DE19548609C2 - Zahnradgetriebe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Zahnradgetriebe, insbesondere zur Verwendung bei ei­ nem Schrittmotor, mit einem Ritzel als Antriebsrad und mit einem vom Ritzel beaufschlagbaren Abtriebsrad sowie mit einer ersten und einer zweiten Lagerplatte, in welcher die Drehachsen des Antriebrads und des Abtriebsrades jeweils gelagert sind.

Es ist allgemein bekannt, dass bei der Übertragung von Kräften und Momenten mittels Zahnrädern aufgrund fertigungsbedingter Toleranzen sowie wegen gebrauchsabhängigen Verschleißes ein gewisses Spiel der im gemeinsamen Ein­ griff miteinander befindlichen Zähne bzw. deren Zahnflanken nicht ausgeschlossen werden kann. Spielbehaftete Übertragungselemente, d. h. die Zähne, aber beein­ trächtigen die Laufruhe und/oder die Genaugikeit der Kraftübertragung. Außerdem tritt bei einer Drehrichtungsänderung ein sog. toter Gang auf. Es liegt daher stets im Interesse des Anwenders, spielfreie Paarungen von Zahnrädern zu schaffen, um die genannten Nachteile zu vermeiden.

Aus der DE 40 41 314 A1 ist ein spielfreier Zahnradantrieb bekannt, bei dem ein Zahnrad in zwei Radscheiben aufgeteilt ist und somit ein Doppelzahnrad mit einem ersten Zahnrad und einem zweiten Zahnrad bildet. Diese beiden Zahnräder sind mit einem weiteren Zahnrad in Eingriff. Die Zahnkränze des ersten und zweiten Zahn­ rades sind über federnde Speichen mit der jeweiligen Nabe verbunden. Ihre Ver­ zahnungen sind gegeneinander versetzt. Bei der Montage des Doppelzahnrades mit einem weiteren Zahnrad verdrehen sich die beiden Zahnräder entgegen der Feder­ kraft der Speichen gegeneinander. Dadurch, dass das erste Zahnrad an der einen und das zweite Zahnrad an der anderen Flankenseite der Verzahnung des weiteren Zahnrades anliegt, ist das Flankenspiel aufgehoben.

Des Weiteren ist aus der DE 74 05 312 U1 ein spielfrei arbeitender Zahntrieb, ins­ besondere für Nebenantriebe bei Brennkraftmaschinen, bekannt, welcher aus min­ destens zwei miteinander kämmenden Zahnrädern besteht, deren eines aus zwei Zahnkränzen besteht und deren beide eine Schrägverzahnung oder eine Schrägver­ nutung aufweisen und durch eine zwischen ihnen angeordnete Feder gegeneinander axial bewegbar sind. In einer Ausführungsform kann ein Zahnkranz mittels einer Schrägvernutung auf der Nabe des anderen Zahnkranzes angeordnet sein, so dass bei einer. Drehbewegung des einen Zahnkranzes dieser axial auf der Nabe bewegt wird. Die axiale Bewegung ist mittels eines entsprechenden Anschlags begrenzt. Die Spielfreiheit wird durch einen Winkelversatz der Zähne der beiden Zahnkränze gegeneinander erreicht. Nachteilig bei diesem Getriebes das insbesondere zur Ü­ bertragung großer Drehmomente ausgelegt ist, ist, der mit der Herstellung der Schrägvernutung verbundene Aufwand.

Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Zahnradgetriebe der eingangs genannten Art zu schaffen, welches bei einfacher Gestaltung und kostengünstiger Herstellbarkeit die Auswirkung des toleranz- und/oder verschleißbedingten Verdrehflankenspiels eines Zahnradpaares verhindert oder vermeidet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die Erfindung basiert auf der im vorgenannten Stand der Technik bekannten Idee, dem Abtriebsrad ein zusätzliches Zahnrad mit übereinstimmender Verzahnungsge­ ometrie koaxial zuzuordnen, wobei ein Winkelversatz vorgesehen ist, der größer oder gleich dem Winkel des maximalen toleranzbedingten Verdrehflankenspiels der Verzahnung ist und das ausgehend von dieser Position entgegen der Rückstell­ kraft einer Federeinrichtung so weit verdreht werden kann, bis beide Verzahnungen fluchten, d. h. die Zahnflanken zur Deckung gelangen. In diesem Zustand sind so­ wohl das Zahnrad als auch das Abtriebsrad vom eingreifenden Antriebsrad beauf­ schlagt.

Durch diese Gestaltung des Zahnradgetriebes wird auf einfache Weise erreicht, dass ein vorhandenes Zahnspiel zwischen dem Antriebsrad einerseits und dem Abtriebsrad andererseits ausgeglichen wird, indem das zusätzliche Zahnrad eine elastische Verdrehung gegenüber dem Abtriebsrad ausführt, wodurch die Zahn­ flanken des Antriebsrads einerseits und des Abtriebsrades bzw. des zusätzlichen Zahnrades andererseits in Anlage aneinander kommen. Dies wird insbesondere dadurch erreicht, dass die Zahnbreite des Antriebsrades mindestens der gemeinsa­ men Zahnbreite des Abtriebsrades und des zusätzlichen Zahnrades entspricht, so dass rein geometrisch sichergestellt ist, dass beide kraftaufnehmenden Zahnräder vom Antriebsrad gleichzeitig mit dem Antriebsrad zusammenarbeiten.

Erfindungsgemäß erfolgt eine Axialverschiebung des Zahnrads in Bezug auf das Abtriebsrad gegen die rückstellende Wirkung der Federeinrichtung, die als Druck­ feder, beispielsweise Federscheibe, zwischen dem Zahnrad und der Lagerplatte angeordnet ist und das Zahnrad axial in Richtung auf das Abtriebsrad hin zwingt. Weiterhin sind sowohl am Zahnrad als auch am Abtriebsrad Kopplungselemente vorgesehen, die die Axialverschiebung des Zahnrads mit der relativen Verdrehbewegung zwischen dem Zahnrad und dem Abtriebsrad zwangskoppeln. Der maxi­ male Verdrehwinkel zwischen dem Zahnrad und dem Abtriebsrad korrespondiert somit mit einem maximalen Verschiebeweg des Zahnrads in axialer Richtung. Der Vorteil der Erfindung liegt insbesondere darin, dass die eingangs beschriebene elastische Verdrehung von Zahnrad und Abtriebsrad konstruktiv einfach zu lösen und unhängig von der geometrischen Ausbildung der Verzahnung anwendbar ist. Insbesondere ergeben sich Vorteile bei der Massenfertigung, da sämtliche Bauteile lediglich aufeinandergestellt werden müssen.

Bevorzugt wirkt die Federeinrichtung in beiden Drehrichtungen, so dass der Zahn­ spielausgleich auch bei einer Drehrichtungsumkehr wirksam ist. Dies ist insbeson­ dere bei der Verwendung des Zahnradgetriebes als Anzeigeinstrument in Kraftfahr­ zeugen von großer Bedeutung, bei denen beispielsweise bei einer Schwankung des anzuzeigenden Betriebszustandes eine häufige Drehrichtungsumkehr gegeben ist. Gerade dort kommt es darauf an, den vom Zahnradgetriebe betätigten Zeiger ruhig und zitterfrei zu bewegen.

Am Abtriebsrad ist ein kegelförmiger Zapfen in axialer Ausrichtung und in exzent­ rischer Anordnung vorgesehen. Diese greift in eine korrespondierende axiale Ein­ formung am Zahnrad ein.

Die konische Ausgestaltung des Zapfens einerseits wie auch der azimutale Versatz zueinander sorgen für ein axiales Auswandern des zusätzlichen Zahnrades, sobald das Antriebsrad eingreift und dabei versucht, die Zahnflanken des Abtriebsrades und des Zahnrades in Deckung zu bringen, da in Ruhestellung der genannte Versatz um das maximal beherrschbare Verdrehflankenspiel besteht. Das heißt mit anderen Worten, dass ein größeres als dieses maximale Verdrehflankenspiel entsprechend dem Winkel α nicht ausgeglichen werden kann. Es ist somit die Kompensation des maximalen Verdrehflankenspiels möglich.

Vorteilhafterweise durchgreift die zylindrische Einformung das zusätzliche Zahnrad und bildet eine Ausnehmung. Im Sinne einer einfachen Montierbarkeit des Systems kann es günstig sein, daß die Einformung als eine zylindrische Bohrung mit einer Anfasung ausgebildet ist und als Montagehilfe beim Fügungsprozess dient.

Um die Zentrierwirkung zu verbessern, das heißt, um eine mög­ lichst gleichförmige Ansteuerung des zusätzlichen Zahnrades zu gewährleisten, können in Weiterbildung der Erfindung am Ab­ triebsrad mehrere kegelförmige Zapfen auf einem Kreis gleichför­ mig verteilt angeordnet sein, denen korrespondierende Einformun­ gen am zusätzlichen Zahnrad zugeordnet sind.

Die Zahl der kegelförmigen Zapfen am Abtriebsrad und der korre­ spondierenden Einformungen am zusätzlichen Zahnrad kann abhängig von der Größe des Abtriebsrades auch größer sein, zum Beispiel acht, um so einen möglichst gleichförmigen Spielausgleich si­ cherzustellen.

Ein besondere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß das Zahnrad zwischen dem Abtriebsrad und der oberen Lagerplatte angeordnet ist, wobei in weiterer Ausgestaltung der Erfindung das Zahnrad auf eine am Abtriebsrad konzentrisch angeformte Lagerbüchse aufgeschoben ist und von dieser geführt ist.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform, insbesondere für die Großserienfertigung, bei der das Antriebsrad, das Abtriebsrad und das zusätzliche Zahnrad als Massenschüttgut zur Verarbeitung gelangen, sind das Antriebsrad, das Abtriebsrad und das zusätz­ liche Zahnrad als Kunststofformteile ausgebildet. Dabei können das Abtriebsrad und das zusätzliche Zahnrad einen Durchmesser von < 10 mm aufweisen.

Anhand eines in der schematischen Zeichnung dargestellten Aus­ führungsbeispiels sollen die Erfindung, vorteilhafte Ausgestal­ tungen und Verbesserungen der Erfindung sowie besondere Vorteile der Erfindung näher erläutert und beschrieben werden.

Es zeigen:

Fig. 1 ein zusätzliches Zahnrad in Draufsicht,

Fig. 2 ein Abtriebsrad in Draufsicht,

Fig. 3 ein erfindungsgemäßes Zahnradgetriebe im Längs­ schnitt,

Fig. 4 einen Querschnitt durch die Anordnung gemäß Fig. 3 entlang Schnittlinie IV-IV und

Fig. 5 eine Ausschnittvergrößerung aus Fig. 4.

In Fig. 1 ist ein zusätzliches Zahnrad 10 in Draufsicht dar­ gestellt, das gemeinsam mit einem in Fig. 2 ebenfalls in Drauf­ sicht gezeigten Abtriebsrad 12 in einem in Fig. 3 im Längs­ schnitt wiedergegebenen Zahnradgetriebe 14 montiert ist, wobei das zusätzliche Zahnrad 10 auf einer am Abtriebsrad 12 angeform­ ten Achshülse aufgeschoben ist, wie in Fig. 3 zu erkennen ist.

In das zusätzliche Zahnrad 10 ist auf seiner Radfläche eine Ausnehmung 16 eingeformt, die mit einem am Abtriebsrad angeform­ ten kegelförmigen Zapfen 18 achsen- und radiengleich korrespon­ diert. Hierbei ist die Zahngeometrie, insbesondere die Zahn­ teilung des zusätzlichen Zahnrades 10 zwar identisch mit der des Abtriebsrades 12, jedoch gegenüber dieser um einen Winkel α azimutal, das heißt am Umfang, versetzt. Dies wird deutlich durch Vergleich der jeweils durch die eingeformte Ausnehmung 16 beziehungsweise durch den angeformten Zapfen 18 gehenden Tei­ lungsachsen und der diese rechtwinklig schneidenden Hochachsen.

In Fig. 3 ist ein aus den beiden bereits behandelten Zahnrädern 10, 12 sowie aus einem als Antriebsrad 20 dienenden Ritzel und zwei die Zahnräder 10, 12, 20 zu deren Lagerung zwischen sich nehmenden Lagerplatten 22, 24 gebildetes Zahnradgetriebe 14 gezeigt. Wie dieser Darstellung ferner zu entnehmen ist, besitzt der Zapfen 18 die Form eines Kegels, während die Ausnehmung 16 am zusätzlichen Zahnrad 10 eine Zylinderbohrung ist, deren Durchmesser dem Fußdurchmesser des Zapfens 18 entspricht. Wird das zusätzliche Zahnrad 10 angehoben, so daß es sich vom Ab­ triebsrad 12 um das Maß "x" entfernt, kann es aufgrund der Durchmesserunterschiede des konischen Zapfens 18 bei dieser Höhe gegenüber der gleichbleibenden Zylinderbohrung 16 um den bereits erwähnten Versatzwinkel α drehen, so daß die Zahnflanken der beiden angetriebenen Zahnräder 10, 12 zur Deckung kommen.

Zusätzlich zu den beiden angetriebenen Zahnrädern 10, 12 ist mit diesen axial fluchtend eine Federeinrichtung 26 zwischen dem zusätzlichen Zahnrad 10 und der oberen Lagerplatte 22 angeord­ net. Diese Federeinrichtung 26 wird von einer als Druckfeder wirksamen Federscheibe gebildet, welche sich an der oberen La­ gerplatte 22 abstützt und das zusätzliche Zahnrad 10 gegen das Abtriebsrad 12 mit einer Kraft "F" beaufschlagt.

In Verbindung mit der kegelförmigen Gestaltung des wenigstens einen Zapfens 18, der in die Ausnehmung 16 am zusätzlichen Zahn­ rad 10 eingreift, resultiert eine azimutale Rückstellkraft, welche das zusätzliche Zahnrad 10 in seine Ausgangsstellung, das heißt in seine gegenüber dem Abtriebsrad 12 um den Winkel α versetzte Position beaufschlagt.

Außerdem zeigt Fig. 3, daß die Zahnbreite des Antriebsrades 20 wenigstens die Zahnbreite des zusätzlichen Zahnrades 10 und des Abtriebsrades 12 aufweist, wobei auch die axiale Auslenkung des zusätzlichen Zahnrades 10 berücksichtigt ist.

In Fig. 4 ist ein Querschnitt durch das in Fig. 3 gezeigte Ge­ triebe 14 entlang der Schnittlinie IV-IV wiedergegeben, aus welcher Darstellung der Versatz des obenliegenden zusätzlichen Zahnrades 10 gegenüber dem darunter befindlichen Abtriebsrad 12 ersichtlich ist. Dies speziell wird verdeutlicht in der in Fig. 5 gezeigten Ausschnittvergrößerung der Eingriffsbereiche des Antriebsrades 20 und des Abtriebsrades 12 beziehungsweise des zusätzlichen Zahnrades 10. Dabei zeigt sich, dass das Ritzel 20 bei jeder Drehrichtung am Abtriebsrad 12 und auch bei Drehrichtungsumkehr - verursacht durch die Ver­ spannung der Abtriebsräder gegeneinander - auch am zusätzlichen Zahnrad 10 stets anliegt.

Mit der Erfindung ist demzufolge eine auf eine einfache Art sehr wirksame Zahnspiel-Ausgleichsvorrichtung für ein Zahnradgetriebe geschaffen, welche einfach gestaltet und kostengünstig, zum Beispiel als Kunststoffspritzteil her­ stellbar ist.

Claims (10)

1. Zahnradgetriebe, insbesondere zur Verwendung bei einem Schrittmotor, mit einem Ritzel als Antriebsrad und mit einem vom Antriebsrad beaufschlagten Abtriebsrad sowie mit einer ersten und einer zweiten Lagerplatte, in welcher die Drehachsen des Antriebsrads und des Abtriebsrades jeweils gelagert sind, wobei ein zusätzliches Zahnrad (10) vorgesehen ist, das
ebenfalls vom Antriebsrad (20) beaufschlagbar ist,
eine mit dem Abtriebsrad (12) übereinstimmende Verzahnungsge­ ometrie aufweist,
koaxial zum Abtriebsrad (12) und gegenüber diesem um einen Winkel (α) verdreht angeordnet ist, wobei der Winkel (α) ≧ dem Winkel des maximalen toleranzbedingten Verdrehflankenspiels des Zahnradgetriebes (14) ist, und
gegenüber dem Abtriebsrad (12) entgegen der Rückstellkraft einer Federeinrichtung (26) verdrehbar ist,
in Bezug auf das Antriebsrad (12) gegen die Wirkung der Federeinrichtung (26) axial verschiebbar ist und
wobei am Zahnrad (10) und am Abtriebsrad (12) Kopplungselemente (16, 18) vorhanden sind, die derart zusammenwirken, dass eine relative Verdrehbewegung zwischen dem Zahnrad (10) und dem Abtriebsrad (12) mit einer Axialverschiebung des Zahnrades (10) einhergeht,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Zahnrad (10) zwischen dem Abtriebsrad (12) und der oberen Lagerplatte (22) gelagert ist,
dass die Federeinrichtung als zwischen dem Zahnrad (10) und der (oberen) Lagerplatte (22) wirkende Druckfeder (26) ausgebildet ist, und
dass am Abtriebsrad (12) wenigstens ein exzentrisch angeordneter kegelförmiger Zapfen (18) in axialer Ausrichtung vorgesehen ist, der in eine korrespondierende Einformung (16) am Zahnrad (10) eingreift.

2. Zahnradgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennnzeichnet, dass die Federeinrichtung (26) in beiden Drehrichtungen und damit auch bei Drehrichtungsumkehr wirksam ist.

3. Zahnradgetriebe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Federeinrichtung (26) eine Federscheibe, ist.

4. Zahnradgetriebe nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Zahnrad (10) auf eine am Abtriebsrad (12) konzentrisch angeformte Lagerbüchse aufgeschoben und von dieser geführt ist.

5. Zahnradgetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einformung (16) als zylindrische Bohrung, vorzugsweise mit einer Anfasung, ausgebildet ist.

6. Zahnradgetriebe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zylindrische Borhung (16) das Zahnrad (10) axial vollständig durchsetzt.

7. Zahnradgetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Abtriebsrad (12) mehrere kegelförmige Zapfen (18) auf einem Kreis gleichförmig verteilt angeordnet sind, denen in gleicher Anzahl korrespondierende Einformungen (16) am Zahnrad (10) zugeordnet sind.

8. Zahnradgetriebe nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsrad (20), das Abtriebsrad (12) und das Zahnrad (10) als Kunststofformteile ausgebildet sind.

9. Zahnradgetriebe nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Abtriebsrad (12) und das Zahnrad (10) einen Durchmesser von < 12 mm aufweisen.

10. Zahnradgetriebe nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel (α) etwa 2° beträgt.