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TECHNISCHES GEBIET
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Die Erfindung betrifft eine Anti-Backlash-Getriebeanordnung zur Verwendung in einem Zahnradantrieb. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine verbesserte Anti-Backlash-Getriebeanordnung mit einer kontrollierteren Funktion und einer besseren Zuverlässigkeit über die Zeit. Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Getriebe, einen Antriebsstrang und ein Fahrzeug mit einer solchen Anti-Backlash-Getriebeanordnung.
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HINTERGRUND
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In der Automobilindustrie sind Getriebeanordnungen weit verbreitet, u.a. in Antriebssträngen, die eine Drehbewegung von einem Motor auf ein Antriebsmittel, wie beispielsweise Räder, übertragen.
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Eine häufig verwendete Getriebeanordnung umfasst miteinander kämmende Zahnräder, typischerweise Stirnräder, die zum miteinander Zusammenwirken angeordnet sind. Ein Zahnrad besteht im Allgemeinen aus einem Zylinder oder einer Scheibe mit sich radial erstreckenden Zähnen, die derart angeordnet sind, dass sie mit den Zähnen eines anderen Zahnrads kämmen.
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Beim Zusammenspiel von Zahnrädern entsteht typischerweise ein Spiel zwischen den kämmenden Zähnen, das ein unerwünschtes Geräusch erzeugen kann. Dies liegt daran, dass der Antrieb des Zahnrads zumindest teilweise intermittierend sein kann, aber auch daran, dass die Lücke zwischen zwei benachbarten Zähnen größer sein muss als die Breite des Zahns, der zur Aufnahme in die Lücke angeordnet ist. Die übergroße Lücke ist unter anderem notwendig, um ein Blockieren der Zahnräder zu vermeiden. Das dadurch entstehende Spiel zwischen den sich berührenden Zähnen kann als Lash oder Backlash bezeichnet werden.
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Es ist erwünscht, dieses Backlash auf ein Minimum zu reduzieren, ohne die Funktion der Getriebe zu gefährden. Eine häufig verwendete Lösung ist ein Anti-Backlash-Getriebe, das auch als Scherengetriebe bezeichnet wird. Das Anti-Backlash-Getriebe umfasst ein zweites Zahnrad, das in Kontakt mit der Rückseite, d.h. der inaktiven Seite, der Zähne vorgespannt ist. Durch diese Vorspannung werden die aktiven Teile der Zähne gezwungen, in Kontakt zu bleiben, um so den Wirkungsgrad des Getriebes zu erhöhen und gleichzeitig dessen Geräuschpegel zu senken.
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In einem Anti-Backlash-Zahnrad sind elastische Mittel zum Bereitstellen eines Vorspanneffekts angeordnet, die danach streben, den Versatz des Anti-Backlash-Zahnrads in Bezug auf das Hauptzahnrad beizubehalten, um die Lücke eines Gegenzahnrads zu füllen. Dadurch bleibt die Vorderseite der Zähne des Hauptzahnrads in Kontakt mit einer entsprechenden Vorderseite der Zähne des Gegenzahnrads. Die elastischen Mittel können eine mittig angeordnete Feder umfassen. Auch in einer herkömmlichen Ausführungsform des Standes der Technik sind eine Mehrzahl von Stiften mit Gummischläuchen oder -ringen symmetrisch um die Mitte des Hauptzahnrads und des Anti-Backlash-Zahnrads angeordnet. Die inhärente Elastizität des Gummis wirkt derart, dass das Hauptzahnrad und das Anti-Backlash-Zahnrad in eine versetzte Position in Bezug zueinander gedrückt werden.
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In der internationalen Veröffentlichung
WO 2013/190 458 A1 ist eine alternative Anordnung vorgesehen, bei der blattartige Federn angeordnet sind, um den gewünschten Vorspanneffekt bereitzustellen. Dies ist jedoch eine relativ komplexe Anordnung, bei der Schlitze in dem Getriebe vorgesehen werden müssen, um die blattartigen Federn zu halten, und eine Schraubenanordnung angeordnet ist, um jede blattartige Feder zurückzuhalten.
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Aus der deutschen Patentanmeldung
DE 10 2011 120 266 A1 ist eine gattungsgemäße Anti-Backlash-Getriebeanordnung bekannt. Ferner beziehen sich die deutschen Gebrauchsmuster
DE 74 00 276 U ,
DE 188 004 U und
DE 66 03 624 U sowie die japanische Patentanmeldung
JP S61- 74 968 A auf Anti-Backlash-Getriebeanordnungen.
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ÜBERBLICK ÜBER DIE ERFINDUNG
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Es besteht ein Bedarf an einer Anordnung, die einfacher zu installieren ist und/oder weniger Bearbeitung zur Implementierung erfordert und die über die Zeit zuverlässig ist.
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Anti-Backlash-Anordnung bereitzustellen, die eine über die Zeit zuverlässige Anti-Backlash-Funktion bietet.
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Gemäß einem ersten Aspekt bezieht sich die Erfindung auf eine Anti-Backlash-Getriebeanordnung zur Verwendung in einem Zahnradantrieb, wobei die Anti-Backlash-Getriebeanordnung umfasst:
- - ein Hauptzahnrad mit radial vorstehenden Zahnradzähnen und
- - ein Anti-Backlash-Zahnrad mit radial vorstehenden Sekundärzähnen, wobei das Anti-Backlash-Zahnrad derart konfiguriert ist, dass es koaxial um eine gemeinsame Achse mit dem Hauptzahnrad angeordnet ist, und derart konfiguriert ist, dass es winkelmäßig in Bezug auf das Hauptzahnrad verlagerbar ist, wobei eine Vorspannanordnung derart angeordnet ist, dass sie auf das Anti-Backlash-Zahnrad in Richtung einer versetzten Position in Bezug auf das Hauptzahnrad wirkt, in der die Sekundärzähne in Bezug auf die Zahnradzähne des Hauptzahnrads versetzt sind, wobei die Vorspannanordnung umfasst:
- - einen ersten Satz von Öffnungen, die entweder in dem Hauptzahnrad oder in dem Anti-Backlash-Zahnrad angeordnet sind,
- - einen zweiten Satz von Öffnungen, die in dem anderen aus dem Hauptzahnrad und dem Anti-Backlash-Zahnrad angeordnet sind, und
- - Vorspanneinheiten, wobei jede Vorspanneinheit ein erstes, stiftartiges Ende, das angeordnet ist, um innerhalb einer Öffnung des ersten Satzes von Öffnungen angebracht zu sein, und ein zweites, elastisches Ende umfasst, das ein radial komprimierbares Metallfederelement umfasst, das derart angeordnet ist, dass es gegen eine Innenfläche einer Öffnung des zweiten Satzes von Öffnungen wirkt, um somit in Richtung einer versetzten Position in Bezug auf das Hauptzahnrad auf das Anti-Backlash-Zahnrad zu wirken.
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Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung gegenüber einer Anordnung mit Gummiringen oder -schläuchen ist, dass es eher möglich ist, ein Metallfederelement mit einer gewünschten Elastizität bereitzustellen, als dies bei einem entsprechenden Gummielement der Fall ist. Der Gummi kann leicht zu steif sein und/oder eine zu langsame Ausdehnungsrate aus einem komprimierten Zustand haben, was einen unerwünschten Hysterese-Effekt erzeugt. Bei einer Metallfeder sind solche Eigenschaften leichter anwendungsspezifisch anpassbar und über die Zeit zuverlässiger.
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In Ausführungsformen der Erfindung sind die ersten, stiftartigen Enden der Vorspanneinheiten konfiguriert, um durch eine Presspassung innerhalb des ersten Satzes von Öffnungen angebracht zu sein. Dies ermöglicht die Implementierung und Befestigung der Vorspanneinheit ohne die Verwendung spezifischer Befestigungsmittel. Die Außenfläche des stiftartigen Endes oder die Innenfläche des ersten Satzes von Öffnungen kann rau sein, um die Befestigung weiter zu verbessern. Die raue Fläche kann unter anderem durch maschinelle Bearbeitung oder durch abrasive Wechselwirkung mit einem Schleifpapier oder dergleichen erfolgen.
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In Ausführungsformen der Erfindung weist der erste Satz von Öffnungen einen zylindrischen Abschnitt auf, der sich über einen größeren Teil seiner Länge erstreckt, insbesondere über mehr als 75 % oder vorzugsweise mehr als 90 % seiner Länge erstreckt, wobei das stiftartige Ende jeder Vorspanneinheit eine entsprechende Länge aufweist und derart konfiguriert ist, dass es an der Innenfläche einer Öffnung des ersten Satzes von Öffnungen über einen größeren Teil der Länge des stiftartigen Endes anliegt, insbesondere über mehr als 75 % oder vorzugsweise über mehr als 90 % der Länge des stiftartigen Endes anliegt. Ferner ist das stiftartige Ende jeder Vorspanneinheit derart konfiguriert, dass es gegen die Innenfläche einer Öffnung des ersten Satzes von Öffnungen über einen größeren Teil der Länge des zylindrischen Abschnitts der Öffnung anliegt, insbesondere über mehr als 75% oder vorzugsweise mehr als 90% der Länge des zylindrischen Abschnitts anliegt.
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In Ausführungsformen der Erfindung weist der zweite Satz von Öffnungen einen zylindrischen Abschnitt auf, der sich über einen größeren Teil der Länge der Öffnung erstreckt, insbesondere über mehr als 75 % oder vorzugsweise mehr als 90 % seiner Länge erstreckt, wobei das elastische Ende jeder Vorspanneinheit eine entsprechende Länge aufweist und derart konfiguriert ist, dass es an der Innenfläche einer Öffnung des zweiten Satzes von Öffnungen über einen größeren Teil der Länge des elastischen Endes anliegt, insbesondere über mehr als 75 % oder vorzugsweise über mehr als 90 % der Länge des elastischen Endes anliegt. Ferner ist das elastische Ende jeder Vorspanneinheit derart konfiguriert, dass es an der Innenfläche einer Öffnung des zweiten Satzes von Öffnungen über einen größeren Teil der Länge des zylindrischen Abschnitts der Öffnung anliegt, insbesondere über mehr als 75% oder vorzugsweise über mehr als 90% der Länge des zylindrischen Abschnitts anliegt.
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Der zuvor und in anderen Teilen dieser Beschreibung verwendete Begriff „entsprechende Länge“ ist so zu verstehen, dass eine entsprechende Länge der verglichenen Länge ähnlich ist und genauer gesagt, so dass die verglichenen Längen eine Abweichung von weniger als 15 % in Bezug aufeinander haben.
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Die Länge der Schnittstelle zwischen den Öffnungen und den jeweiligen Enden der Vorspanneinheiten wird die mechanischen Eigenschaften der Befestigung verbessern und die Erzeugung von Scherkräften minimieren. Dies kann von besonderer Bedeutung an der Schnittstelle zwischen den elastischen Enden und dem zweiten Satz von Öffnungen sein.
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Erfindungsgemäß ist jede Vorspanneinheit aus einem einteiligen Metallstück hergestellt.
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Das erste, stiftartige Ende jeder Vorspanneinheit umfasst einen ersten Stahlblechabschnitt, der zumindest über eine halbe Überlappung gebogen ist, und wobei das zweite, elastische Ende jeder Vorspanneinheit einen zweiten, längeren Stahlblechabschnitt umfasst, der zumindest über eine volle Überlappung gebogen ist.
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In Ausführungsformen der Erfindung umfasst jede Vorspanneinheit einen Stift, der derart angeordnet ist, dass er sich sowohl in einer Öffnung des ersten Satzes von Öffnungen als auch in einer Öffnung des zweiten Satzes von Öffnungen erstreckt, wobei der Stift derart angeordnet ist, dass er fest in die Öffnung des ersten Satzes von Öffnungen passt, wobei das radial komprimierbare Metallfederelement ein separates Element ist, das um den Stift herum innerhalb der Öffnung des zweiten Satzes von Öffnungen angeordnet ist, um auf den Stift in Richtung einer Mitte der Öffnung des zweiten Satzes von Öffnungen zu wirken.
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In Ausführungsformen der Erfindung umfasst das Metallfederelement ein blütenblattförmiges, zylindrisches Element, das eine Mehrzahl von distalen Abschnitten, eine Mehrzahl von proximalen Abschnitten und radiale Stegabschnitte umfasst, die derart angeordnet sind, dass sie die distalen und radialen Abschnitte miteinander verbinden, wobei die proximalen Abschnitte derart angeordnet sind, dass sie an dem Stift anliegen, der das stiftartige Ende bildet, und wobei die distalen Abschnitte derart angeordnet sind, dass sie an der Innenfläche einer Öffnung des zweiten Satzes von Öffnungen anstößt.
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In Ausführungsformen der Erfindung ist der erste Satz von Öffnungen zylindrisch mit einem ersten Durchmesser und ist der zweite Satz von Öffnungen zylindrisch mit einem zweiten Durchmesser, der größer ist als der erste Durchmesser, und wobei die jeweiligen Achsen des ersten Satzes von Öffnungen und des zweiten Satzes von Öffnungen versetzt zueinander angeordnet sind, und wobei das radial komprimierbare Metallfederelement symmetrisch ist und derart angeordnet ist, dass es wirkt, um die jeweiligen Achsen zueinander zu drücken.
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Gemäß einem zweiten und einem dritten Aspekt bezieht sich die Erfindung auf ein Getriebe bzw. einen Antriebsstrang, das/der eine Anti-Backlash-Getriebeanordnung, wie oben beschrieben, umfasst.
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Gemäß einem vierten Aspekt bezieht sich die Erfindung auf ein Fahrzeug, das eine Anti-Backlash-Getriebeanordnung wie oben beschrieben umfasst.
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Weitere Ausführungsformen und Vorteile werden aus der detaillierten Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen ersichtlich.
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Figurenliste
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Nachfolgend werden bestimmte Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben werden, von denen:
- 1 eine erste Ausführungsform einer Anti-Backlash-Getriebeanordnung zeigt,
- 2-3 perspektivische Ansichten einer Vorspanneinheit gemäß einer ersten Ausführungsform sind,
- 4 eine Explosionsdarstellung der Anti-Backlash-Getriebeanordnung von 1 ist,
- 5 eine Seitenansicht der Anti-Backlash-Getriebeanordnung von 1 ist,
- 6 eine entlang der Linie VI-VI in 5 vorgenommene Schnittdarstellung der Anti-Backlash-Getriebeanordnung ist,
- 7 eine schematische Ansicht eines Fahrzeugs gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung ist,
- 8 eine zweite Ausführungsform einer Anti-Backlash-Getriebeanordnung zeigt,
- 9 eine Schnittdarstellung der Anti-Backlash-Getriebeanordnung von 8 ist,
- 10 eine perspektivische Ansicht einer Vorspanneinheit gemäß der zweiten Ausführungsform ist, und
- 11 eine Explosionsdarstellung der Anti-Backlash-Getriebeanordnung von 8 ist.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER GEZEIGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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In 1 ist eine Anti-Backlash-Getriebeanordnung gemäß einer ersten Ausführungsform dargestellt. Die dargestellte Anti-Backlash-Getriebeanordnung 1 ist zur Verwendung in einem Zahnradantrieb vorgesehen. Sie umfasst ein Hauptzahnrad 2 mit radial vorstehenden Zahnradzähnen 3 und ein Anti-Backlash-Zahnrad 4 mit radial vorstehenden Sekundärzähnen 5. Das Anti-Backlash-Zahnrad 4 ist koaxial um eine gemeinsame Achse mit dem Hauptzahnrad 2 angeordnet und ist gegenüber dem Hauptzahnrad 2 winklig verlagerbar.
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Eine Vorspannanordnung ist derart angeordnet, dass sie auf das Anti-Backlash-Zahnrad 4 in Richtung einer versetzten Position in Bezug auf das Hauptzahnrad 2 wirkt. In der versetzten Position sind die Sekundärzähne 5 in Bezug auf die Zahnradzähne 3 des Hauptzahnrades versetzt. Die versetzte Position zwischen den ersten und den zweiten Zähnen 3 und 5 ist in 1 durch die Lücke 3'-5' dargestellt. Diese relativ kleine versetzte Position stellt sicher, dass eine Lücke zwischen zwei Zähnen eines Gegenzahnrades (nicht dargestellt) spielfrei ausgefüllt ist. Wenn also eine führende Seite eines Zahns 3 des Hauptzahnrads 2 in Kontakt mit einer ersten Seite der Lücke zwischen zwei Zähnen des Gegenzahnrads steht, steht eine nachlaufende Seite der Sekundärzähne 5 des Anti-Backlash-Zahnrads 4 in Kontakt mit der gegenüberliegenden Seite der Lücke zwischen zwei Zähnen des Gegenzahnrads. Dadurch wird während des Betriebs der Kontakt nicht verloren gehen zwischen der führenden Seite eines Zahns 3 des Hauptzahnrads 2 und dem Zahn eines Gegenzahnrads.
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4 zeigt eine Explosionsdarstellung einer Anti-Backlash-Getriebeanordnung mit Vorspanneinheiten 9 gemäß der ersten Ausführungsform. Das Hauptzahnrad 2 umfasst einen Hülsenabschnitt 6, dessen Innenfläche derart angeordnet ist, dass sie sich um eine Welle herum befindet. Der Hülsenabschnitt 6 erstreckt sich axial aus dem Hauptzahnrad 2 heraus und stellt eine nabenartige Halterung für das Anti-Backlash-Zahnrad 4 bereit, wobei das Anti-Backlash-Zahnrad 4 einen Innendurchmesser aufweist, der dem Außendurchmesser des Hülsenabschnitts 6 entspricht, so dass das Anti-Backlash-Zahnrad 4 fest um den Hülsenabschnitt 6 passt und von diesem in einer verschiebbaren Weise gehalten wird, um eine gegenseitige Drehung zwischen dem Hauptzahnrad 2 und dem Anti-Backlash-Zahnrad 4 zu ermöglichen.
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Wie in 4 dargestellt, umfasst die Vorspannanordnung einen ersten Satz von Öffnungen 7, die entweder in dem Hauptzahnrad 2 oder in dem Anti-Backlash-Zahnrad 4 angeordnet sind, und einen zweiten Satz von Öffnungen 8, die in dem anderen aus dem Hauptzahnrad 2 und dem Anti-Backlash-Zahnrad 4 angeordnet sind. In der gezeigten Ausführungsform ist der erste Satz von Öffnungen 7 in dem Hauptzahnrad 2 angeordnet und ist der zweite Satz von Öffnungen 8 in dem Anti-Backlash-Zahnrad 4 angeordnet.
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Die Vorspannanordnung umfasst ferner Vorspanneinheiten 9, von denen eine erste Ausführungsform in den 2 und 3 gezeigt ist. Jede Vorspanneinheit 9 umfasst ein erstes, stiftartiges Ende 10, das derart angeordnet ist, dass es fest in eine Öffnung des ersten Satzes von Öffnungen 7 passt, und ein zweites, elastisches Ende 11, das ein radial komprimierbares Metallfederelement 12 umfasst, das derart angeordnet ist, dass es gegen eine Innenfläche 13 einer Öffnung des zweiten Satzes von Öffnungen 8 wirkt. Dabei wird das Metallfederelement 12 auf das Anti-Backlash-Zahnrad 4 in Richtung einer versetzten Position in Bezug auf das Hauptzahnrad 2 wirken.
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In der gezeigten Ausführungsform ist jede Vorspanneinheit 9 aus einem einteiligen Metallstück hergestellt. Sie umfasst ein erstes, stiftartiges Ende 10, das einen ersten, um zumindest eine halbe Überlappung gebogenen Stahlblechabschnitt umfasst, und ein zweites, elastisches Ende 11, das einen zweiten, längeren Stahlblechabschnitt umfasst, der um zumindest eine volle Überlappung gebogen ist. In der gezeigten Ausführungsform weist der erste Stahlblechabschnitt des ersten, stiftartigen Endes 10 die Form einer Spirale auf, die um etwa eine Überlappung gewunden ist. Das zweite, elastische Ende 11 weist die Form einer Spirale auf, die um mehr als zwei Überlappungen gewunden ist, typischerweise um etwa vier Überlappungen gewunden ist, wobei die Spirale ein Metallfederelement 12 der ersten Ausführungsform bildet. Sowohl das erste, stiftartige Ende 10 als auch das zweite, elastische Ende 11 sind zu solch einem Grad zylindrisch, so dass sie über ihre jeweilige volle Länge einen ähnlichen Querschnitt aufweisen.
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In der gezeigten Ausführungsform sind sowohl das erste, stiftartige Ende 10 als auch das zweite, elastische Ende 11 etwas elastisch, wobei das zweite, elastische Ende 11 natürlich eine höhere Elastizität aufweist. Die Elastizität des ersten, stiftartigen Endes 10 muss begrenzt werden. Daher ist vorzugsweise das erste, stiftartige Ende 10 fest in einer Öffnung des ersten Satzes von Öffnungen 7 eingepresst. Damit das stiftartige Ende 10 innerhalb der Öffnung gehalten wird, muss die Radialkraft ausreichend hoch sein, die von dem stiftartigen Ende 10 in Richtung der Innenfläche 13 der Öffnung ausgeübt wird. Die Wechselwirkung zwischen dem ersten, stiftartigen Ende 10 und der Innenfläche 13 der Öffnung sollte nicht in solch einer Weise elastisch sein, dass das erste, stiftartige Ende 10 den Kräften nachgibt, die auf die Vorspanneinheit 9 ausgeübt werden. Stattdessen kann die Elastizität des Metallfederelements solche Kräfte handhaben, wobei das Metallfederelement 12 so ausgelegt ist, dass es in Richtung einer Position nachgibt, in der der erste Satz von Öffnungen 7 in Bezug auf den zweiten Satz von Öffnungen 8 zumindest bis zu einem Punkt versetzt ist, an dem die Zähne des Hauptzahnrads 2 bzw. des Anti-Backlash-Zahnrads 4 in einer Linie miteinander sind.
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In einer nicht dargestellten alternativen Ausführungsform ist das stiftartige Ende 10 ein massives Teil, d.h. ein zylindrisches Teil, das derart angeordnet ist, dass es in eine Öffnung des ersten Satzes von Öffnungen 7 eingepresst werden kann. Das zweite, elastische Ende 11 kann in einer solchen Ausführungsform ein integrales Teil sein, das eine zylindrische Schraubenfeder umfasst, die vorzugsweise aus demselben Metallstück wie das stiftartige Ende 10 maschinell hergestellt ist.
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In 5 ist die Anti-Backlash-Getriebeanordnung 1 von der Seite des Anti-Backlash-Getriebes 4 dargestellt, wobei die Hauptzähne 3 in einer versetzten Position hinter den Zähnen 5 des Anti-Backlash-Getriebes 4 zu erkennen sind. Vorspanneinheiten 9 des in 2-3 dargestellten Typs sind in den jeweiligen Öffnungen der Zahnräder angeordnet.
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6 ist eine entlang der Linie VI-VI von 5 vorgenommene Schnittansicht. In dieser Ansicht ist ersichtlich, dass der erste Satz von Öffnungen 7 zylindrisch ist und einen ersten Durchmesser d1 aufweist und dass der zweite Satz von Öffnungen 8 zylindrisch ist und einen zweiten Durchmesser d2 aufweist, der größer ist als der erste Durchmesser d1. Die jeweiligen Achsen des ersten Satzes von Öffnungen 7 sowie des zweiten Satzes von Öffnungen 8 sind versetzt in Bezug aufeinander angeordnet und das radial komprimierbare Metallfederelement 12 ist symmetrisch und derart angeordnet, dass es wirkt, um die jeweiligen Achsen zueinander zu drücken, wodurch die jeweiligen Zähne 3 und 5 der Zahnräder 2 und 4 in eine versetzte Position in Bezug zueinander gedrückt werden.
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Die Drehausrichtung des Metallfederelements 12 hat somit keinen Einfluss auf seine funktionale Elastizität während des Betriebs. Unabhängig von seiner Ausrichtung wird das Metallfederelement 12 derart wirken, dass der Stift konzentrisch gehalten wird in Bezug auf die Achse der Öffnung des zweiten Satzes von Öffnungen 8, in dem er sich befindet.
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In den gezeigten Ausführungsformen umfassen sowohl der erste als auch der zweite Satz von Öffnungen 7 bzw. 8 Durchgangslöcher, die durch das jeweilige Zahnrad 2 bzw. 4 reichen. Die Öffnungen können jedoch auch Widerlager in Form von Schultern oder einer festen Wand umfassen, um die Vorspanneinheiten platziert in ihnen zu halten. In der gezeigten Ausführungsform weist der erste Satz von Öffnungen 7 eine zylindrische Innenfläche 13 auf, in der das stiftartige Ende 10 angebracht ist, vorzugsweise durch Presspassung. Sie können auch verschraubt sein. Insbesondere könnte der erste Satz von Öffnungen 7 ein Gewinde umfassen, das zum Aufnehmen eines an dem stiftartigen Ende 10 der Vorspanneinheit 9 vorgesehenen Gegengewindes angeordnet ist. Der zweite Satz von Öffnungen 8 weist eine zylindrische Innenfläche 14 auf, in der das Metallfederelement 12 derart angeordnet ist, dass es eine sich radial nach außen erstreckende Kraft gegen eine wesentliche Länge des zylindrischen Abschnitts der Öffnung ausübt, d.h. nicht nur auf einen ringförmigen Abschnitt davon.
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Wie aus den in 6 und 9 gezeigten Ausführungsformen ersichtlich, sind sowohl der erste Satz von Öffnungen 7 als auch der zweite Satz von Öffnungen 8 zylindrisch und ähnlich lang. Das stiftartige Ende 10 jeder Vorspanneinheit 9 weist im Wesentlichen die gleiche Länge wie die Öffnungen des ersten Satzes von Öffnungen 7 auf und ist derart angeordnet, dass es an der Innenfläche 13 einer Öffnung des ersten Satzes von Öffnungen 7 über einen größeren Teil der Länge des stiftartigen Endes 10 anliegt. Vorzugsweise liegt das stiftartige Ende 10 über mehr als 75 % seiner Länge, weiter bevorzugt über mehr als 90 % seiner Länge, an der Innenfläche 13 an. Es kann jedoch auch derart angeordnet sein, dass es an der Innenfläche 13 an Umfangsabschnitten anliegt, die voneinander entfernt sind, wobei der Abstand zwischen ihren jeweiligen äußeren Abschnitten mehr als 75 % der Länge des stiftartigen Endes 10 beträgt, weiter bevorzug mehr als 90 % dieser Länge beträgt.
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Ebenso weist das Metallfederelement 12 des elastischen Endes jeder Vorspanneinheit 9 im Wesentlichen die gleiche Länge wie die Öffnungen des zweiten Satzes von Öffnungen 8 auf und ist derart angeordnet, dass es an der Innenfläche 14 einer solchen Öffnung 8 über einen größeren Teil der Länge des Metallfederelements 12 anliegt. Vorzugsweise liegt das Metallfederelement 12 über mehr als 75 % seiner Länge, weiter bevorzugt über mehr als 90 % seiner Länge, an der Innenfläche 13 an.
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In 7 ist eine Ausführungsform gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung in Form eines Fahrzeugs 100 dargestellt, wobei das Fahrzeug eine Anti-Backlash-Getriebeanordnung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung umfasst. Die Anti-Backlash-Getriebeanordnung ist jedoch auch in anderen technischen Bereichen anwendbar, einschließlich anderer Arten von Transportmitteln, wie beispielsweise Luft- und Wasserfahrzeuge. Die Erfindung ist auch in ortsfesten Anlagen anwendbar, die mit einem Motor und einem Getriebe oder Zahnrädern ausgestattet sind.
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In 7 ist schematisch ein Antriebsstrang eines beispielhaften Fahrzeugs 100 dargestellt. Der Antriebsstrang umfasst eine Energiequelle 101, die beispielhaft durch einen Verbrennungsmotor in dem vorliegenden Beispiel dargestellt ist, der in herkömmlicher Weise über ein Schwungrad 102 über eine Ausgangswelle der Energiequelle 101 mit einem Getriebe 103 über eine Kupplung 106 verbunden ist. Das Getriebe 103 enthält eine Anti-Backlash-Getriebeanordnung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung. Das Fahrzeug kann auch Anti-Backlash-Getriebeanordnungen an anderen Stellen des Fahrzeugs als in dem Getriebe umfassen, insbesondere entlang des Antriebsstrangs in der Übertragung einer Drehbewegung zwischen Gegenrädern.
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Eine Ausgangswelle 107 von dem Getriebe 103 treibt Antriebsräder 113, 114 an über ein Endgetriebe 108, beispielsweise ein gemeinsames Differential, und Halbwellen 104, 105, die mit dem Endgetriebe 108 verbunden sind. Das Endgetriebe 108 kann eine erfindungsgemäße Anti-Backlash-Getriebeanordnung umfassen. Die Energiequelle 101 wird von dem Fahrzeugsteuersystem über eine Steuereinheit 115 gesteuert und gleichermaßen können die Kupplung und das Getriebe von einer Steuereinheit 116 gesteuert werden, die automatisch Schaltvorgänge durchführen kann. Wenn die Energiequelle ein Verbrennungsmotor ist, dann ist ein Abgasrohr 109 angeordnet, um die Verbrennungsgase des Motors über einen Katalysator 110 und vorzugsweise einen Partikelfilter abzuführen.
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7 stellt folglich einen Antriebsstrang einer bestimmten Art dar, aber die Erfindung ist auf jede Art von Antriebsstrang anwendbar, bei der eine Energiequelle involviert ist, wie ein interner Verbrennungsmotor, ein Elektromotor oder beides.
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In den 8-11 ist die Anti-Backlash-Getriebeanordnung mit Vorspanneinheiten 9 gemäß einer zweiten Ausführungsform gezeigt. In der zweiten Ausführungsform umfasst jede Vorspanneinheit 9 einen Stift, der derart angeordnet ist, dass er sich sowohl in eine Öffnung des ersten Satzes von Öffnungen 7 als auch in eine Öffnung des zweiten Satzes von Öffnungen 8 erstreckt. Ein erstes Ende des Stifts bildet das stiftartige Ende 10 der Vorspanneinheit 9 und ist angeordnet, um innerhalb der Öffnung des ersten Satzes von Öffnungen 7 angebracht zu sein, beispielsweise durch Presspassung. Es kann auch verschraubt oder vernietet sein. In dieser zweiten Ausführungsform umfasst das radial komprimierbare Metallfederelement 12 einen separaten Teil, der um den Stift innerhalb der Öffnung des zweiten Satzes von Öffnungen 8 anzuordnen ist. Das radial komprimierbare Metallfederelement 12 ist derart angeordnet, dass es auf den Stift wirkt, um den ersten Satz von Öffnungen 7 und den zweiten Satz von Öffnungen 8 in einer Linie zueinander zu halten.
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Wie in 9 dargestellt, ist der erste Satz von Öffnungen 7 zylindrisch und weist einen ersten Durchmesser d1 auf und ist der zweite Satz von Öffnungen 8 zylindrisch und weist einen zweiten Durchmesser d2 auf, der größer ist als der erste Durchmesser d1. Die jeweiligen Achsen des ersten Satzes von Öffnungen 7 und des zweiten Satzes von Öffnungen 8 sind in Bezug aufeinander versetzt angeordnet und das radial komprimierbare Metallfederelement 12 ist symmetrisch und derart angeordnet, dass es wirkt, um die jeweiligen Achsen zueinander zu drücken, wodurch die jeweiligen Zähne 3 und 5 der Zahnräder 2 und 4 in eine versetzte Position in Bezug zueinander gedrückt werden.
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Daher ist bei dieser Ausführungsform, wie auch bei der in 1-6 gezeigten Ausführungsform, die Vorspannfunktion des Metallfederelements 12 unabhängig von seiner Drehausrichtung. Unabhängig von seiner Ausrichtung wird das Metallfederelement 12 derart wirken, dass der Stift konzentrisch gehalten wird in Bezug auf die Achse der Öffnung des zweiten Satzes von Öffnungen 8, in dem er sich befindet.
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Wie in 10 dargestellt, umfasst das Metallfederelement 12 der zweiten Ausführungsform ein blütenblattförmiges, zylindrisches Element. Insbesondere umfasst das Metallfederelement 12 eine Mehrzahl von distalen Abschnitten 15, eine Mehrzahl von proximalen Abschnitten 16 und radiale Stegabschnitte 17, die derart angeordnet sind, dass sie die distalen und radialen Abschnitte mitaneinander verbinden. Die proximalen Abschnitte 16 sind derart angeordnet, dass sie an dem Stift anliegen, der das stiftartige Ende 10 der zweiten Ausführungsform bildet, und die distalen Abschnitte 15 sind derart angeordnet, dass sie an der Innenfläche 13 einer Öffnung des zweiten Satzes von Öffnungen 8 anliegen. In der gezeigten Ausführungsform umfasst das Metallfederelement 12 vier distale Abschnitte 15, vier proximale Abschnitte 16 und acht radiale Stegabschnitte 17, die diese miteinander verbinden. Alternativ dazu kann das Metallfederelement 12 weniger oder mehr distale und proximale Abschnitte 15 und 16 aufweisen. Die radialen Stegabschnitte 17 sind zum Bereitstellen von Elastizität angeordnet. Daher sind die Stegabschnitte 17 vorzugsweise derart angeordnet, dass sie sich in einer leicht geneigten Richtung in Bezug auf die radiale Richtung von dem Stift zu der umgebenden Innenfläche 13 einer der Öffnungen des zweiten Satzes von Öffnungen 8 erstrecken.
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Vorstehend wurde die Erfindung unter Bezugnahme auf bestimmte Ausführungsformen beschrieben. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt. Es ist für den Fachmann offensichtlich, dass andere Ausführungsformen im Rahmen der folgenden Ansprüche möglich sind.
