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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Stirnverzahnung für eine Radlageranordnung, insbesondere eine Hirth-Verzahnung für angetriebene Radlager, sowie eine Verwendung einer solchen Stirnverzahnung in einer Radlageranordnung.
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Stand der Technik
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Der Einsatz von Stirnverzahnungen als eine axial wirksame Kopplung von rotierenden Elementen, wie bspw. Wellen, ist bekannt. So offenbart bspw. die
EP 2 363 301 A1 eine Stirnverzahnung eines in Umfangsrichtung um eine Rotationsachse verlaufenden Zahnkranzes an einer Radlageranordnung für eine antreibbare Radnabe, wobei die Stirnverzahnung für einen spielfreien Eingriff in eine der Stirnverzahnung zugewandte Gegenverzahnung vorgesehen ist.
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Stirnverzahnungen können unter anderem spanend oder durch einen Umformprozess hergestellt werden. Die Montage von Stirnverzahnungen, insbesondere das Ineinandergreifen zweier Stirnverzahnungen kann durch die bekannten Herstellungsverfahren fertigungsbedingt erschwert werden.
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Es hat sich nunmehr herausgestellt, dass ein weiterer Bedarf besteht, eine bekannte Stirnverzahnung zu verbessern, insbesondere besteht ein Bedarf eine Stirnverzahnung bereitzustellen, die die Herstellung vereinfacht.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Stirnverzahnung für eine Radlageranordnung bereitzustellen, die die Herstellung vereinfacht, und insbesondere einen Werkzeugverschleiß reduziert und die verbesserte Ausformung der Zähne ermöglicht.
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Offenbarung der Erfindung
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Diese und andere Aufgaben, die beim Lesen der folgenden Beschreibung noch genannt werden oder vom Fachmann erkannt werden können, werden durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen sind den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung zu entnehmen.
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Die erfindungsgemäße Stirnverzahnung, insbesondere eine Hirth-Verzahnung, für eine Radlageranordnung, insbesondere für angetriebene Radlager, weist mehrere Zähne auf, die stirnseitig und in Umfangsrichtung benachbart zueinander angeordnet sind, und sich in radialer Richtung erstrecken. Insbesondere sind die Zähne dazu eingerichtet, axial, also in axialer Richtung, in Zähne einer Gegenverzahnung zu greifen. Jeder der Zähne weist Zahnflanken, einen Zahnkopf und Zahnfüße auf. Die Zahnflanken weisen eine bezogen auf eine Zahnbasisebene vorbestimmte Zahnflankenhöhe und eine bezogen auf die Zahnbasisebene vorbestimmte Zahnflankentiefe auf. Der, im Wesentlichen mittig zwischen den Zahnflanken angeordnete Zahnkopf weist eine bezogen auf die Zahnbasisebene vorbestimmte Zahnkopfhöhe auf, und die Zahnfüße weisen eine bezogen auf die Zahnbasisebene vorbestimmte Zahnfußtiefe auf. Dabei gehen die Zahnflanken und der Zahnkopf sowie die Zahnflanken und die Zahnfüße im Wesentlichen tangential ineinander über. Ein Zahnkopfradius und/oder ein Zahnfußradius ist/sind in radialer Richtung von innen nach außen kontinuierlich zunehmend ausgebildet.
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Das bedeutet, dass der Zahnkopfradius und/oder der Zahnfußradius in radialer Richtung nicht konstant sind, sondern von innen nach außen in radialer Richtung gesehen, kontinuierlich größer werden. Solche Radien werden im Folgenden auch als verlaufende Radien bezeichnet, d.h., als Radien, die in radialer Richtung verlaufend ausgebildet sind.
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Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung liegt insbesondere darin, dass Verzerrungen der Zahngeometrie, also Erhöhungen, insbesondere der Zahnkopfhöhe, und Vertiefungen, insbesondere der Zahnfußtiefe, die bei den bisher bekannten Stirnverzahnungen in radialer Richtung von innen nach außen übermäßig stark auftreten, reduziert werden. Ferner ist der Umformgrad bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Stirnverzahnung reduziert und/oder konstant für jeden Radius. Der Umformgrad ist definiert als das Verhältnis von bei der Herstellung durch Umformung zu verdrängendem Material und mit Material zu füllende Bereiche. Durch den geringeren Umformgrad ist insgesamt weniger Umformung notwendig, wodurch Widerstände für die Ausformung der Stirnverzahnung, insbesondere der Zahngeometrie, reduziert sind.
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Die Zahnbasisebene ist die Ebene, auf der die Zahnbreiten und die zwischen zwei zueinander benachbarten Zähnen ausgebildeten Zahnlücken gleichbreit sind.
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Die Stirnfläche, auf der die Stirnverzahnung angeordnet ist, kann im Wesentlichen eben oder leicht konisch ausgebildet sein. Darüber hinaus kann die Stirnfläche im Wesentlichen kreissegmentartig, insbesondere ringartig ausgebildet sein, wobei die Zähne der Stirnverzahnung in Umfangsrichtung benachbart zueinander angeordnet sind, und sich in radialer Richtung der Stirnfläche erstrecken.
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Die Stirnverzahnung wird insbesondere für Radlageranordnungen mit angetriebenen Radlagern, bspw. für die Kopplung eines Radlagers an die Antriebswelle bzw. die Gelenkglocke, eingesetzt.
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Die axiale Richtung sowie die radiale Richtung sind in Bezug auf die Stirnfläche zu verstehen. Das bedeutet, dass sich die axiale Richtung entlang einer Mittel- oder Rotationsachse der Stirnfläche erstreckt und sich die radiale Richtung entlang eines Radius der im Wesentlichen kreissegmentartig, insbesondere ringartig, bzw. kreisringrunden, Stirnfläche erstreckt.
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Die verlaufend ausgebildeten Zahnkopfradien und Zahnfußradien können in radialer Richtung gesehen jeweils verschiedene Radien aufweisen. Zur besseren Lesbarkeit werden die verlaufend ausgebildeten Zahnkopfradien und Zahnfußradien, sowie die zugehörigen verlaufend ausgebildeten Zahnflankenhöhen und Zahnflankentiefen, die in radialer Richtung gesehen verlaufend, oder insbesondere auch konstant sein können, im Folgenden vereinfacht als Zahnflankenhöhe, Zahnflankentiefe, Zahnkopfradius und Zahnfußradius bezeichnet.
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Zahnkopfradien und Zahnfußradien, die in radialer Richtung konstant sind und die zugehörigen Zahnflankenhöhen, Zahnflankentiefen, die aufgrund der Verzerrung in radialer Richtung auch nicht konstant sein können, werden im Folgenden als konstanter Zahnkopfradius, konstanter Zahnfußradius, konstante Zahnflankenhöhe, bzw. konstante Zahnflankentiefe bezeichnet.
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Gemäß einer Ausführungsform ist der Zahnkopfradius in radialer Richtung derart verlaufend ausgebildet, dass sich eine Zahnkopfhöhenlinie, d.h., eine gedachte Gerade in radialer Richtung durch den Scheitelpunkt des Zahnkopfradius, und eine Zahnflankenhöhenlinie, d.h. eine gedachte Gerade in radialer Richtung entlang des tangentialen Übergangs von der Zahnflanke in den Zahnkopf, in einem vorbestimmten ersten Schnittpunkt schneiden. Das bedeutet, dass sich die Zahnkopfhöhenlinie und die Zahnflankenhöhenlinie in dem vorbestimmten ersten Schnittpunkt kreuzen, und somit nicht parallel zueinander angeordnet sind.
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So können Verzerrungen, insbesondere in radialer Richtung nach außen zunehmende Erhöhungen, die sich mit einem konstanten Zahnkopfradius, insbesondere im Zahnkopf- und oberen Zahnflankenbereich ergeben, reduziert werden. Zur Zahnkopfausformung wird Material in die freie Geometrie des Werkzeugs „geschoben“, d.h., verdrängtes Material wird in die freie Geometrie des Werkzeugs gedrängt, wobei das Material dabei immer in die Richtung des geringsten Widerstandes fließt.
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Der erste Schnittpunkt dient dabei als Basis, auch Scheitel genannt, für eine verlaufende Auslegung des Zahnkopfradius nach dem Strahlensatz. Ist der Zahnkopfradius nach dem Prinzip des Strahlensatzes, insbesondere des ersten und/oder des zweiten Strahlensatzes, ausgebildet, kann dadurch die Ausformung des Zahnkopfes, insbesondere verglichen mit der erforderlichen Ausformung des Zahnkopfes bei einem konstanten Zahnkopfradius, reduziert werden, idealerweise auf das notwendige Maß beschränkt werden, wobei die erforderliche Zahnkopfhöhe gewährleistet werden kann.
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Der Umformgrad ist für jeden Radius des verlaufenden Zahnkopfradius konstant. Darüber hinaus bildet der, insbesondere nach dem Strahlensatz verlaufende Zahnkopfradius, einen Zahnkopf aus, der, verglichen mit einem durch einen konstanten Zahnkopfradius gebildeten Zahnkopf, eine geringere Zahnkopfhöhe und größere Zahnkopfradien, insbesondere je weiter außen der Radius in radialer Richtung gesehen angeordnet ist, besitzt. Dadurch kann der Widerstand zur Ausformung des Zahnkopfes verringert werden, wodurch die Ausformung des Zahnkopfes verbessert wird.
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Gemäß einer Ausführungsform ist der Zahnfußradius in radialer Richtung derart verlaufend ausgebildet, dass sich eine Zahnfußgrundlinie, d.h., eine gedachte Gerade in radialer Richtung durch den Scheitelpunkt des Zahnfußradius, und eine Zahnfußflankenlinie, d.h., eine gedachte Gerade in radialer Richtung entlang des tangentialen Übergangs von der Zahnflanke in den Zahnfuß in einem vorbestimmten zweiten Schnittpunkt schneiden. Das bedeutet, dass sich die Zahnfußgrundlinie und die Zahnfußflankenlinie in dem vorbestimmten zweiten Schnittpunkt kreuzen. Die Zahnfußgrundlinie kann auch als Zahnfußtiefenlinie bezeichnet werden, und die Zahnfußflankenlinie kann auch als Zahnflankentiefenlinie bezeichnet werden.
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Der zweite Schnittpunkt dient dabei als Basis für eine verlaufende Auslegung des Zahnfußradius nach dem Strahlensatz. So ist der Zahnfußradius nach dem Prinzip des Strahlensatzes, insbesondere des ersten und/oder zweiten Strahlensatzes, ausgebildet. Dadurch kann die Ausformung des Zahnfußes reduziert werden, idealerweise auf das notwendige Maß beschränkt werden, wobei die erforderliche Zahnfußtiefe gewährleistet werden kann. Der Umformgrad ist für jeden Radius des verlaufenden Zahnfußradius konstant.
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Darüber hinaus bildet der, insbesondere nach dem Strahlensatz verlaufende Zahnfußradius, einen Zahnfuß aus, der, verglichen mit einem durch einen konstanten Zahnfußradius gebildeten Zahnfuß, eine geringere Zahnfußtiefe und größere Zahnfußradien, insbesondere je weiter außen der Radius in radialer Richtung gesehen angeordnet ist, besitzt. Dadurch kann die Ausformung des Zahnfußes verbessert werden, und Verzerrungen, die sich mit einem konstanten Zahnfußradius, insbesondere im Zahnfuß- und unteren Zahnflankenbereich ergeben, können reduziert werden.
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Die Umformung für die Zahnfußausformung ist einfacher als die Umformung für die Zahnkopfausformung, da zur Zahnfußausformung ein Werkzeug das Material, aus dem die Stirnverzahnung durch Umformung hergestellt wird, direkt kontaktiert und zur Zahnfußausformung Material verdrängt.
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Gemäß einer Ausführungsform sind der erste Schnittpunkt und der zweite Schnittpunkt voneinander verschiedene Schnittpunkte. Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind der erste Schnittpunkt und der zweite Schnittpunkt identisch, d.h., der erste Schnittpunkt entspricht dem zweiten Schnittpunkt.
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Wenn der erste und der zweite Schnittpunkt voneinander verschieden sind, sind der Zahnkopfradius und der Zahnfußradius jeweils zwar nach Strahlensatz, aber unabhängig voneinander, d.h., nach zwei voneinander unabhängigen Strahlensätzen, die jeweils voneinander verschiedene Basen aufweisen, verlaufend ausgebildet. Mit anderen Worten kann man sagen, dass für den Zahnkopfradius und für den Zahnfußradius jeweils ein Strahlensatz benötigt wird, die nicht in Relation zueinander stehen.
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Wenn der erste und der zweite Schnittpunkt einander entsprechen, also identisch sind, sind der Zahnkopfradius und der Zahnfußradius nach demselben Strahlensatz mit derselben Basis, verlaufend ausgebildet. Das bedeutet, dass sich der verlaufende Zahnkopfradius von innen nach außen in radialer Richtung gesehen im selben Verhältnis ändert wie der Zahnfußradius. Dadurch kann die Verzerrung gegenüber einer Ausführungsform, in der entweder nur der Zahnkopfradius oder nur der Zahnfußradius nach dem Strahlensatz verlaufend ausgebildet ist, erheblich reduziert werden. Darüber hinaus kann so auch eine weitere Reduzierung der Verzerrung gegenüber einer Ausführungsform, in der der Zahnkopfradius und der Zahnfußradius nach voneinander unabhängigen Strahlensätzen verlaufend ausgebildet sind erzielt werden.
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Gemäß einer Ausführungsform ist der erste Schnittpunkt mit einem dritten Schnittpunkt identisch, in dem sich eine Zahnbasisebenenlinie, d.h., eine gedachte Gerade in radialer Richtung entlang der Zahnbasisebene, und eine Mittelachse der Stirnfläche schneiden.
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So kann der Strahlensatz für den Zahnkopfradius basierend auf dem dritten Schnittpunkt, dem sogenannten Zentrum der Zahnbasisebene, definiert werden. Das bedeutet, das Zentrum der Zahnbasisebene entspricht der Basis zur Auslegung des Strahlensatzes für den Zahnkopfradius. Dadurch kann die Zahnkopfausformung, insbesondere weiter außen in radialer Richtung, einfacher umgesetzt werden.
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Gemäß einer Ausführungsform ist der zweite Schnittpunkt mit dem dritten Schnittpunkt identisch, in dem sich die Zahnbasisebenenlinie und die Mittelachse der Stirnfläche schneiden.
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So kann der Strahlensatz für den Zahnfußradius, zusätzlich oder alternativ zum Zahnkopfradius, basierend auf dem dritten Schnittpunkt, dem sogenannten Zentrum der Zahnbasisebene, definiert werden. Das bedeutet, dass das Zentrum der Zahnbasisebene, zusätzlich oder alternativ, der Basis zur Auslegung des Strahlensatzes für den Zahnfußradius entspricht. Dadurch kann die Zahnfußausformung, insbesondere weiter außen in radialer Richtung, einfacher umgesetzt werden.
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Gemäß einer Ausführungsform schneiden sich eine Zahnbasisebenenlinie, d.h., eine gedachte Gerade in radialer Richtung entlang der Zahnbasisebene, und eine Mittelachse der Stirnfläche in einem dritten Schnittpunkt, wobei der erste Schnittpunkt und der zweite Schnittpunkt identisch sind und zum dritten Schnittpunkt derart versetzt angeordnet sind, dass die Zahnflankenhöhenlinie im dritten Schnittpunkt, bzw. auf der Mittelachse, mit einem Winkel von etwa ±5° von der Zahnbasisebenenlinie abweicht.
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Damit weicht die Basis zur Auslegung des Strahlensatzes für den Zahnkopfradius und für den Zahnfußradius, und somit auch für die Zahnflanken von dem dritten Schnittpunkt, dem sogenannten Zentrum der Zahnbasisebene, ab. Dadurch kann die Fertigung, insbesondere bzgl. der erforderlichen Umformung, verbessert werden.
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Gemäß einer Ausführungsform gehen die Zahnfüße zueinander benachbarter Zähne tangential ineinander über. Zwei zueinander benachbarte Zähne der Stirnverzahnung bilden dabei eine Zahnlücke zwischen sich aus.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Verwendung von zumindest einer vorstehend und nachfolgend beschriebenen Stirnverzahnung in einer Radlageranordnung zur drehfesten Verbindung einer Radlagernabe mit einer Gelenkglocke. Hinsichtlich der möglichen Ausgestaltungen der Stirnradverzahnung gelten obige und nachfolgend beschriebene Ausführungen.
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Figurenliste
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Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigt:
- 1 eine schematische Teildarstellung einer Stirnverzahnung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
- 2 eine schematische Darstellung eines Zahns einer Stirnverzahnung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
- 3 eine schematische Darstellung eines Zahns der Stirnverzahnung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
- 4 eine schematische Darstellung eines Zahns der Stirnverzahnung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
- 5 eine schematische Darstellung eines Zahns der Stirnverzahnung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
- 6 eine schematische Darstellung eines Verlaufs von Zahnbezugslinien gemäß einer Ausführungsform der Erfindung überlagert mit einer Zahnform aus dem Stand der Technik; und
- 7 eine schematische Darstellung eines weiteren Verlaufs von Zahnbezugslinien gemäß einer Ausführungsform der Erfindung überlagert mit einer Zahnform aus dem Stand der Technik.
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1 zeigt eine beispielhafte schematische Teildarstellung einer Stirnverzahnung 1 in einer perspektivischen Darstellung. Die Stirnverzahnung 1 weist mehrere Zähne 2 auf, die in Umfangsrichtung durch Zahnlücken 3 zueinander beabstandet auf einer Fläche, bspw. einer Stirnfläche 4 einer Welle angeordnet sind. Ein Zahnprofil 5 (siehe 2) ist dabei in axialer Richtung, hier die Richtung der Rotationsachse X, der Stirnfläche 4 ausgebildet. Die Erstreckungsrichtung der Zähne 2 entspricht der radialen Richtung R der Stirnfläche 4. Jeder der Zähne 2 weist Zahnflanken 6, einen Zahnkopf 7 und Zahnfüße 8 auf (siehe 2). Die Zahnflanken 6 sind an Seitenflächen des Zahn 2 ausgebildet und gehen im Wesentlichen tangential in den Zahnkopf 7 und in die Zahnfüße 8 über. Der Zahnkopf 7 ist im Wesentlichen mittig angeordnet und bildet die „Spitze“ des Zahn 2 aus, die in axialer Richtung gesehen den höchsten Punkt des Zahns 2 umfasst.
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Die Stirnverzahnung 1 kann auch als Hirth-Verzahnung bezeichnet werden und ist eine axial wirksame Verzahnung, die als eine formschlüssige Kopplung von rotierenden Elementen, bspw. zur Kopplung von angetriebenen Radlagern an die Antriebswelle, zur Drehmomentübertragung eingesetzt werden kann. Hierzu greift die Stirnverzahnung 1 in axialer Richtung in eine entsprechend ausgebildete Gegenverzahnung (nicht dargestellt) ein. Bei einer solchen Verbindung liegen die Zähne 2 an den Zähnen der Gegenverzahnung statisch und flächig an.
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Der Zahnkopf 7 ist durch zumindest einen Zahnkopfradius rK ausgebildet, der gemäß der in 1 gezeigten Ausführungsform in radialer Richtung verlaufend ausgebildet ist. Verlaufend ist so zu verstehen, dass der Zahnkopfradius rK in radialer Richtung von innen nach außen hin kontinuierlich größer werdend ausgebildet ist. Mit anderen Worten kann man sagen, dass der verlaufend ausgebildete Zahnkopfradius rK viele unterschiedliche Zahnkopfradien rK1, rK2, rK3, rK4 usw. umfasst. Zur vereinfachten Lesbarkeit wird der verlaufend ausgebildete Zahnkopfradius rK als Zahnkopfradius rKv bezeichnet.
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Die 2 bis 5 zeigen schematische Darstellungen eines Zahns 2 der Stirnverzahnung 1 gemäß verschiedener Ausführungsformen der Erfindung.
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2 zeigt eine schematische Darstellung einer beispielhaften Ausführungsform eines Zahns 2, dessen Zahnkopfradius rK und dessen Zahnfußradius rF verlaufend ausgebildet sind. Verlaufend bzgl. des Zahnfußradius rF ist analog zum Zahnkopfradius rK zu verstehen, d.h., der Zahnfußradius rF ist in radialer Richtung von innen nach außen hin kontinuierlich größer werdend ausgebildet. Zur vereinfachten Lesbarkeit wird der verlaufend ausgebildete Zahnfußradius rF als Zahnfußradius rFv bezeichnet.
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In 2 sind sowohl der Zahnkopfradius rKv als auch der Zahnfußradius rFv nach demselben Strahlensatz ausgelegt. Der Scheitel des Strahlensatzes, der im Folgenden auch als Basis des Strahlensatzes bezeichnet wird, ist ein Schnittpunkt 9, an dem sich eine Zahnbasisebenenlinie 10 und die Rotationsachse X schneiden. Die Zahnbasisebenelinie 10 ist eine gedachte Gerade, die sich in radialer Richtung entlang der Zahnbasisebene des Zahns 2 erstreckt. Die Zahnbasisebene dient als Bezugslinie für Abmessungen der Zahngeometrie, wie bspw. eine Zahnkopfhöhe, eine Zahnflankenhöhe, eine Zahnflankentiefe und eine Zahnfußtiefe. Der Schnittpunkt 9 kann auch als Zentrum der Zahnbasisebene bezeichnet werden.
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Der verlaufende Zahnkopfradius rKv wird mithilfe des Strahlensatzes mit einer Zahnflankenhöhenlinie 11 und einer Zahnkopfhöhenlinie 12 bestimmt, die sich gemäß der in 2 gezeigten Ausführungsform in dem Schnittpunkt 9 schneiden. Die Zahnflankenhöhenlinie 11 ist eine gedachte Gerade in radialer Richtung entlang des tangentialen Übergangs von dem Zahnkopf 7 und der Zahnflanke 6. Die Zahnkopfhöhenlinie 12 ist eine gedachte Gerade in radialer Richtung durch den Scheitelpunkt des Zahnkopfes 7 bzw. des Zahnkopfradius rK. Mit anderen Worten kann man sagen, dass die Zahnkopfhöhenlinie 12 eine gedachte Gerade in radialer Richtung ist, die durch den in axialer Richtung gesehen höchsten Punkt (die „Spitze“) des Zahns 2 verläuft.
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Der verlaufende Zahnfußradius rFv wird mithilfe des Strahlensatzes mit einer Zahnflankentiefenlinie 13, die auch als Zahnfußflankenlinie 13 bezeichnet werden kann, und eine Zahnfußtiefenlinie 14, die auch als Zahnfußgrundlinie 14 bezeichnet werden kann, bestimmt, die sich gemäß der in 2 gezeigten Ausführungsform ebenfalls in dem Schnittpunkt 9 schneiden. Die Zahnfußflankenlinie 13 ist eine gedachte Gerade in radialer Richtung entlang des tangentialen Übergangs von dem Zahnfuß 8 und der Zahnflanke 6. Die Zahnfußgrundlinie 14 ist eine gedachte Gerade in radialer Richtung durch den Scheitelpunkt des Zahnfußes 8 bzw. des Zahnfußradius rF. Mit anderen Worten kann man sagen, dass die Zahnfußgrundlinie 14 eine gedachte Gerade in radialer Richtung ist, die durch den in axialer Richtung gesehen tiefsten Punkt des Zahns 2 verläuft.
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2 zeigt somit eine Ausführungsform, bei der eine Zahnform der Zähne 2 der Stirnverzahnung 1 vollständig nach dem Prinzip des Strahlensatzes auf der Basis des Zentrums der Zahnbasisebene (Schnittpunkt 9) definiert ist. Damit ist die Zahnausformung insbesondere an in radialer Richtung weiter außenliegenden Positionen einfacher realisierbar.
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3 und 4 zeigen jeweils eine Ausführungsform, bei der nur der Zahnfußradius rF verlaufend ausgebildet ist und der Zahnkopfradius rK konstant ausgebildet ist. Ein konstant ausgebildeter Zahnkopfradius rKk ist in radialer Richtung von innen nach außen hin konstant. Das bedeutet, dass die Zahnflankenhöhenlinie 11 und die Zahnkopfhöhenlinie 12 parallel zueinander verlaufen, also keinen gemeinsamen Schnittpunkt besitzen.
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In 3 ist der verlaufende Zahnfußradius rFv, wie auch schon in 2, mithilfe des Strahlensatzes ausgebildet, bei dem sich die Zahnfußflankenlinie 13 und die Zahnfußgrundlinie 14 im Zentrum der Zahnbasisebene (Schnittpunkt 9) schneiden. In 4 ist der Zahnfußradius rFv ebenfalls verlaufend ausgebildet, jedoch ist der Strahlensatz nicht basierend auf dem Zentrum der Zahnbasisebene (Schnittpunkt 9) ausgelegt. Gemäß der in 4 gezeigten beispielhaften Ausführungsform ist der Strahlensatz mit der Zahnfußflankenlinie 13 und der Zahnfußgrundlinie 14 basierend auf einem Schnittpunkt 15 ausgelegt, der von dem Schnittpunkt 9 verschieden ist.
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5 zeigt eine Ausführungsform, bei der nur der Zahnkopfradius rK verlaufend ausgebildet ist und der Zahnfußradius rF konstant ausgebildet ist. Ein konstant ausgebildeter Zahnfußradius rFk ist in radialer Richtung von innen nach außen hin konstant. Das bedeutet, dass die Zahnfußflankenlinie 13 und die Zahnfußgrundlinie 14 parallel zueinander verlaufen und somit keinen gemeinsamen Schnittpunkt besitzen. Der verlaufende Zahnkopfradius rKv ist in 5 mithilfe des Strahlensatzes ausgebildet, bei sich die Zahnflankenhöhenlinie 11 und die Zahnkopfhöhenlinie 12 im Zentrum der Zahnbasisebene (Schnittpunkt 9) schneiden. Dadurch können insbesondere die in radialer Richtung weiter außen angeordneten Radien des verlaufenden Zahnkopfradius rKv einfacher realisiert werden. Darüber hinaus verbessert der verlaufende Zahnkopfradius rKv die Ausformung der Zahnform, insbesondere des Zahnkopfes, da das beim Ausformen verdrängte Material in die Richtung mit dem geringsten Widerstand fließt. Die durch den verlaufend ausgebildeten Zahnkopfradius rKv realisierbare geringere Zahnkopfhöhe sowie der, insbesondere in radialer Richtung nach außen hin größer werdende Zahnkopfradius rKv verringern den Widerstand in diesen Bereichen und ermöglichen somit eine verbesserte Ausformung.
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Die 6 und 7 zeigen schematische Darstellungen eines Verlaufs von Zahnbezugslinien, insbesondere der Zahnbasisebenenlinie 10, der Zahnkopfhöhenlinie 12 und der Zahnflankenhöhenlinie 11 gemäß verschiedener Ausführungsformen der Erfindung, überlagert mit einer Zahnform aus dem Stand der Technik, die zumindest einen konstanten Zahnkopfradius rKk aufweist. Das bedeutet, dass die Zahnflankenhöhenlinie 11 und die Zahnkopfhöhenlinie 12 parallel zueinander verlaufen und sich nicht schneiden. Die parallel verlaufenden Zahnflankenhöhenlinie 11 und Zahnkopfhöhenlinie 12 des konstanten Zahnkopfradius rKk sind in 6 und 7 jeweils gestrichelt dargestellt. Die radial nach außen zunehmende Verzerrung der Zahngeometrie, insbesondere die Erhöhung des Zahnkopfes 7 ist in 6 und 7 klar zu erkennen.
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Die in 6 gezeigte beispielhafte Ausführungsform zeigt die Zahnkopfhöhenlinie 12 und die Zahnflankenhöhenlinie 11 für einen verlaufenden Zahnkopfradius rKv als durchgezogene Linien. Der Zahnkopfradius rKv in 6 ist nach dem Strahlensatz mit der Basis in dem Zentrum der Zahnbasisebene (Schnittpunkt 9) ausgelegt. Durch den verlaufend ausgebildeten Zahnkopfradius rKv kann eine in radialer Richtung nach außen zunehmend geringere Zahnkopfhöhe erzielt werden, wobei ein Höhenunterschied zwischen der Zahnkopfhöhe mit dem konstanten Zahnkopfradius rKk und der Zahnkopfhöhe mit dem verlaufenden Zahnkopfradius rKv am radial äußeren Rand der Stirnfläche 4 am größten ist und in 6 mit ΔhK,max bezeichnet ist. Durch den verlaufenden Zahnkopfradius rKv kann eine geforderte Zahnkopfhöhe gewährleistet werden und gleichzeitig die Ausformung der Zahnkopfform durch eine geringere Zahnkopfhöhe und größere Zahnkopfradien, verbessert werden. Ferner ist in 6 zu erkennen, dass auch die Zahnflankenhöhe eines Zahns dem konstanten Zahnkopfradius rKk und die eine Zahns mit dem verlaufenden Zahnkopfradius rKv unterschiedlich ist, was am äußeren Rand der Stirnfläche mit ΔhF, max bezeichnet ist.
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Die in 7 gezeigte beispielhafte Ausführungsform stimmt im Wesentlichen mit der in 6 gezeigten Ausführungsform überein, weshalb nachfolgend lediglich auf die Unterschiede eingegangen wird. Der für die Auslegung des Zahnkopfradius rKv verwendete Strahlensatz hat als Basis den Schnittpunkt 16, in dem sich die Zahnflankenhöhenlinie 11 und die Zahnkopfhöhenlinie 12 auf der Rotationsachse X schneiden. Der Schnittpunkt 16 ist auf der Rotationsachse X derart versetzt zum Schnittpunkt 9 angeordnet, dass die Zahnflankenhöhenlinie 11 in einem Winkel von bis zu ±5° von der Zahnbasisebenenlinie 10 abweicht.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Stirnverzahnung
- 2
- Zahn
- 3
- Zahnlücke
- 4
- Stirnfläche
- 5
- Zahnprofil
- 6
- Zahnflanke
- 7
- Zahnkopf
- 8
- Zahnfuß
- 9
- Schnittpunkt
- 10
- Zahnbasisebenenlinie
- 11
- Zahnflankenhöhenlinie
- 12
- Zahnkopfhöhenlinie
- 13
- Zahnflankentiefenlinie/Zahnfußflankenlinie
- 14
- Zahnfußtiefenlinie/Zahnfußgrundlinie
- 15
- Schnittpunkt
- 16
- Schnittpunkt
- rK
- Zahnkopfradius
- rF
- Zahnfußradius
- rKk
- konstanter Zahnkopfradius
- rFk
- konstanter Zahnfußradius
- rKv
- verlaufender Zahnkopfradius
- rFv
- verlaufender Zahnfußradius
- ΔhK, max
- maximaler Zahnkopfhöhenunterschied
- ΔhF, max
- maximaler Zahnflankenhöhenunterschied
- R
- radiale Richtung
- X
- Rotationsachse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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