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Die Erfindung betrifft ein Zahnrad für ein Zahnradgetriebe, in welchem mindestens ein Zahnrad mit einer Einrichtung zum Einstellen des Flankenspiels vorgesehen ist, sowie ein Zahnradgetriebe mit einem solchen Zahnrad.
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Bei einem bekannten Zahnradgetriebe der genannten Art (
DE 202 07 22 A1 ) sind ineinandergreifende Stirnzahnräder bekannt, deren Zähne sich entlang ihrer Zahnbreite nach einer Seite hin verjüngen, sodass eine keilförmige Ausbildung der einzelnen Zähne entsteht. Bei den ineinandergreifenden Zahnrädern ist die Verjüngung der Zahnbreite gegenläufig ausgebildet. Durch axiale Verschiebung der beiden ineinandergreifenden Zahnräder relativ zueinander in Richtung ihrer verjüngten Seiten kann ein durch Verschleiß entstehendes Spiel ausgeglichen werden. Nachteilig ist bei diesem Prinzip jedoch, dass durch die keilförmige Ausbildung der Zähne die Zahnflankenpaarung bei den beiden miteinander kämmenden Zahnrädern nicht optimal gestaltet werden kann, sodass darunter das Abwälzverhalten der Zahnräder leidet. Auch die Herstellung solcher Zahnradpaarungen ist schwierig.
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Aus der
DE 10 2004 058 178 A1 ist ferner ein geteiltes Zahnrad bekannt, bei dem die beiden Zahnradteile um einen geringen Winkel relativ zueinander verdreht werden können. Ein Spielausgleich entsteht dadurch, dass das Gegenzahnrad auf einer Seite mit den Zähnen des einen Radteils und auf der anderen Seite mit denen des anderen Radteils kämmt. Wenn also ein durch Verschleiß entstehendes Spiel ausgeglichen werden soll und die Teilräder des Zahnrades sich relativ zueinander verdrehen, so kämmt das Gegenzahnrad immer nur mit einem Teilrad, sodass auch bei einem solchen Getriebe keine optimale Kraftübertragung und kein optimales Abwälzen der ineinandergreifenden Zähne gewährleistet ist.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Zahnradgetriebe zu schaffen, bei dem die Zahnräder auch nach der Spieleinstellung zuverlässig ineinandergreifen und das Wälzverhalten optimal erhalten bleibt.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch den kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst. Die erfindungsgemäße Konstruktion ist dadurch gekennzeichnet, dass das Zahnrad aus einem Hauptrad und einem koaxial zu diesem ausgerichteten gesonderten Ausgleichsrad besteht, welches relativ zu dem Hauptrad in Axialrichtung verschiebbar und relativ zu diesem drehbar gelagert ist, dass das Hauptrad mit Zahnrümpfen versehen ist, bei denen auf einer Seite eine Zahnflanke und auf der anderen Seite eine Keilfläche ausgebildet ist, die in Axialrichtung zu dem Ausgleichsrad hin abfallend geneigt ist, dass das Ausgleichszahnrad mit in Axialrichtung gegen das Hauptrad gerichteten Zahnsegmenten versehen ist, bei denen auf einer Seite eine Zahnflanke und auf der anderen Seite eine Keilfläche ausgebildet ist, die in Axialrichtung zu dem Hauptrad hin abfallend geneigt ist und jeweils den Keilflächen der Zahnrümpfe des Hauptrades gegenüberliegt, dass die einander gegenüberliegenden Keilflächen des Hauptrades und des Ausgleichsrades den gleichen Neigungswinkel aufweisen und bündig aneinander anliegen und dass die Zahnrümpfe des Hauptrades gemeinsam mit den Zahnsegmenten des Ausgleichsrades die vollständige gewählte Zahnform bilden, wobei durch eine Zustellung der Zahnsegmente des Ausgleichsrades relativ zu den Zahnrümpfen des Hauptrades die Zahnform verbreitert wird.
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Die erfindungsgemäße Konstruktion weist gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil auf, dass die Zahnform, und insbesondere die Form der Zahnflanken nach der Spieleinstellung unverändert beibehalten wird, sodass auch nach der Spieleinstellung ein optimales Abwälzen der miteinander kämmenden Zahnflanken gewährleistet ist.
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Vorzugsweise sind die an den Zahnrümpfen des Hauptrades vorgesehenen Keilflächen und die zu diesen korrespondierenden, an den Zahnsegmenten des Ausgleichsrades vorgesehenen Keilflächen schraubenlinig ausgebildet, wodurch eine besonders harmonische Nachstellung des Flankenspiels ermöglicht wird.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung besteht darin, dass die Neigung der Keilflächen und deren abgestimmte Reibwerte so bemessen werden, dass in Richtung auf ein Lösen des Ausgleichsrades von dem Hauptrad Selbsthemmung auftritt.
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Vorzugsweise ist das gesamte Ausgleichsrad mit den an diesem vorgesehenen Zahnsegmenten zum Nachstellen des Spiels in Richtung auf das Hauptrad verstellbar. Die Verstellung des Ausgleichsrades relativ zu dem Hauptrad kann auf verschiedene Weise erfolgen. Zweckmäßig ist dabei das Ausgleichsrad in Richtung auf das Hauptrad federbelastet, sodass sich der Spielausgleich selbsttätig einstellt. Wenn also eine Selbsthemmung eingestellt ist, wird ein Zurückschieben des Ausgleichsrades gegen die Federkraft wirksam Vermieden.
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Zum genauen Ausrichten der aneinander anliegenden Keilflächen der Zahnrümpfe des Hauptrades und der Zahnsegmente des Ausgleichsrades können die an den Zahnrümpfen des Hauptrades vorgesehenen Keilflächen mit einer geradlinigen, vorspringenden Rippe versehen sein, die über ihre gesamte Länge den gleichen Abstand von der Rotationsachse des Hauptrades einhält, wobei die entsprechende Keilfläche des Zahnsegmentes des Ausgleichsrades eine zu der Rippe des Zahnrumpfes des Hauptrades korrespondierende, sich über die gesamte Länge der Keilfläche erstreckende Nut aufweist, in die die Rippe der jeweiligen Keilfläche des Zahnrumpfes formschlüssig eingreift. Alternativ könnte selbstverständlich auch die Führungsrippe an den Zahnsegmenten des Ausgleichsrades und die Nut an der Keilfläche des Zahnsegments des Ausgleichsrades ausgebildet sein.
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Die Rippe erstreckt sich dabei zweckmäßig über die gesamte Länge der jeweiligen Keilfläche.
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Die Führung der Zahnsegmente des Ausgleichsrades kann auch dadurch verbessert werden, dass die Unterseiten der Zahnsegmente an dem Grund der Lücke zwischen den Zähnen des Hauptrades aufliegen. Dadurch ist eine genaue Fixierung der Zahnsegmente des Ausgleichsrades gesichert.
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Das Ausgleichsrad kann aus einem Tragring bestehen, wobei sich die Zahnsegmente des Ausgleichsrades axial von dem Tragring aus zu dem Hauptrad hin erstrecken.
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In einer beispielhaften Getriebekonstruktion können das Hauptrad und das Ausgleichsrad auf einer gemeinsamen Achse bzw. Welle sitzen.
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Dabei ist das Hauptrad zweckmäßig drehfest mit der Achse bzw.der Welle verbunden, während das Ausgleichsrad axial verschieblich und drehbar auf der Achse bzw. Welle gelagert ist.
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Bei einer anderen Konstruktion kann das Hauptrad einen angeformten Tragflansch aufweisen, der auf seiner den Zahnrümpfen des Hauptrades zugewandten Seite mit einem umlaufenden Absatz versehen ist, auf welchem der Tragring des Ausgleichsrades axial verschieblich und drehbar gelagert ist. Bei dieser Konstruktion besteht der Vorteil, dass das Hauptrad und das Ausgleichsrad eine zusammenhängende Einheit bilden.
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Zwischen dem an dem Hauptrad sitzenden Tragflansch und dem Ausgleichsrad können in Axialrichtung wirkende Schraubenfedern vorgesehen sein, die das Ausgleichsrad in Richtung auf das Hauptrad hin vorspannen. Dadurch ist auch bei dieser Konstruktion eine automatische Nachstellung des Spiels möglich.
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Vorzugsweise sind mehrere über den Umfang des Tragflanschs angeordnete Schraubenfedern vorgesehen, die einerseits in Axialbohrungen des Tragflansches sitzen und andererseits an dem Ausgleichsrad anliegen.
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Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielhaft dargestellt und im nachstehenden im Einzelnen anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigen:
- 1: ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Zahnrades in auseinandergezogener Darstellung,
- 2: das Zahnrad gemäß 1 in seiner zusammengefügten Betriebsstellung,
- 3: den Ausschnitt III aus 2 in vergrößerter Darstellung,
- 4: die gleiche Darstellung wie in 2 eines anderen Ausführungsbeispiels,
- 5: den Ausschnitt V aus 4 in vergrößerter Darstellung und
- 6: ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Zahnrades auf einer Welle
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Das erfindungsgemäße Zahnrad 1 ist mit einer Einrichtung zum Nachstellen des Flankenspiels versehen.
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Nach 1 der Zeichnung besteht das erfindungsgemäße Zahnrad 1 aus einem Hauptrad 2 und einem koaxial zu diesem ausgerichteten, gesonderten Ausgleichsrad 3. Das Ausgleichsrad 3 muss relativ zu dem Hauptrad 2 in Axialrichtung verschiebbar und relativ zu diesem drehbar gelagert sein.
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Das Hauptrad 2 ist mit Zahnrümpfen 4 versehen, bei denen auf einer Seite eine Zahnflanke 5 und auf der anderen Seite eine Keilfläche 6 ausgebildet ist. Entsprechend ist das Ausgleichsrad 3 mit in gleichen radialen Abständen von der gemeinsamen Rotationsachse 12 in Axialrichtung gegen das Hauptrad 2 gerichteten Zahnsegmenten 7 versehen. Ebenso wie bei den Zahnrümpfen 4 des Hauptrades 2 sind an den Zahnsegmenten 7 auf einer Seite Zahnflanken 8 und auf der anderen Seite Keilflächen 9 ausgebildet.
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Die an den Zahnrümpfen 4 ausgebildeten Keilflächen 6 sind zu dem Ausgleichsrad 3 hin abfallend geneigt. In gleicher Weise sind auch die Keilflächen 9, die an den Zahnsegmenten 7 des Ausgleichsrades 3 ausgebildet sind, zu dem Hauptrad 2 hin abfallend geneigt und liegen somit jeweils den Keilflächen 6 der Zahnrümpfe 4 des Hauptrades 2 gegenüber.
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Die einander gegenüberliegenden Keilflächen 6 und 9 des Hauptrades 2 und des Ausgleichsrades 3 weisen den gleichen Neigungswinkel auf und liegen im zusammengeschobenen Zustand des Hauptrades 2 und des Ausgleichsrades 3, wie beispielsweise in den 2 und 3 dargestellt, bündig aneinander an. In dem zusammengeschobenen Zustand der beiden Zahnradteile bilden die Zahnrümpfe 4 des Hauptrades 2 gemeinsam mit den Zahnsegmenten 7 des Ausgleichsrades 3 die vollständige Zahnform, die der Konstrukteur gewählt hat.
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Der Nachstellvorgang kann insbesondere dadurch optimiert werden, dass die an den Zahnrümpfen 4 des Hauptrades 2 vorgesehenen Keilflächen 6 und die auf diese abgestimmten Keilflächen 9 der Zahnsegmente 7 des Ausgleichsrades 3 schraubenlinig ausgebildet sind.
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Wenn in diesem Zustand Verschleiß auftritt, kann das Ausgleichsrad 3 weiter gegen das Hauptrad 2 in axialer Richtung vorgeschoben werden, sodass sich die zusammengesetzte Zahnform verbreitert. Bei der Verbreiterung der Zähne bleiben die Zahnflanken unverändert erhalten, sodass der Abwälzvorgang der jeweiligen Zahnradpaarung durch die Spieleinstellung nicht gestört wird.
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Zum Zwecke der Spieleinstellung wird das gesamte Ausgleichsrad 3 mit den an diesem vorgesehenen Zahnsegmenten 7 in Richtung auf das Hauptrad 2 verschoben, wobei außer der axialen Bewegung des Ausgleichsrades 3 auch eine geringfügige Verdrehung des Ausgleichsrades 3 relativ zu dem Hauptrad 2 erfolgt, da die Keilflächen 9 der Zahnsegmente 7 auf den Keilflächen 6 der Zahnrümpfe 4 auflaufen und dadurch eine geringfügige Drehung des Ausgleichsrades 3 relativ zu dem Hauptrad 2 bewirken.
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Die Verschiebung des Ausgleichsrades 3 in Richtung auf das Hauptrad 2 kann auf verschiedene Arten erfolgen. Eine vorteilhafte Ausgestaltung besteht darin, dass das Ausgleichsrad 3 permanent in Richtung auf das Hauptrad 2 federbelastet ist, sodass dadurch eine automatische Nachstellung des Spielausgleichs erfolgt. Um zu vermeiden, dass das Ausgleichsrad 3 unter besonderen Umständen gegen die Federkraft zurückgeschoben wird, kann ein Selbsthemmungseffekt ausgenutzt werden. Dieser wird dadurch eingestellt, dass die Neigung der Keilflächen 6 und 9 sowie deren Reibwerte so gewählt werden, dass Selbsthemmung in Richtung auf ein Lösen des Ausgleichsrades 3 von dem Hauptrad 2 eintritt.
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Bei dem in den 4 und 5 dargestellten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Zahnrades 1 weisen die an den Zahnrümpfen 4 des Hauptrades 2 vorgesehenen Keilflächen 6 eine geradlinig vorspringende Führungsrippe 11 auf. Die Führungsrippe 11 hält über ihre gesamte Länge den gleichen Abstand von der Rotationsachse 12 des Hauptrades 2 ein und kann sich über die gesamte Länge der Keilfläche 6 des Zahnrumpfes 4 erstrecken. Analog dazu sind die entsprechenden Keilflächen 9 des Zahnsegmentes 7 des Ausgleichsrades 3 mit einer zu der Führungsrippe 11 des Zahnrumpfes 4 des Hauptrades korrespondierenden Nut 13 versehen, die sich über die gesamte Länge der Keilfläche 9 erstreckt. Die Rippe 11 der jeweiligen Keilfläche 6 des Zahnrumpfes 4 des Hauptrades 2 greift formschlüssig in die Nut 13 ein, sodass dadurch ein guter Zusammenhalt zwischen den Zahnrümpfen 4 und den Zahnsegmenten 7 gewährleistet ist.
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Eine weitere Maßnahme zum festen Zusammenhalt der Zahnrümpfe 4 und der Zahnsegmente 7 besteht darin, dass die Unterseiten 14 der an dem Ausgleichsrad 3 angeordneten Zahnsegmente 7 an dem Grund 15 der Lücke zwischen den Zahnrümpfen 4 des Hauptrades 2 aufliegen. Diese Ausführung ist bei beiden Ausführungsformen gemäß den 2 bis 5 verwirklicht.
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Bei diesen beiden beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung besteht das Ausgleichsrad 3 aus einem Tragring 16, mit dem die Zahnsegmente 7 verbunden sind und sich von dem Tragring 16 aus in Axialrichtung in Richtung auf das Hauptrad 2 hin erstrecken.
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Weitere in der Zeichnung nicht dargestellte Ausführungsformen sind möglich, bei denen das Hauptrad 2 und das Ausgleichsrad 3 auf einer gemeinsamen Welle bzw. Achse sitzen. Bei einer solchen Konstruktion ist das Hauptrad 2 in der Regel drehfest mit der Welle bzw. Achse verbunden, während das Ausgleichsrad 3 axial verschieblich und drehbar auf der Welle bzw. Achse gelagert ist.
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Bei dem in 6 dargestellten Ausführungsbeispiel bilden das Hauptrad 2 und das Ausgleichsrad 3 eine zusammenhängende Einheit, wobei diese Einheit aus Hauptrad 2 und Ausgleichsgrad 3 auf einer gemeinsamen Welle 17 bzw. Achse angeordnet ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel weist das Hauptrad 2 einen angeformten Tragflansch 18 auf, der in einem Abstand von den an dem Hauptrad 2 vorgesehenen Zahnrümpfen 4 angeordnet ist. Der Tragflansch 18 ist an seiner den Zahnrümpfen 4 des Hauptrades 2 zugewandten Seite mit einem umlaufenden Absatz 19 versehen, auf dem der Tragring 16 des Ausgleichsrades 3 axial verschieblich und geringfügig drehbar gelagert ist.
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Auch bei diesem Ausführungsbeispiel ist das Ausgleichsrad 3 in Richtung auf das Hauptrad 2 federbelastet. Die Federbelastung erfolgt hierbei mit Hilfe von Schraubenfedern 20, die zwischen dem an dem Hauptrad 2 sitzenden Tragflansch 18 und dem Tragring 16 des Ausgleichsrades 3 angeordnet sind. Bei dieser Konstruktion sind mehrere über den Umfang des Tragflanschs 18 angeordnete Schraubenfedern 20 vorgesehen, die einerseits in Axialbohrungen 21 des Tragflanschs 18 sitzen und andererseits an dem Ausgleichsrad 3 anliegen. Somit ist auch bei diesem Ausführungsbeispiel eine Zustellung des Ausgleichsrades 3 in Richtung auf das Hauptrad 2 möglich, sodass sich der Spielausgleich automatisch einstellen kann.
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Durch die Erfindung wird ein neues Zahnrad geschaffen, mit dem bei auftretendem Verschleiß an den Zahnrädern eines Zahnradgetriebes das Spiel zwischen den Zahnflanken von miteinander kämmenden Zahnrädern nachgestellt werden kann. Dies gilt insbesondere für Einsatzbereiche in Robotern, in verschiedenen Getrieben in der Kraftfahrzeugindustrie, in Positionierungsgetrieben mit hohen Anforderungen an die Genauigkeit usw.
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Insbesondere eignet sich die Erfindung auch für Zahnräder aus Kunststoff. Die beiden wesentlichen Bauteile, nämlich das Hauptrad 2 und das Ausgleichsrad 3, lassen sich dabei spritzgusstechnisch sehr einfach herstellen und eignen sich somit gut für die Massenherstellung.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Zahnrad mit Spieleinstellung
- 2
- Hauptrad
- 3
- Ausgleichsrad
- 4
- Zahnrümpfe
- 5
- Zahnflanken an Zahnrümpfen 4
- 6
- Keilflächen an Zahnrümpfen 4
- 7
- Zahnsegmente
- 8
- Zahnflanken an Zahnsegmenten 7
- 9
- Keilflächen an Zahnsegmenten 7
- 10
- vollständige Zahnform
- 11
- Führungsrippen
- 12
- Rotationsachse
- 13
- Nuten
- 14
- Unterseiten der Zahnsegmente 7
- 15
- Grund der Zahnlücken des Hauptrades 2
- 16
- Tragring
- 17
- Welle/Achse
- 18
- Tragflansch
- 19
- umlaufender Absatz
- 20
- Schraubenfedern
- 21
- Axialbohrungen
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 2020722 A1 [0002]
- DE 102004058178 A1 [0003]
