DE10360363B4

DE10360363B4 - Winkelgetriebe

Info

Publication number: DE10360363B4
Application number: DE10360363A
Authority: DE
Inventors: Thomas Dipl.-Ing. Weckerling (Fh); Hans-Peter Dipl.-Ing. Nett; Colin Dipl.-Ing.(FH) Zaers; Karl-Heinz Dipl.-Ing. Hülsebusch
Original assignee: GKN Driveline International GmbH
Current assignee: GKN Automotive Ltd
Priority date: 2003-12-22
Filing date: 2003-12-22
Publication date: 2010-06-24
Anticipated expiration: 2023-12-23
Also published as: US7810405B2; JP2005180701A; DE10360363A1; JP4681292B2; US20050145126A1

Abstract

Winkelgetriebe umfassend
zwei antriebsgekoppelte Wellen (12, 15), deren Achsen A1, A2 sich unter einem Winkel schneiden, wobei auf jeder der Wellen (12, 15) jeweils zumindest ein Zahnrad (19, 20, 21) fest angeordnet ist, und
ein Hohlrad (17) mit einer Drehachse A3, das zumindest eine innere Verzahnung (27) aufweist, wobei die Zahnräder (19, 20, 21) beider Wellen (12, 15) mit der zumindest einen inneren Verzahnung (27) des Hohlrads (17) im Eingriff sind, und
wobei das Hohlrad (17) wellenlos auf seinem Zahnkranz außen gelagert ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Winkelgetriebe mit zwei antriebsgekoppelten Wellen, deren Achsen sich unter einem Winkel schneiden ebenso wie ein Winkelgetriebe mit zwei antriebsgekoppelten Wellen, deren Achsen sich mit Abstand kreuzen.
Aus der US 3 452 620 ist ein Doppelverzahnungseingriff zwischen einer einzigen mit zwei achsgleich hintereinanderliegenden Verzahnungsabschnitten versehenen Welle und einem mit doppelt innenkonischer Verzahnung versehenen Hohlrad bekannt.
Aus der JP 10141447 A ist ein doppelt verzahntes Tellerrad bekannt, das auf einer stehenden Achse drehbar gelagert ist; jede der Verzahnungen des Tellerrads ist mit jeweils einem Kegelrad in Eingriff, das auf jeweils einer von zwei in einer Ebene liegenden Wellen sitzt.
Aus der nachveröffentlichten WO 2004/073919 A2 ist ein einstellbarer Winkeltrieb zum Antrieb eines Werkzeugs bekannt. Dieser umfaßt eine Eingangswelle mit einem Kegelrad, ein Zwischenrad sowie eine Ausgangswelle mit einem Kegelrad. Das Zwischenrad ist auf einem Wellenzapfen mittels einer Wellenverzahnung drehfest gehalten und über entsprechende Lager in Halteelementen eines Gehäuses drehbar aufgenommen. Zwischen dem Zwischenrad und dem Gehäuse ist ein ringförmiger Spalt gebildet.
Bei bekannten Winkelgetrieben kommen die unterschiedlichsten Verzahnungstypen zum Einsatz. Im allgemeinen Maschinenbau wird ein Großteil der Winkelgetriebe mit zwei kegelig ausgeführten außenschrägverzahnten Zahnrädern realisiert. Auch Kro nenradgetriebe, bei denen eines der Zahnräder eine Stirnverzahnung trägt, finden zunehmend Verwendung im allgemeinen Maschinenbau.
Im Automobilbau werden bei Achsgetrieben von Fahrzeugen mit Heckantrieb und bei Winkelgetrieben im Abtrieb von der angetriebenen Vorderachse zur Hinterachse bei Fahrzeugen mit vorne quer eingebautem Motor meist Hypoidverzahnungen, d. h. kegelige außenschrägverzahnte Zahnradpaare mit sich mit Abstand kreuzenden Achsen verwendet, d. h. also Zahnradpaare mit Achs- bzw. Hypoidversatz.
Die oben beschriebenen Winkelgetriebe haben geräuschtechnisch, fertigungstechnisch und bezüglich des Wirkungsgrades bereits ein sehr hohes Niveau erreicht. Die Drehmomentkapazität dieser Winkelgetriebe ist trotz Schrägverzahnung und Ausführung als Hypoidgetriebe aufgrund der Paarung zweier außenverzahnter Zahnräder infolge der daraus resultierenden geringen Zahnüberdeckung begrenzt. Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, Winkelgetriebe vorzuschlagen, die eine erhöhte Drehmomentkapazität bei vergleichbaren Abmessungen der Zahnräder ermöglichen.
Eine erste Lösung besteht in einem Winkelgetriebe mit zwei antriebsgekoppelten Wellen, deren Achsen A1, A2 sich unter einem Winkel schneiden, wobei auf der ersten Welle und der zweiten Welle jeweils zumindest ein Zahnrad fest angeordnet ist und ein Hohlrad mit einer Drehachse A3 vorgesehen ist, das zumindest eine innere Verzahnung aufweist, wobei die Zahnräder beider Wellen mit der zumindest einen inneren Verzahnung des Hohlrads im Eingriff sind, und wobei das Hohlrad wellenlos auf seinem Zahnkranz außen gelagert ist. Hierbei kann die Drehachse A3 in der durch die Achsen A1, A2 der Wellen aufgespannten Ebene liegen. Sie kann dabei insbesondere senkrecht auf der Winkelhalbierenden W des durch die Achsen A1, A2 der Wellen aufgespannten Winkels stehen.
Eine hierzu ähnliche Lösung besteht in einem Winkelgetriebe mit einer ersten Welle und einer zweiten Welle, deren Achsen A1, A2 sich windschief kreuzen, wobei auf der zweiten Welle und auf der ersten Welle jeweils zumindest ein Zahnrad fest angeordnet ist und ein Hohlrad mit einer Drehachse A3 vorgesehen ist, das zumindest eine innere Verzahnung aufweist, wobei die Zahnräder beider Wellen mit der zumindest einen Verzahnung des Hohlrads im Eingriff sind. Hierbei kann die Drehachse A3 zwischen den sich kreuzenden Achsen A1, A2 senkrecht zur Abstandslinie V zwischen den Achsen A1, A2 verlaufen. Sie kann insbesondere senkrecht zu einer Winkelhalbierenden W einer senkrechten Projektion der Achsen A1, A2 der Wellen auf eine die Drehachse A3 enthaltende zur Abstandslinie V senkrechten Ebene E stehen, wobei die Zahnräder mit dem Hohlrad im Eingriff sind.
Vorzugsweise schneiden bzw. kreuzen sich die Achsen der beiden Wellen hierbei unter einem rechten Winkel. Bei sich schneidenden Achsen weist bevorzugt eine der Wellen zwei Zahnräder auf; bei sich kreuzenden Achsen können beide Wellen als auch die Abtriebswelle mit jeweils zwei Zahnrädern versehen werden. Bezüglich der Verzahnungsform im einzelnen wird auf die weiteren Unteransprüche sowie auf die später folgende Beschreibung der Zeichnungen verwiesen.
Die erfindungsgemäßen Lösungen vereinen die positiven Eigenschaften außenverzahnter Zahnräder mit dem guten Überdeckungsgrad der Verzahnungen zwischen einem Hohlrad und einem außenverzahnten Zahnrad. Die Anzahl der sich gleichzeitig im tragenden Eingriff befindlichen Zähne ist hierbei höher als bei miteinander im Eingriff befindlichen Außenverzahnungen. Durch zumindest eine erfindungsgemäße erste Verzahnungspaarung wird das Drehmoment von einer ersten Welle auf das Hohlrad und durch zumindest eine erfindungsgemäße zweite Verzahnungspaarung das Drehmoment vom Hohlrad auf eine zweite Welle übertragen. Das Hohlrad kann in geeigneter Weise unmittelbar mit seinem Zahnkranz außen in einem Gehäuse gelagert sein. Hierbei kommt auch eine Wälzlagerung in Betracht. Die Achsen der antriebsgekoppelten Wellen und der Drehachse des Hohlrades können unabhängig von der ausgeführten Verzahnung unter beliebigen Winkeln in einer Ebene (Achsen schneiden sich) oder auch in unterschiedlicher Ebene (Achsen kreuzen sich) angeordnet werden.
Unterschiedliche Übersetzungsverhältnisse von sind durch Verwendung verschiedengroßer Zahnräder auf erster Welle und zweiter Welle möglich.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden nachstehend beschrieben.
1 zeigt ein Winkelgetriebe mit sich schneidenden Achsen in einer ersten Ausführung;
2 zeigt ein Winkelgetriebe mit sich schneidenden Achsen in einer zweiten Ausführung;
3 zeigt ein Winkelgetriebe mit sich schneidenden Achsen in einer dritten Ausführung;
4 zeigt ein Winkelgetriebe mit sich schneidenden Achsen in einer vierten Ausführung;
5 zeigt ein Winkelgetriebe mit sich schneidenden Achsen in einer fünften Ausführung;
6a zeigt ein Winkelgetriebe mit sich mit Abstand kreuzenden Achsen in einer ersten Darstellung;
6b zeigt das Winkelgetriebe nach 5a in einer zweiten Darstellung.
In 1 ist ein Gehäuse 11 symbolisch dargestellt, in dem eine erste Welle 12 in zwei Lagern 13, 14 drehbar gelagert ist. Die Achse der ersten Welle ist mit A1 bezeichnet. Im Gehäuse 11 ist weiterhin ist eine zweite Welle 15 in einem Lager 16 gelagert, deren Achse A2 die Achse A1 der ersten Welle senkrecht schneidet. Im Gehäuse ist weiterhin ein Hohlrad 17 vorgesehen, das mit Lagermitteln 18 im Gehäuse 11 drehbar gelagert ist. Die Drehachse A3 des Hohlrades liegt in der durch die Achsen A1 und A2 aufgespannte Ebene, die die Zeichnungsebene ist. Die Achsen A1, A2, A3 schneiden sich jeweils paarweise in drei verschiedenen Schnittpunkten. Auf der Antriebswelle 12 ist ein erstes kleineres Zahnrad 19 festgelegt, das mit dem Hohlrad 17 in Verzahnungseingriff ist. Weiterhin ist auf der zweiten Welle 15 ein größeres Zahnrad 21 festgelegt, das ebenfalls mit dem Hohlrad 17 in Eingriff ist. Das Hohlrad 17 hat eine zusammengesetzte doppelt innenkonische Verzahnung 27, die Zahnräder 19, 21 haben daran jeweils angepaßte Geradverzahnungen 23, 25, die ausschließlich mit einer Hälfte der Verzahnung 27 des Hohlrades 17 im Eingriff stehen, bezogen auf die Mittelebene M des Hohlrades. Das Hohlrad 17 kann aus zwei Einzelringen in der Mittelebene M zusammengesetzt sein. Das Zahnrad 19 und das Zahnrad 21 haben jeweils Kantenbrechungen und sind dadurch mit Abstand voneinander angeordnet.
In 2 ist ein Gehäuse 11 symbolisch dargestellt, in dem eine erste Welle 12 in zwei Lagern 13, 14 drehbar gelagert ist. Die Achse der ersten Welle ist mit A1 bezeichnet. Im Gehäuse 11 ist weiterhin ist eine zweite Welle 15 in einem Lager 16 ge lagert, deren Achse A2 die Achse A1 der ersten Weile senkrecht schneidet. Im Gehäuse ist weiterhin ein Hohlrad 17 vorgesehen, das mit Lagermitteln 18 im Gehäuse 11 drehbar gelagert ist. Die Drehachse A3 des Hohlrades liegt in der durch die Achsen A1 und A2 aufgespannten Ebene, die die Zeichnungsebene ist. Sie liegt weiterhin senkrecht auf der Winkelhalbierenden W des durch die Achsen A1 und A2 aufgespannten Winkels. Auf der ersten Welle 12 ist ein erstes Zahnrad 19 festgelegt, das mit dem Hohlrad 17 in Verzahnungseingriff ist. Auf der ersten Welle 12 kann weiterhin ein zweites Zahnrad 20 festgelegt sein, das mit gestrichelten Linien dargestellt ist und ebenfalls mit dem Hohlrad 17 in einer radial entgegengesetzt zur ersten liegenden Position zum Eingriff kommen kann. Weiterhin ist auf der zweiten Welle 15 ein Zahnrad 21 festgelegt, das ebenfalls mit dem Hohlrad 17 in Eingriff ist. Das Hohlrad 17 hat eine Geradverzahnung 27, die Zahnräder 19, 20, 21 haben daran jeweils angepaßte Verzahnungen 23, 24, 25, die ausschließlich mit einer Hälfte der Verzahnung 27 des Hohlrades 17 im Eingriff stehen, bezogen auf die Mittelebene M des Hohlrades, die der zuvor genannten Winkelhalbierenden Ebene W entspricht. Das Zahnrad 19 und das Zahnrad 21 sind mit Abstand voneinander angeordnet.
Wenn das gezeigte Getriebe einer Leistungsverzweigung dienen soll, kann eines der Enden der ersten Welle 12 dem Antrieb und das gegenüberliegende Ende der ersten Welle 12 dem Abtrieb dienen, während die zweite Welle 15 ausschließlich dem Abtrieb dient.
In 3 sind gleiche Einzelheiten wie in 2 mit gleichen Ziffern belegt. Auf die Beschreibung wird insoweit Bezug genommen. Ähnlich der Ausführung nach 1 hat das Hohlrad 17 eine doppelt innenkonische Verzahnung 22, wodurch die Verzahnung der Zahnräder 19, 20, 21 einen Kegelwinkel hat. Die Zahnräder 19, 21 haben konische Flächen 29, 31, die einen Spalt bilden. Das Zahnrad 20 hat eine konische Fläche 30, die einen Spalt mit der Fläche 31 bildet.
In 4 sind gleiche Einzelheiten wie in den 1 und 2 mit gleichen Bezugsziffern versehen. Auf die vorangehende Beschreibung wird insoweit Bezug genommen. Die Verzahnung 22 des Hohlrades 17 entspricht der in 1, so daß die Verzahnungen 23, 24, 25 der Zahnräder 19, 20, 21 zu Geradverzahnungen entarten.
In 5 sind gleiche Einzelheiten wie in den vorangehenden Figuren mit gleichen Bezugsziffern belegt. Auf die Beschreibung wird insoweit Bezug genommen. Wie in 2 ist wiederum eine Geradverzahnung 27 für das Hohlrad 17 vorgesehen. Jedoch haben die Zahnräder 19, 21 abweichend von 2 anstelle von Konusflächen Zusatzverzahnungen 33, 35, mittels derer die Zahnräder 19, 21 zusätzlich unmittelbar in Eingriff kommen. Das Zahnrad 20 kann eine solche Zusatzverzahnung nicht aufweisen, da es entgegen der Drehrichtung des Zahnrades 21 dreht.
In 6, deren beide Darstellungen nachstehend gemeinsam beschrieben werden, sind in einem Gehäuse 11 eine erste Welle 12 mit einer Achse A1 sowie rechtwinklig kreuzend dazu eine zweite Welle 15 mit einer Drehachse A2 gelagert. Die auf beiden Achsen A1, A2 senkrecht stehende Abstandslinie V ist ebenfalls bezeichnet. Die erste Welle 12 weist zwei Zahnräder 19, 20 auf, die zweite Welle 15 zwei Zahnräder 21, 22. Diese haben Verzahnungen 23, 24, 25, 26 und rückwärtige Konusflächen 29, 30, 31, 32. Die Schnittebene E, die senkrecht auf der Abstandslinie V steht, enthält die Drehachse A3 eines Hohlrades 17, dessen Verzahnung 27 mit derjenigen der 2 im wesentlichen übereinstimmt. Die Drehachse A3 steht senkrecht auf der winkelhalbierenden Ebene W des durch die Achsen A1, A2, projeziert auf die Ebene E, gebildeten Winkels. Die Ebene E entspricht der Zeichnungsebene der Darstellung a). Wie insbesondere in der Darstellung a zu sehen ist, kämen die Zahnräder 19, 20, 21, 22 nicht mit radial gegenüberliegenden Stellen des Hohlrades 17, sondern in zwei verschiedenen Ebenen an jeweils einander relativ nah benachbarten Stellen. Bezogen auf die Darstellung b liegen die Zahnräder 19, 20 der ersten Welle 12 unter der Ebene E und die gestrichelt dargestellten Zahnräder 21, 22 der zweiten Welle 15 oberhalb der Ebene E. Infolge der Bestückung der beiden Wellen 12, 15 mit jeweils zwei Zahnrädern 19, 20/21, 22 sind diese in vorteilhafter Weise auch unter Drehmoment axialkraftfrei, da sich die Zahnkräfte symmetrisch aufheben.

11: Gehäuse
12: erste Welle
13: Lagerung
14: Lagerung
15: zweite Welle
16: Lagerung
17: Hohlrad
18: Lagerung
19: Zahnrad
20: Zahnrad
21: Zahnrad
22: Zahnrad
23: Verzahnung
24: Verzahnung
25: Verzahnung
26: Verzahnung
27: Verzahnung (17)
28: Lager
29: Konus
30: Konus
31: Konus
32: Konus
33: Zusatzverzahnung
35: Zusatzverzahnung

Claims

Winkelgetriebe umfassend zwei antriebsgekoppelte Wellen (12, 15), deren Achsen A1, A2 sich unter einem Winkel schneiden, wobei auf jeder der Wellen (12, 15) jeweils zumindest ein Zahnrad (19, 20, 21) fest angeordnet ist, und ein Hohlrad (17) mit einer Drehachse A3, das zumindest eine innere Verzahnung (27) aufweist, wobei die Zahnräder (19, 20, 21) beider Wellen (12, 15) mit der zumindest einen inneren Verzahnung (27) des Hohlrads (17) im Eingriff sind, und wobei das Hohlrad (17) wellenlos auf seinem Zahnkranz außen gelagert ist.
Winkelgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehachse A3 des Hohlrades (17) in einer durch die Achsen A1, A2 der Wellen (12, 15) aufgespannten Ebene liegt.
Winkelgetriebe nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehachse A3 des Hohlrades (17) senkrecht auf einer Winkelhalbierenden W des durch die Achsen A1, A2 der Wellen (12, 15) aufgespannten Winkels steht.
Winkelgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Achsen A1, A2 der Wellen (12, 15) sich unter einem rechten Winkel schneiden.
Winkelgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß auf einer der Wellen (12, 15) zwei Zahnräder (19, 20) angeordnet sind.
Winkelgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils eines der Zahnräder (19, 21) auf der einen Welle (12) und auf der anderen Welle (15) nach außen dachförmig, d. h. seitlich in axialer Richtung mit zum Rand abnehmender Zahnkopfhöhe, verzahnt ist, wobei die Zahnräder (19, 21) mit jeweils einer ihrer Verzahnungshälften (33, 35) unmittelbar miteinander und mit der anderen ihrer Verzahnungshälften (23, 25) mit dem Hohlrad (17) in Eingriff sind.
Winkelgetriebe umfassend zwei antriebsgekoppelte Wellen (12, 15), deren Achsen A1, A2 sich windschief kreuzen, wobei auf jeder der Wellen (12, 15) jeweils zumindest ein Zahnrad (19, 20, 21, 22) fest angeordnet ist, und ein Hohlrad (17) mit einer Drehachse A3, das zumindest eine innere Verzahnung (27) aufweist, wobei die Zahnräder (19, 20, 21, 22) beider Wellen (12, 15) mit der zumindest einen inneren Verzahnung (27) des Hohlrads (17) im Eingriff sind.
Winkelgetriebe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehachse A3 des Hohlrades (17) senkrecht auf der kürzesten Verbindungslinie V zwischen den Achsen A1, A2 der Wellen (12, 15) steht.
Winkelgetriebe nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehachse A3 des Hohlrades (17) auf einer Winkelhalbierenden der Projektion der Achsen A1, A2 auf einer Ebene liegt, die senkrecht zu einer kürzesten Verbindungslinie V zwischen den Achsen A1, A2 liegt und die Drehachse A3 enthält.
Winkelgetriebe nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Achsen A1, A2 der Wellen (12, 15) sich unter einem rechten Winkel kreuzen.
Winkelgetriebe nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die eine der Wellen (12) zwei Zahnräder (19, 20) aufweist.
Winkelgetriebe nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die andere der Wellen (15) zwei Zahnräder (21, 22) aufweist.
Winkelgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnräder (19, 21) auf den beiden Wellen (12, 15) unterschiedlichen Durchmesser haben.
Winkelgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Hohlrad (17) geradverzahnt ist.
Winkelgetriebe nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnräder (19, 20, 21, 22) kegelig verzahnt sind.
Winkelgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Hohlrad (17) innen dachförmig, d. h. seitlich in axialer Richtung mit zum Rand abnehmender Zahnkopfhöhe, verzahnt ist.
Winkelgetriebe nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnräder (19, 20, 21) geradverzahnt sind.
Winkelgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Hohlrad (17) aus zwei zusammengefügten Ringen besteht.
Winkelgetriebe nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Verzahnungen der beiden Ringe ein Ringspalt gebildet ist.