DE102019203848B3

DE102019203848B3 - Verspannzahnrad für ein Zahnradgetriebe

Info

Publication number: DE102019203848B3
Application number: DE102019203848.4A
Authority: DE
Inventors: Rainer Kolb
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2019-03-21
Filing date: 2019-03-21
Publication date: 2020-06-04
Anticipated expiration: 2039-03-22

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verspannzahnrad (1) für ein Zahnradgetriebe, mit einem ersten Teilzahnrad (2) und einem koaxial zu dem ersten Teilzahnrad (2) angeordneten und bezüglich des ersten Teilzahnrads (2) drehbar gelagerten zweiten Teilzahnrad (3), wobei das erste Teilzahnrad (2) und das zweite Teilzahnrad (3) eine gemeinsame Drehachse (4) aufweisen und mittels einer Federanordnung (5) in Umfangsrichtung bezüglich der Drehachse (4) gegeneinander verspannt sind. Dabei ist vorgesehen, dass die Federanordnung (5) mehrere Zugfedern (8) aufweist, die einerseits an einem der Teilzahnräder (2,3) befestigt sind und andererseits zumindest zeitweise an einem Formschlusselement (13) des jeweils anderen der Teilzahnräder (2,3) formschlüssig angreifen, wobei - wenigstens einer Stellung der Teilzahnräder (2,3) zueinander - zumindest einige der Zugfedern (8) unterschiedliche Abstände (α) zu dem jeweiligen Formschlusselement (13) aufweisen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verspannzahnrad für ein Zahnradgetriebe, mit einem ersten Teilzahnrad und einem koaxial zu dem ersten Teilzahnrad angeordneten und bezüglich des ersten Teilzahnrads drehbar gelagerten zweiten Teilzahnrad, wobei das erste Teilzahnrad und das zweite Teilzahnrad eine gemeinsame Drehachse aufweisen und mittels einer Federanordnung in Umfangsrichtung bezüglich der Drehachse gegeneinander verspannt sind, und wobei die Federanordnung mehrere Zugfedern aufweist, die einerseits an einem der Teilzahnräder befestigt sind und andererseits zumindest zeitweise an einem Formschlusselement des jeweils anderen der Teilzahnräder formschlüssig angreifen.
Aus dem Stand der Technik ist beispielsweise die Druckschrift US 4,739,670 bekannt. Diese beschreibt einen Zahnspielreduzierer für ein Zahnradgetriebe, welcher ein Hauptzahnrad und ein Hilfszahnrad aufweist, die ein antreibendes Zahnrad oder ein angetriebenes Zahnrad in dem Zahnradgetriebe ausbilden.
Weiterhin offenbart die Druckschrift EP 2 158 418 B1 ein geteiltes Zahnrad zur Vermeidung von Spiel beim Eingreifen in ein Gegenzahnrad, umfassend ein erstes und ein zweites gezahntes Zahnrad, Drehmittel, um das erste und das zweite Zahnrad koaxial und wenigstens teilweise relativ zueinander um ein gemeinsame Drehachse drehbar miteinander zu verbinden, und eine Feder, die das erste und das zweite Zahnrad federnd miteinander verbindet, um beim Ausrichten der Zähne des ersten und zweiten Zahnrades zueinander durch Verdrehen des ersten Zahnrades bezüglich des zweiten Zahnrades ein negatives Moment zwischen dem ersten und dem zweiten Zahnrad zu erzeugen, sodass ein Eingriff in das Gegenzahnrad erfolgen kann, wobei die Feder mit dem zweiten Zahnrad einstückig ausgebildet ist. Dabei ist vorgesehen, dass die Drehmittel einen Eingriffssatz aus einem wenigstens teilweise ringförmigen Vorsprung, der von einer im Wesentlichen ersten sich radial erstreckenden Seite eines von dem ersten oder zweiten Zahnrad in Richtung der Drehachse vorsteht, und Eingriffsmitteln, die in einer der ersten sich radial erstreckenden Seite benachbarten zweiten sich radial erstreckenden Seite des zweiten beziehungsweise ersten Zahnrades vorgesehen sind und um den Vorsprung herum zum Eingriff gelangen, umfassen.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verspannzahnrad für ein Zahnradgetriebe vorzuschlagen, welches gegenüber bekannten Verspannzahnrädern Vorteile aufweist, insbesondere einerseits einfach aufgebaut ist und andererseits trotz des einfachen Aufbaus ein Verspannmoment zwischen den beiden Teilzahnrädern realisiert, welches sich über eine Drehwinkelstellung der Teilzahnräder gegeneinander zumindest abschnittsweise sprungartig verändert und besonders bevorzugt abseits der sprungartigen Veränderung über eine Umdrehung des Verspannzahnrads hinweg konstant oder zumindest im Wesentlichen konstant bleibt.
Dies wird erfindungsgemäß mit einem Verspannzahnrad für ein Zahnradgetriebe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht. Dabei ist vorgesehen, dass - in wenigstens einer Stellung der Teilzahnräder zueinander - zumindest einige der Zugfedern unterschiedliche Abstände zu dem jeweiligen Formschlusselement aufweisen.
Das Verspannzahnrad ist vorzugsweise Bestandteil des Zahnradgetriebes. Das Verspannzahnrad kämmt bevorzugt mit einem weiteren Zahnrad des Zahnradgetriebes, wobei das Verspannzahnrad und das weitere Zahnrad derart zueinander angeordnet sind, dass das weitere Zahnrad sowohl mit dem ersten Teilzahnrad als auch dem zweiten Teilzahnrad des Verspannzahnrads kämmt beziehungsweise in Eingriff steht. Das Verspannzahnrad dient dem Ausgleich von Drehungleichförmigkeiten zwischen dem Verspannzahnrad und dem weiteren Zahnrad, um einen kontinuierlichen Kontakt der Zähne der Zahnräder zu gewährleisten.
Kommt es zu einem Abheben und Wiederauftreffen der Zähne der Zahnräder, beispielsweise aufgrund von Drehmomentschwankungen, so führt dies zumindest zu störenden Geräuschen. Um ein solches Abheben und das darauffolgende Wiederauftreffen zu vermeiden, sind die beiden Teilzahnräder koaxial zueinander angeordnet und in Umfangsrichtung gegeneinander verspannt, nämlich mithilfe der Federanordnung. Das Verspannen der Teilzahnräder erfolgt derart, dass ein Zahn des ersten Teilzahnrads an einen einen Zahnzwischenraum begrenzenden ersten Zahn des weiteren Zahnrads und ein Zahn des zweiten Teilzahnrads an einen denselben Zahnzwischenraum begrenzenden zweiten Zahn des weiteren Zahnrads gedrängt wird.
In anderen Worten werden die Zähne des ersten Teilzahnrads und des zweiten Teilzahnrads in Umfangsrichtung bezüglich einer Drehachse der Teilzahnräder derart voneinander fortgedrängt, dass sie auf gegenüberliegenden Seiten des Zahnzwischenraums an dem ersten Zahn und dem zweiten Zahn des weiteren Zahnrads anliegen, vorzugsweise permanent anliegen. Um ein einwandfreies Kämmen der beiden Teilzahnräder mit dem weiteren Zahnrad zu gewährleisten, kann es - optional - vorgesehen sein, dass die beiden Teilzahnräder Verzahnungen mit identischen Verzahnungsparametern aufweisen. Die Verzahnung des ersten Teilzahnrads ist in diesem Fall insoweit mit der Verzahnung des zweiten Teilzahnrads identisch ausgestaltet.
Für einen ordnungsgemäßen Betrieb des Zahnradgetriebes ist es von Bedeutung, dass die Federanordnung optimal dimensioniert ist. Bei einer Unterdimensionierung der Federanordnung, also bei einer zu kleinen Federkraft zwischen dem ersten Teilzahnrad und dem zweiten Teilzahnrad, kann es weiterhin zu dem Abheben beziehungsweise Wiederauftreffen kommen. Ist hingegen die Federanordnung überdimensioniert, also die Federkraft zu groß, so entsteht eine hohe Reibleistung zwischen dem Verspannzahnrad und dem weiteren Zahnrad und entsprechend eine hohe Verlustleistung, sodass der Wirkungsgrad des Zahnradgetriebes reduziert wird.
Aus diesem Grund ist es vorgesehen, dass die Federanordnung mehrere Zugfedern aufweist, die über einen Umfang der Teilzahnräder hinweg verteilt angeordnet sind. Die Zugfedern sind jeweils einerseits an dem einen der Teilzahnräder befestigt und greifen andererseits zumindest zeitweise an dem jeweils anderen der Teilzahnräder formschlüssig an. Die Zugfedern werden während einer Verwendung beziehungsweise eines Betriebs des Verspannzahnrads ausschließlich in Zugrichtung beansprucht. Beispielsweise ist - rein optional - die formschlüssige Befestigung der Zugfedern an dem jeweils anderen der Teilzahnräder derart ausgestaltet, dass bei einer Beanspruchung der Zugfedern auf Druck die Zugfedern außer Eingriff mit diesem Teilzahnrad geraten, sodass zumindest über einen bestimmten Drehwinkelbereich hinweg eine freie Verlagerung der Teilzahnräder gegeneinander möglich ist, ohne dass die Zugfedern eine Federkraft bewirken.
Die Zugfedern können in Umfangsrichtung bezüglich der Drehachse der Teilzahnräder dieselbe Erstreckung aufweisen. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass zumindest einige der Zugfedern in Umfangsrichtung voneinander verschiedene Erstreckungen aufweisen, insbesondere alle Zugfedern mit voneinander verschiedenen Erstreckungen ausgestaltet sind. Auch können die Zugfedern dieselbe Federkonstante aufweisen oder mit unterschiedlichen Federkonstanten ausgebildet sein. Insbesondere bei einer Ausgestaltung des Verspannzahnrads, bei welcher die Zugfedern untereinander verschiedene Erstreckungen und/oder verschiedene Federkonstanten aufweisen, kann ein besonders vorteilhafter Verlauf des Verspannmoments über einen Relativdrehwinkel der beiden Teilzahnräder gegeneinander erzielt werden.
Bevorzugt sind die Erstreckungen und/oder die Federkonstanten derart gewählt, dass das Verspannmoment über zumindest einen Relativdrehwinkelbereich hinweg konstant bleibt oder sich lediglich langsam verändert, insbesondere mit größer werdendem Relativdrehwinkel ansteigt. Unter dem Relativdrehwinkel ist der relative Drehwinkel zwischen dem ersten Teilzahnrad und dem zweiten Teilzahnrad bezüglich der gemeinsamen Drehachse zu verstehen. Bevorzugt ist der Relativdrehwinkel bezüglich der wenigstens einen Stellung der Teilzahnräder zueinander und/oder bezüglich eines entspannten oder vorgespannten Zustands der Zugfeder beziehungsweise der Federanordnung definiert, sodass also in der wenigstens einen Stellung und/oder bei entspannten beziehungsweise vorgespannten Zugfedern beziehungsweise entspannter beziehungsweise vorgespannter Federanordnung, also einer von der Federanordnung erzielten Federkraft von 0 beziehungsweise einer Federkraft, die einer definierten Vorspannkraft entspricht, ein Relativdrehwinkel von 0° vorliegt. Alternativ kann es selbstverständlich auch vorgesehen sein, dass ein Relativdrehwinkel von 0° vorliegt, sofern eine Verzahnung des ersten Teilzahnrads mit einer Verzahnung des zweiten Teilzahnrads in Überdeckung steht.
Die Verwendung der Zugfedern hat den Vorteil, dass das Verspannzahnrad einfach und kostengünstig herstellbar ist. Die über den Umfang verteilte Anordnung der mehreren Zugfedern sorgt hingegen für eine zumindest abschnittsweise im Wesentlichen von einer Drehwinkelstellung des Verspannzahnrads unabhängige Federkraft, die von den Zugfedern gemeinsam bewirkt wird. Bei Verwendung lediglich einer einzigen Zugfeder könnte es, insbesondere bei größeren Relativdrehwinkeln vorkommen, dass das von der Federanordnung zwischen den Teilzahnrädern bewirkte Drehmoment von der Drehwinkelstellung des Verspannzahnrads abhängig ist. Dies wird durch die Verwendung der mehreren Zugfedern auf zuverlässige Art und Weise vermieden. In anderen Worten ist über eine Umdrehung des Verspannzahnrads als solches hinweg ein konstantes oder zumindest nahezu konstantes Verspannmoment zwischen den beiden Teilzahnrädern realisiert.
Die Federanordnung ist bevorzugt derart ausgestaltet, dass das von ihr zwischen den Teilzahnrädern bewirkte Drehmoment beziehungsweise Verspannmoment von einer Drehzahl des Verspannzahnrads unabhängig ist. Bei unterschiedlichen Drehzahlen des Verspannzahnrads wird insoweit das gleiche Verspannmoment zwischen den Teilzahnrädern von der Federanordnung bewirkt, insbesondere sofern diese unter demselben Relativdrehwinkel zueinander angeordnet sind.
Vorstehend wurde bereits erläutert, dass die Dimensionierung der Federanordnung essentiell sowohl für die ordnungsgemäße Funktion des Verspannzahnrads als auch für den Wirkungsgrad des Zahnradgetriebes ist. Aus diesem Grund ist das Verspannzahnrad derart ausgestaltet, dass in wenigstens einer Stellung der Teilzahnräder zueinander, insbesondere in entspanntem oder vorgespanntem Zustand der Zugfedern, also einer Federkraft beziehungsweise einem Drehmoment zwischen den Teilzahnrädern von 0 oder entsprechend einem definierten Wert, zumindest einige der Zugfedern unterschiedliche Abstände zu dem jeweiligen Formschlusselement, mittels welchem sie an dem jeweils anderen der Teilzahnräder formschlüssig angreifen, aufweisen.
Das bedeutet, dass in der wenigstens einen Stellung und/oder in entspanntem oder vorgespanntem Zustand der Zugfedern lediglich ein Teil der Zugfedern, insbesondere lediglich genau eine der Zugfedern oder mehrere der Zugfedern, an dem jeweiligen Formschlusselement angreift, wohingegen ein anderer Teil der Zugfedern, insbesondere mindestens eine oder mehrere der Zugfedern, von dem jeweiligen Formschlusselement beabstandet angeordnet sind oder zumindest nicht zum Erzeugen einer Federkraft beziehungsweise des Verspannmoments mit diesem zusammenwirken.
Sofern im Rahmen dieser Beschreibung von einem Teil der Zugfedern die Rede ist, so kann dieser Teil jeweils lediglich genau eine der Zugfedern oder mehrere der Zugfedern enthalten. Der Abstand kann auch gleich null sein. Ausdrücklich umfasst sein soll also eine Ausgestaltung des Verspannzahnrads, bei welcher der Abstand für wenigstens eine, insbesondere genau eine oder mehrere, der Zugfedern gleich null ist, wohingegen der Abstand für wenigstens eine andere, insbesondere genau eine oder mehrere, der Zugfedern von null verschieden ist.
Mit zunehmendem Relativdrehwinkel zwischen den beiden Teilzahnrädern wird zum einen derjenige Teil der Zugfedern flexibel angespannt, welche bereits an ihrem jeweiligen Formschlusselement anliegen. Für den verbleibenden Teil der Zugfedern verringert sich der Abstand zu dem jeweiligen Formschlusselement, nämlich bis ein Relativdrehwinkel erreicht ist, in welchem auch zumindest ein Teil der verbleibenden Zugfedern in Anlagekontakt mit dem jeweiligen Formschlusselement gerät. Liegt weiterhin ein Teil der Zugfedern nicht an dem jeweiligen Formschlusselement an, so kann sich der beschriebene Vorgang wiederholen, bis bei einem hinreichend großen Relativdrehwinkel alle Zugfedern an dem jeweils dazugehörigen Formschlusselement formschlüssig anliegen.
In anderen Worten werden die Zugfedern mit zunehmendem Relativdrehwinkel schrittweise aktiviert, sodass bei einem kleineren Relativdrehwinkel eine kleinere Anzahl der Zugfedern zur Bereitstellung der Federkraft beziehungsweise des Drehmoments dient als bei einem größeren Relativdrehwinkel. Beispielsweise ist es vorgesehen, dass bei einem Relativdrehwinkel, der größer oder gleich einem ersten Relativdrehwinkel und kleiner als ein zweiter Relativdrehwinkel ist, lediglich ein erster Teil der Zugfedern an dem jeweiligen Formschlusselement anliegen, sodass die Federanordnung eine erste Federkonstante aufweist. Ist der Relativdrehwinkel größer oder gleich dem zweiten Relativdrehwinkel und kleiner als ein dritter Relativdrehwinkel, so steht sowohl der erste Teil der Zugfedern als auch zusätzlich ein zweiter Teil der Zugfedern in Anlagekontakt mit dem jeweiligen Formschlusselement. Entsprechend weist die Federanordnung eine zweite Federkonstante auf, die von der ersten Federkonstante verschieden ist.
Es kann - optional - vorgesehen sein, dass bei einem Relativdrehwinkel, der größer oder gleich dem dritten Relativdrehwinkel und kleiner als ein vierter Relativdrehwinkel ist, ein dritter Teil der Zugfedern in Anlagekontakt zu dem jeweiligen Formschlusselement gerät, sodass schlussendlich der erste Teil der Zugfedern, der zweite Teil der Zugfedern und der dritte Teil der Zugfedern zum Erzeugen der Federkraft beziehungsweise des Drehmoments zwischen den Teilzahnrädern beiträgt. Folglich weist die Federanordnung für einen solchen Relativdrehwinkel eine dritte Federkonstante auf, welche von der ersten Federkonstante und der zweiten Federkonstante verschieden ist.
Dies lässt sich für eine beliebige Anzahl an Relativdrehwinkelbereichen beziehungsweise eine beliebige Anzahl an Teilen der Zugfeder fortsetzen. Jeder Teil der Zugfedern enthält zumindest eine der Zugfedern oder mehrere der Zugfedern. Beispielsweise enthält jeder Teil der Zugfedern dieselbe Anzahl an Zugfedern, also beispielsweise genau eine Zugfeder. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass die Teile der Zugfedern unterschiedliche Anzahlen an Zugfedern aufweisen, beispielsweise in aufsteigender Richtung eine zunehmende Anzahl an Zugfedern oder eine abnehmende Anzahl an Zugfedern aufweisen.
Insoweit umfasst beispielsweise der zweite Teil der Zugfedern eine größere Anzahl an Zugfedern als der erste Teil der Zugfedern und der dritte Teil der Zugfedern wiederum eine größere Anzahl an Zugfedern als der zweite Teil der Zugfedern. Umgekehrt kann jedoch auch vorgesehen sein, dass der erste Teil der Zugfedern eine größere Anzahl an Zugfedern aufweist als der zweite Teil der Zugfedern und dieser wiederum eine größere Anzahl an Zugfedern aufweist als der dritte Teil der Zugfedern. Auch dies kann wiederum für eine beliebige Anzahl an Drehwinkelbereichen beziehungsweise Teilen der Zugfedern fortgesetzt werden. Beispielsweise liegen genau zwei Teile an Zugfedern, drei Teile an Zugfedern oder vier Teile an Zugfedern vor.
Die unterschiedlichen Relativdrehwinkelbereiche werden durch die unterschiedlichen Abstände der Zugfedern zu dem jeweiligen Formschlusselement erzielt. Bevorzugt ist unter dem Abstand ein Abstand in Umfangsrichtung zu verstehen, sodass also die Zugfedern zu dem jeweiligen Formschlusselement unterschiedliche Abstände in Umfangsrichtung bezüglich der gemeinsamen Drehachse der Teilzahnräder aufweisen. Durch entsprechende Ausgestaltung der Federanordnung und entsprechende Wahl der Abstände der Zugfedern zu dem jeweiligen Formschlusselement kann das zwischen den Teilzahnrädern wirkende Drehmoment, welches auch als Verspannmoment bezeichnet werden kann, über den Relativdrehwinkel äußerst genau eingestellt werden. Der Abstand umfasst ausdrücklich auch einen Abstand von Null, also ein Anliegen der entsprechenden Zugfeder an dem jeweiligen Formschlusselement.
Vorzugsweise ist die Federanordnung derart ausgestaltet, dass das Verspannmoment zwischen den Teilzahnrädern mit steigendem Relativdrehwinkel stetig zunimmt oder zumindest gleich bleibt. Es ist also nicht vorgesehen, dass das Verspannmoment bei steigendem Relativdrehwinkel abnimmt. Vorzugsweise ist die Federanordnung derart ausgestaltet, dass das von der Federanordnung bewirkte Verspannmoment bei zunehmendem Relativdrehwinkel konstant bleibt oder lediglich mit einem ersten Gradient ansteigt, bis die nächste der Zugfedern in Anlagekontakt zu dem jeweiligen Formschlusselement gerät. In diesem Fall tritt eine sprunghafte Veränderung des Verspannmoments mit einem zweiten Gradient auf, der größer ist als der zweite Gradient. Nach der sprunghaften Veränderung bleibt das Verspannmoment bei weiter zunehmendem Relativdrehwinkel wiederum bevorzugt konstant oder steigt mit einem Gradient an, der wieder kleiner ist als der zweite Gradient. Beispielsweise entspricht dieser Gradient wiederum dem ersten Gradient. Er kann jedoch auch zwischen dem ersten Gradient und dem zweiten Gradient liegen.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Zugfedern einstückig und/oder materialeinheitlich mit dem einen der Teilzahnräder ausgebildet sind. Beispielsweise werden die Zugfedern gemeinsam mit dem entsprechenden Teilzahnrad hergestellt, insbesondere durch Stanzen. Das Teilzahnrad und die Zugfedern liegen insoweit als ein einziges Stanzteil vor. Dies hat den Vorteil einer äußerst einfachen und kostengünstigen Herstellung. Selbstverständlich ist es auch möglich, die Zugfedern separat von dem entsprechenden Teilzahnrad herzustellen und nachträglich an diesem zu befestigen.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Zugfedern die Drehachse gemeinsam in Umfangsrichtung zu mindestens 75 %, mindestens 80 %, mindestens 85 %, mindestens 90 % oder mindestens 95 % umgreifen. Die Zugfedern weisen jeweils eine vergleichsweise große Erstreckung in Umfangsrichtung auf. Beispielsweise umgreift jede der Zugfedern die Drehachse mit zumindest einem der genannten Werte dividiert durch die Anzahl der Zugfedern. Liegen zwei Zugfedern vor, so umgreift also jede der Zugfedern die Drehachse um mindestens 180° multipliziert mit einem der genannten Werte. Sind hingegen drei Zugfedern vorgesehen, so umgreift jeder der Zugfedern die Drehachse um mindestens 120° multipliziert mit einem der genannten Werte. Bei vier Zugfedern sind es entsprechend 90° multipliziert mit einem der genannten Werte. Die Zugfedern können voneinander in Umfangsrichtung beabstandet angeordnet sein oder alternativ in Umfangsrichtung unmittelbar aneinander anschließen oder sogar in Überdeckung miteinander stehen. Hierdurch wird eine besonders gute Federwirkung der Zugfedern trotz ihrer einfachen Ausgestaltung erzielt.
Eine bevorzugte weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Zugfedern jeweils einen Radialvorsprung aufweisen, der an dem Formschlusselement des jeweils anderen der Teilzahnräder formschlüssig angreift. Der Radialvorsprung erstreckt sich beispielsweise ausgehend von einem Federbereich der jeweiligen Zugfeder in radialer Richtung nach außen oder in radialer Richtung nach innen. Der Radialvorsprung wirkt mit dem an dem jeweils anderen der Teilzahnräder vorliegenden Formschlusselement zusammen, um die Zugfeder mit diesem formschlüssig zu verbinden. Das Formschlusselement begrenzt insoweit in Umfangsrichtung eine Formschlussaufnahme des jeweils anderen der Teilzahnräder, in welche der Radialvorsprung eingreift. Dies ermöglicht eine einfache und kostengünstige Herstellung des Verspannzahnrads.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Zugfedern jeweils über einen Haltesteg verfügen, über den sie an einem Grundkörper des einen der Teilzahnräder befestigt sind und der über einen Federbereich der jeweiligen Zugfeder mit dem Radialvorsprung verbunden ist. Die Zugfedern setzen sich insoweit jeweils aus dem Haltesteg, dem Federbereich und dem Radialvorsprung zusammen. Der Federbereich ist über den Haltesteg mit dem einen der Teilzahnräder verbunden und über den Radialvorsprung an dem jeweils anderen der Teilzahnräder formschlüssig befestigt.
Der Grundkörper des Teilzahnrads umgreift vorzugsweise die Federanordnung, also alle Zugfedern, in Umfangsrichtung vollständig. Der Grundkörper ist insoweit bevorzugt in Umfangsrichtung durchgehend ausgestaltet. Beispielsweise liegt die Federanordnung in einer Ausnehmung des Grundkörpers vor, wohingegen eine Verzahnung des jeweiligen Teilzahnrads an dem Grundkörper ausgebildet ist, beispielsweise an diesem in Form einer Außenverzahnung vorliegt. Die Zugfedern sind - wie bereits erläutert - besonders bevorzugt einstückig und/oder materialeinheitlich mit dem jeweiligen Teilzahnrad beziehungsweise dem Grundkörper des Teilzahnrads ausgebildet. Die Federbereiche der Zugfedern sind über die Haltestege von dem Grundkörper beabstandet. Hierdurch wird eine besonders effektive Federwirkung erzielt.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Federbereich und der Radialvorsprung in radialer Richtung von dem Grundkörper beabstandet sind, sodass zwischen dem Federbereich und dem Grundkörper ein Schlitz ausgebildet ist. Der Haltesteg erstreckt sich vorzugsweise ausgehend von dem Grundkörper in radialer Richtung nach innen, sodass der Federbereich der jeweiligen Zugfeder in radialer Richtung von dem Grundkörper beabstandet angeordnet ist. Hierdurch ist der Schlitz zwischen dem Federbereich und dem Grundkörper ausgebildet. Auf diese Art und Weise wird eine gute Federwirkung des Federbereichs sichergestellt.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das jeweils andere der Teilzahnräder einen Stützvorsprung aufweist, der in axialer Richtung in den Schlitz eingreift. Der Stützvorsprung verhindert beispielsweise eine übermäßige Verformung des Federbereichs der Zugfedern. Vorzugsweise greift in jeden der Schlitze ein solcher Stützvorsprung ein. Der Stützvorsprung füllt den Schlitz in Umfangsrichtung gesehen zu mindestens 50 %, mindestens 75 % oder mindestens 90 % aus. Es kann auch vorgesehen sein, dass der Stützvorsprung den Schlitz in Umfangsrichtung gesehen vollständig ausfüllt. Hierdurch wird eine besonders gute Führung der Zugfedern erzielt.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Stützvorsprung das Formschlusselement ausbildet. Das bedeutet, dass die Zugfedern über den jeweiligen Stützvorsprung an dem jeweils anderen der Teilzahnräder formschlüssig angreifen. Dies ermöglicht wiederum eine äußerst einfache und kostengünstige Ausgestaltung des Verspannzahnrads.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Federbereich in Umfangsrichtung gekrümmt ist. Beispielsweise weist der Federbereich in Umfangsrichtung gesehen durchgehend oder zumindest nahezu durchgehend denselben Abstand von einem Innenumfang des Grundkörpers auf. Besonders bevorzugt ist der Stützvorsprung, der sich in die zwischen dem Federbereich und dem Grundkörper ausgebildeten Schlitze hineinerstreckt, analog zu dem Federbereich gekrümmt, weist also besonders bevorzugt dieselbe Krümmung auf, sodass der Federbereich und der Stützvorsprung in Umfangsrichtung parallel oder zumindest im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen. Hierdurch wird eine besonders gute Federwirkung erzielt.
Schließlich kann im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass der Abstand zwischen dem Haltesteg einer der Zugfedern und dem Radialvorsprung einer anderen der Zugfedern höchstens 5°, höchstens 10°, höchstens 15°, höchstens 20°, höchstens 25° oder höchstens 30° beträgt. Das bedeutet, dass sich die Zugfedern in Umfangsrichtung gesehen nahezu aneinander anschließen oder zumindest lediglich einen vergleichsweise geringen Abstand voneinander aufweisen, welcher höchstens einen der genannten Werte entspricht. Hierdurch wird der zur Verfügung stehende Platz in dem Verspannzahnrad effektiv für die Anordnung der mehreren Zugfedern genutzt, sodass eine besonders gute Federwirkung erzielt wird.
Die Erfindung betrifft selbstverständlich auch ein Zahnradgetriebe mit einem Verspannzahnrad und einem mit dem Verspannzahnrad kämmenden weiteren Zahnrad, wobei das Verspannzahnrad gemäß den Ausführungen im Rahmen dieser Beschreibung ausgestaltet und weitergebildet sein kann.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert, ohne dass eine Beschränkung der Erfindung erfolgt. Dabei zeigt:

1 eine schematische Darstellung eines Verspannzahnrads für ein Zahnradgetriebe, mit einem ersten Teilzahnrad und einem zweiten Teilzahnrad, sowie
2 einen Verlauf eines Verspannmoments zwischen dem ersten Teilzahnrad und dem zweiten Teilzahnrad über einen Relativdrehwinkel zwischen den beiden Teilzahnrädern.

Die 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Verspannzahnrads 1, welches beispielsweise Bestandteil eines Zahnradgetriebes sein kann. Das Verspannzahnrad 1 verfügt über ein erstes Teilzahnrad 2 (hier im Vordergrund dargestellt) und ein zweites Teilzahnrad 3 (hier im Hintergrund dargestellt). Die beiden Teilzahnräder 2 und 3 sind koaxial zueinander angeordnet, nämlich bezüglich zu einer gemeinsamen Drehachse 4. Die beiden Teilzahnräder 2 und 3 sind gegeneinander verdrehbar angeordnet und mittels einer Federanordnung 5 gegeneinander verspannt.
Die Teilzahnräder 2 und 3 weisen jeweils eine Verzahnung 6 beziehungsweise 7 auf, wobei die Verzahnungen 6 und 7 beispielsweise mit identischen Verzahnungsparametern ausgestaltet sind. Sie können jedoch auch unterschiedliche Verzahnungsparameter aufweisen. Bei Verwendung des Verspannzahnrads 1 in einem Zahnradgetriebe kämmen insoweit beide Teilzahnräder 2 und 3 jeweils mit einem weiteren Zahnrad. Das bedeutet, dass sowohl die Verzahnung 6 als auch die Verzahnung 7 mit einer Verzahnung des weiteren Zahnrads in Eingriff stehen. Durch die Verspannung der Teilzahnräder 2 und 3 gegeneinander mittels der Federanordnung 5 wird hierbei erzielt, dass Zähne der Verzahnungen 6 und 7 permanent an Zähnen der Verzahnung des weiteren Zahnrads anliegen.
Die Federanordnung 5 verfügt über mehrere Zugfedern 8, in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel über drei Zugfedern 8. Jede der Zugfedern 8 weist einen Federbereich 9 auf, der einerseits über einen Haltesteg 10 an dem ersten Teilzahnrad 2 befestigt ist und andererseits über einen Radialvorsprung 11 an dem zweiten Teilzahnrad 3 zumindest zeitweise formschlüssig angreift. Der Radialvorsprung 11 greift hierzu in eine Formschlussausnehmung 12 ein, die von einem Formschlusselement 13 in Umfangsrichtung begrenzt ist. In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Rastelemente 13 jeweils Teil eines Stützvorsprungs 14, der sich in axialer Richtung in einen Schlitz 15 hinein erstreckt, der zwischen dem Federbereich 9 der Zugfedern 8 und einem Grundkörper 16 des ersten Teilzahnrads 2 ausgebildet ist. An dem Grundkörper 16 ist die Verzahnung 6 ausgebildet, nämlich auf der den Zugfedern 8 in radialer Richtung abgewandten Seite des Grundkörpers 16.
Die dargestellte Ausgestaltung des Verspannzahnrads 1 macht auf vorteilhafte Art und Weise eine Herstellung des ersten Teilzahnrads 2 gemeinsam mit den Zugfedern 8 als Stanzteil möglich. Es ist erkennbar, dass das zweite Teilzahnrad 3 zur unmittelbaren Anordnung auf einer Welle ausgebildet ist und hierzu eine Nabe 17 aufweist. Das erste Teilzahnrad 2 ist hingegen entkoppelt von dieser Welle angeordnet und weist entsprechend keine Nabe auf. Vielmehr ist das erste Teilzahnrad 2 bezüglich des zweiten Teilzahnrads 3 und entsprechend bezüglich der Welle drehbar gelagert.
Es kann vorgesehen sein, dass die beiden Teilzahnräder 2 und 3 in axialer Richtung gesehen dieselbe Erstreckung aufweisen. Besonders bevorzugt ist jedoch das zweite Teilzahnrad 3 zur Lastübertragung zwischen der Nabe 17 beziehungsweise der Welle sowie dem weiteren Zahnrad vorgesehen und ausgebildet. Hierzu weist das zweite Teilzahnrad 3 in axialer Richtung eine größere Erstreckung auf als das erste Teilzahnrad 2. Das erste Teilzahnrad 2 dient insoweit lediglich zum Verspannen des Verspannzahnrads 1 mit dem weiteren Zahnrad, nicht jedoch einer Kraftübertragung beziehungsweise Drehmomentübertragung.
Das Verspannzahnrad 1 ist hier in einer Stellung der Teilzahnräder 2 und 3 zueinander, nämlich mit entspannter Federanordnung 5 beziehungsweise entspannten Zugfedern 8 dargestellt. Es ist erkennbar, dass die Zugfedern 8 in diesem Zustand zumindest teilweise unterschiedliche Abstände von dem jeweiligen Formschlusselement 13 aufweisen. So liegt zwischen einer ersten der Zugfedern 8 und dem dazugehörigen Formschlusselement 13 ein Abstand von α₁ , zwischen einer zweiten der Zugfedern 8 und dem dazugehörigen Formschlusselement 13 ein Abstand von α₂ und zwischen einer dritten der Zugfedern 8 und dem dazugehörigen Formschlusselement 13 ein Abstand von α₃ vor. Die Abstände α₁ , α₂ und α₃ sind voneinander verschieden. Beispielsweise gilt α₁ < α₂ < α₃ oder α₁ = α₂ < α₃ oder α₁ < α₂ = α₃.
In Abhängigkeit von einem Relativdrehwinkel zwischen den beiden Teilzahnrädern 2 und 3 wirken also unterschiedliche Anzahlen an Zugfedern 8 zwischen den beiden Teilzahnrädern 2 und 3 zur Erzeugung der Federkraft beziehungsweise des Verspannmoments. Bevorzugt ist das Verspannzahnrad 1 derart ausgestaltet, dass bei kleinen Relativdrehwinkeln eine kleinere Anzahl an Zugfedern 8 zur Erzeugung der Federkraft beiträgt als bei größeren Relativdrehwinkeln. Entsprechend kann bedarfsgerecht die benötigte Federkraft bereitgestellt werden. Es sei darauf hingewiesen, dass die hier dargestellten Abstände α₁ , α₂ und α₃ rein exemplarisch und lediglich schematisch angedeutet sind.
Die 2 zeigt ein Diagramm, in welchem das zwischen den Teilzahnrädern 2 und 3 wirkende Drehmoment M über dem Relativdrehwinkel γ zwischen den Teilzahnrädern 2 und 3 aufgetragen ist. Es ist erkennbar, dass das Drehmoment M mit zunehmendem Relativdrehwinkel γ zunimmt. Abschnittsweise bleibt das Drehmoment M jedoch trotz zunehmendem Relativdrehwinkel γ konstant, nämlich vorzugsweise bis zum Zusammenwirken einer zusätzlichen der Zugfedern 8 mit dem jeweiligen Formschlusselement 13. So wirkt für einen Relativdrehwinkel γ₁ ≤ γ < γ₂ lediglich die erste Zugfeder 8 mit dem entsprechenden Formschlusselement 13 zusammen, für den Relativdrehwinkel γ₂ ≤ γ < γ₃ die erste Zugfeder 8 und die zweite Zugfeder 8 und für den Relativdrehwinkel γ₃ ≤ γ die erste Zugfeder 8, die zweite Zugfeder 8 und zusätzlich die dritte Zugfeder 8 mit dem jeweiligen Formschlusselement 13 zum Bewirken des Drehmoments M zusammen.
Die beschriebene Ausgestaltung des Verspannzahnrads 1 ist einerseits kostengünstig und einfach herstellbar und weist andererseits ein mit zunehmendem Relativdrehwinkel schrittweise anwachsendes Drehmoment M auf, welches jedoch über eine komplette Umdrehung des Verspannzahnrads 1 innerhalb des Zahnradgetriebes vorzugsweise konstant oder zumindest nahezu konstant bleibt.
Bezugszeichenliste

1: Verspannzahnrad
2: 1. Teilzahnrad
3: 2. Teilzahnrad
4: Drehachse
5: Federanordnung
6: Verzahnung
7: Verzahnung
8: Zugfeder
9: Federbereich
10: Haltesteg
11: Radialvorsprung
12: Formschlussausnehmung
13: Formschlusselement
14: Stützvorsprung
15: Schlitz
16: Grundkörper
17: Nabe

Claims

Verspannzahnrad (1) für ein Zahnradgetriebe, mit einem ersten Teilzahnrad (2) und einem koaxial zu dem ersten Teilzahnrad (2) angeordneten und bezüglich des ersten Teilzahnrads (2) drehbar gelagerten zweiten Teilzahnrad (3), wobei das erste Teilzahnrad (2) und das zweite Teilzahnrad (3) eine gemeinsame Drehachse (4) aufweisen und mittels einer Federanordnung (5) in Umfangsrichtung bezüglich der Drehachse (4) gegeneinander verspannt sind, und wobei die Federanordnung (5) mehrere Zugfedern (8) aufweist, die einerseits an einem der Teilzahnräder (2,3) befestigt sind und andererseits zumindest zeitweise an einem Formschlusselement (13) des jeweils anderen der Teilzahnräder (2,3) formschlüssig angreifen, dadurch gekennzeichnet, dass - in wenigstens einer Stellung der Teilzahnräder (2,3) zueinander - zumindest einige der Zugfedern (8) unterschiedliche Abstände (α) zu dem jeweiligen Formschlusselement (13) aufweisen.
Verspannzahnrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zugfedern (8) einstückig und/oder materialeinheitlich mit dem einen der Teilzahnräder (2,3) ausgebildet sind.
Verspannzahnrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zugfedern (8) die Drehachse (4) gemeinsam in Umfangsrichtung zu mindestens 75 %, mindestens 80 %, mindestens 85 %, mindestens 90 % oder mindestens 95 % umgreifen.
Verspannzahnrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zugfedern (8) jeweils einen Radialvorsprung (11) aufweisen, der an dem Formschlusselement (13) des jeweils anderen der Teilzahnräder (2,3) formschlüssig angreift.
Verspannzahnrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zugfedern (8) jeweils über einen Haltesteg (10) verfügen, über den sie an einem Grundkörper (16) des einen der Teilzahnräder (2,3) befestigt sind und der über einen Federbereich (9) der jeweiligen Zugfeder (8) mit dem Radialvorsprung (11) verbunden ist.
Verspannzahnrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Federbereich (9) und der Radialvorsprung (11) in radialer Richtung von dem Grundkörper (16) beabstandet sind, sodass zwischen dem Federbereich (9) und dem Grundkörper (16) ein Schlitz (15) ausgebildet ist.
Verspannzahnrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das jeweils andere der Teilzahnräder (2,3) einen Stützvorsprung (14) aufweist, der in axialer Richtung in den Schlitz (15) eingreift.
Verspannzahnrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stützvorsprung (14) das Formschlusselement (13) ausbildet.
Verspannzahnrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Federbereich (9) in Umfangsrichtung gekrümmt ist.
Verspannzahnrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen dem Haltesteg (10) einer der Zugfedern (8) und dem Radialvorsprung (11) einer anderen der Zugfedern (8) höchstens 5°, höchstens 10°, höchstens 15°, höchstens 20°, höchstens 25° oder höchstens 30° beträgt.