige Schlitzgeometrie erzielbar ist. Insbesondere lassen sich auch sehr dünne Schlitze im Bereich von 0,01 mm bis 0,5 mm erzielen.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind durch die Figuren dargestellt, wobei
- 1: einen Teilquerschnitt durch ein erfindungsgemäßes Zahnrad schematisch darstellt, bei dem der Schlitz äquidistant zur kraftlosen Zahnflanke angeordnet ist, und
- 2: einen Teilquerschnitt durch ein erfindungsgemäßes Zahnrad schematisch darstellt, die eine Lamelle aufweist, deren Dicke zur Schlitzmündung hin abnimmt.
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Das Zahnrad 1 weist einen Zahnradkörper 2 und eine Mehrzahl an Zähnen 3 auf. Die Zähne 3 verfügen über eine kraftübertragende Flanke 4 und eine kraftlose Flanke 5, wobei die Kraft mittels der kraftübertragenden Flanke 4 auf ein korrespondierendes Zahnrad übertragen wird. Zur Reduzierung von Zahnradgeräuschen beim kraftlosen Lauf des Zahnrades ist die kraftlose Flanke 5 zumindest abschnittsweise von einem Schlitz 6 hinter schnitten. Dieser weist eine Schlitzmündung 7 auf, die an der kraftlosen Flanke 5 angeordnet ist. Durch den Schlitz 6 wird an der kraftlosen Flanke 5 eine federnde Lamelle 8 gebildet, die an einer dem Zahnradkörper 2 zugewandten Seite mittels eines Verbindungsabschnittes 9 mit dem Zahnradkörper 2 einteilig verbunden ist. Der Zahnkopf des Zahnes 3, also der radiale äußere Bereich des Zahnrades 1, weist keine Schlitzmündung 7 auf und ist auch nicht hinterschnitten. Dadurch ist das Zahnrad mechanisch belastbarer, insbesondere, wenn ein korrespondierendes Zahnrad in die Lücken des Zahnrades 1 zum Kuppeln beider Zahnräder eingeführt wird. Vorzugsweise verläuft der Schlitz 6 parallel zur kraftlosen Flanke 5, so dass die federnden Eigenschaften der Lamelle 8 über die gesamte Breite des Zahnrades 1, bzw. der Zähne 3, konstant sind.
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Wie in 1 dargestellt, verläuft der Schlitz 6 im Wesentlichen äquidistant zur kraftlosen Flanke 5. Die Lamelle 8 weist somit über die gesamte radiale Erstreckung von dem Verbindungsabschnitt 9 bis zur Schlitzmündung 7 eine im Wesentlichen gleichbleibende Lamellendicke LD auf. Die Schlitzmündung 7 verläuft vorzugsweise senkrecht zur kraftlosen Flanke 5. Auf diese Weise wird über die gesamte radiale Erstreckung der Lamelle 8 eine möglichst konstante Federkraft erzielt.
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In der Ausführungsvariante aus 2 verläuft der Schlitz 6 so, dass die Lamellendicke LD der Lamelle 8 vom Verbindungsabschnitt 9 bis zur Schlitzmündung 7 hin abnimmt. Die Schlitzmündung 7 verläuft auch bei dieser Ausführungsvariante vorzugsweise senkrecht zur kraftlosen Flanke 5. Die Federkraft der Lamelle 8 nimmt zur Schlitzmündung 7 hin ab. Vorteilhafterweise ist eine derartige Lamelle 8 mechanisch stabiler und bleibt auch bei größerer mechanischer Belastung mit dem Zahnradkörper 2 am Verbindungsabschnitt 9 einteilig verbunden. Die Bezugseichen aus 1 sind in 2 analog zu verwenden.
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Die Schlitzmündung 7 des Schlitzes 6 befindet sich zwischen dem Kopfkreis KK und dem Teilkreis TK des Zahnrades 1. Der Kopfkreis KK entspricht dem radial äußeren Durchmesser des Zahnrades 1 und wird durch die Zahnköpfe der Zähne 3 definiert. Der Teilkreis TK ist der Durchmesser, auf dem der Teilkreis des korrespondierenden Gegenzahnrades abrollt. Auf diese Weise wird im Kontaktbereich ein kraftschlüssiger Kontakt zwischen den korrespondieren Zahnrädern mittels der Lamelle 8 realisiert, so dass beim kraftlosen Lauf eine Geräuschbildung reduziert ist. Vorzugsweise befindet sich die Schlitzmündung 7 im obersten Drittel der Zahnhöhe ZH des Zahns 3, wobei die Zahnhöhe ZH durch den Kopfkreis KK und den Fußkreis FK des Zahnrades 1 definiert ist.
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Der Zahn 3 weist an einer der kraftübertragenden Flanke 4 zugewandten Seite des Schlitzes 6 einen Zahnkörper 10 auf, dessen Zahnkörperdicke ZD um ein vielfaches größer ist als die Lamellendicke LD der Lamelle 8. Damit weist der Zahn 3 beim kraftübertragenden Lauf eine mechanische Stabilität auf, die eine effektive Übertragung der Kraft auf ein korrespondierendes Zahnrad ermöglicht. Die elastische Verformung des Zahns 3 ist beim kraftübertragenden Lauf somit möglichst reduziert.
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Die Lamellendicke LD ist vorzugsweise um ein 3,33-faches bis 100-faches größer als eine Schlitzdicke SD des Schlitzes 6. Das Verhältnis von Schlitzdicke SD zu Lamellendicke LD ist respektive im Bereich von 0,01 bis 0,3. Der durch die Schlitzdicke SD zur Verfügung gestellte Federweg entspricht vorzugsweise dem typischen Zahnradspiel zweier korrespondierender Zahnräder.
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Das Zahnrad 1 besteht vorzugsweise aus einem metallischen Material, insbesondere Stahl.
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Das erfindungsgemäße Zahnrad 1 wird hergestellt, indem der Schlitz 6 beginnend an der Schlitzmündung 7 durch Drahterodieren in den Zahn 3 des Zahnrades 1 eingeschnitten wird.
