DE202010016197U1

DE202010016197U1 - Spielfrei laufendes Zahnrad

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Publication number: DE202010016197U1
Application number: DE202010016197U
Authority: DE
Original assignee: WMH HERION ANTRIEBSTECHNIK GmbH
Current assignee: WMH HERION ANTRIEBSTECHNIK GmbH
Priority date: 2010-12-06
Filing date: 2010-12-06
Publication date: 2011-02-17
Anticipated expiration: 2020-12-07

Abstract

Spielfrei laufendes Zahnrad (1) mit einer Achse (2) sowie einem bezüglich dieser Achse (2) drehfesten ersten Teilzahnrad (4, 4') und einem bezüglich dieser Achse (2) drehverstellbaren zweiten Teilzahnrad (5; 5') mit im Wesentlichen identischer Zahnausbildung und -teilung wie beim ersten Teilzahnrad (4; 4'), wobei die beiden Teilzahnräder (4, 5; 4', 5') koaxial und benachbart angeordnet sind und zusammen ein Gesamtzahnrad (6) bilden, dadurch gekennzeichnet, dass das bezüglich der Achse (2) drehverstellbare zweite Teilzahnrad (5; 5') mittels einer Hirth-Verzahnung (7) und Spanneinrichtungen (8) bezüglich des ersten Teilzahnrades (4, 4') in eine Drehstellung vorgespannt ist, in der die Zähne (Z4, Z5) der beiden Teilzahnräder (4, 5; 4', 5') in Umfangsrichtung gegeneinander verstellt sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein spielfrei laufendes Zahnrad, das auch als Spannritzel bezeichnet werden kann, wie beispielsweise ein Stirnrad, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Solche spielfrei laufenden oder kurz gesagt spielfreien Zahnräder oder Spannritzel werden zum spielfreien Drehantrieb eingesetzt. Fertigungs- und verschleißbedingt kommt es in der Praxis beim Eingriff von zwei Zahnrädern oder von einem Zahnrad mit einer Zahnstange zwangsweise zu einem gewissen Spiel, das aber bei zahlreichen Anwendungen, wie beispielsweise in der Robotik oder bei Zahnstangenlenkungen im Automobilbereich unerwünscht ist.
Es sind zahlreiche Ausführungen von spielfreien Zahnradsystemen in der Praxis und auch der Schutzrechtsliteratur bekannt geworden. Darunter sind auch solche spielfreien Zahnräder mit zwei koaxial angeordneten und gleiche Verzahnungen aufweisenden Teilzahnrädern, die unter einer Vorspannung in Umfangsrichtung bezüglich ihrer Zähne gegeneinander verstellt auf einer Achse montiert sind und von denen eines in Bezug auf die Achse drehfest ist, während das andere gegen die Kraft der Vorspannung in Umfangsrichtung drehverstellbar ist. Damit schaffen je ein Zahn des einen Teilzahnrades und ein Zahn des anderen Teilzahnrades zusammen gleichermaßen einen wirksamen Gesamtzahn variabler Breite in Umfangsrichtung. Lediglich beispielhaft werden dazu die WO 992701 A1 , DE 10 2005 035 944 A1 , EP 0 849 078 A1 , DE 100 08 911 A1 und die DE 81 09 324 U1 genannt.
Ein derartiges geteiltes Zahnrad oder Ritzel aus zwei koaxial benachbart auf einer gemeinsamen Achse angeordneten Teilzahnrädern für einen lastproportionalen spielfreien Antrieb ist ferner in der US 4,422,344 offenbart. Dabei ist zu je einem von zwei umfangsmäßig verstellbaren Teilzahnrädern eine Hirth-Verzahnung oder Plan-Kerbverzahnung vorgesehen. Dabei enthält jedes drehverstellbare Teilzahnrad zusätzlich eine axial wirksame stirnseitige Verzahnung und ist gegenüber letzterer eine Stirnscheibe mit einer passenden axial wirksamen stirnseitigen Verzahnung drehfest auf der Achse vorgesehen, so dass die beiden axial wirksamen stirnseitigen Verzahnungen in Eingriff sind. Die stirnseitige Verzahnung jeder Stirnscheibe wirkt mit der stirnseitigen Verzahnung des zugehörigen drehverstellbaren Teilzahnrades so zusammen, dass das entsprechende drehverstellbare Teilzahnrad gegenüber dem anderen drehverstellbaren Teilzahnrad um einen gewünschten Betrag in Umfangsrichtung verstellt in einer vorgespannten Position ist. Die beiden stirnseitigen Verzahnungen eines Stirnscheiben-Teilzahnrad-Paares sind nicht vollständig in Eingriff, und durch axiale Verstellung eines drehverstellbaren Zahnrades wird dieses gleichzeitig infolge des Eingriffs der entsprechenden stirnseitigen Verzahnungen drehverstellt, wobei diese stirnseitige Verzahnungen mehr in oder außer Eingriff kommen. Durch die Drehverstellung eines Teilzahnrades auf diese Weise wird letzteres gegenüber dem anderen Teilzahnrad in Umfangsrichtung so verstellt, dass je ein Zahn des einen Teilzahnrades und ein Zahn des anderen Teilzahnrades zusammen einen wirksamen Gesamtzahn variabler Breite in Umfangsrichtung bilden. Die wirksame Breite des Gesamtzahnes in Umfangrichtung wird nun durch die oder entgegen der Vorspannung beim Eingriff jedes Gesamtzahnes in eine Gegenverzahnung automatisch eingestellt.
Die bestehenden Techniken sind aufwendig und nur für bestimmte Anwendungen einsetzbar. Es ist das Ziel der vorliegenden Erfindung, ein spielfrei laufendes oder so genanntes spielfreies Zahnrad zu schaffen, das unaufwendig und vielseitig einsetzbar ist. Dieses Ziel wird mit einem spielfrei laufenden Zahnrad nach dem Anspruch 1 erreicht. Bevorzugte und vorteilhafte Weiterbildungen davon sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Entsprechend schafft die Erfindung ein spielfrei laufendes Zahnrad mit einer Achse sowie einem bezüglich dieser Achse drehfesten ersten Teilzahnrad und einem bezüglich dieser Achse drehverstellbaren zweiten Teilzahnrad mit im Wesentlichen identischer Zahnausbildung und -teilung wie beim ersten Teilzahnrad, wobei die beiden Teilzahnräder koaxial und benachbart angeordnet sind und zusammen ein Gesamtzahnrad bilden. Dieses erfindungsgemäße spielfrei laufende Zahnrad ist ferner dadurch gekennzeichnet, dass das bezüglich der Achse drehverstellbare zweite Teilzahnrad mittels einer Hirth-Verzahnung und Spanneinrichtungen bezüglich des ersten Teilzahnrades in eine Drehstellung vorgespannt ist, in der die Zähne der beiden Teilzahnräder in Umfangsrichtung gegeneinander verstellt sind.
Gegenüber Bauformen des Standes der Technik gemäß WO 992701 A1 , DE 10 2005 035 944 A1 , EP 0 849 078 A1 , DE 100 08 911 A1 und die DE 81 09 324 U1 bietet die Verwendung der Hirth-Verzahnung eine deutlich überlegene Kraftübertragung. Durch die drehfeste Anordnung des einen Teilzahnrades im Gegensatz zur Verwendung von zwei drehverstellbaren Teilzahnrädern wie gemäß der US 4,422,344 wird eine pneumatische oder hydraulische Druckbeaufschlagung beider Teilzahnräder in Axialrichtung der Achse sowie eine zweite Hirth-Verzahnung eingespart. Das erfindungsgemäße spielfrei laufende Zahnrad hat ferner den Vorteil, dass damit sowohl gerade als auch schräg verzahnte geschaffen werden können.
Mit Vorzug ist weiter vorgesehen, dass ein auf der Achse axial verschiebbarer und drehfester Druckring auf der von dem ersten Teilzahnrad abgewandten Seite des zweiten Teilzahnrades vorgesehen ist und mit dem zweiten Teilzahnrad über die Hirth-Verzahnung gekoppelt ist, und dass die Spanneinrichtungen ausgelegt und/oder angeordnet sind, um den Druckring zu dem zweiten Teilzahnrad hin zu beaufschlagen und damit über die Hirth-Verzahnung eine Drehverstellbarkeit des zweiten Teilzahnrades auf der Achse bereitzustellen. Dies kann vorteilhaft dadurch weitergebildet sein, dass der Druckring mit der Achse über eine Formschlussausgestaltung drehfest verbunden ist, wobei noch weiter bevorzugt die Formschlussausgestaltung wenigstens eine Kerbe und eine Rippe enthält, so dass die drehfeste Verbindung von Achse und Druckring durch den Eingriff der Rippe in die Kerbe gesichert ist, wobei alternativ oder zusätzlich vorgesehen sein kann, dass die Formschlussausgestaltung eine Mehrzahl von ineinander greifenden Kerben und Rippen enthält, und insbesondere durch eine Außenverzahnung an der Achse sowie eine passende Innenverzahnung in dem Druckring gebildet ist, wobei vorzugsweise ferner die Kombination von Innenverzahnung des Druckringes mit Außenverzahnung der Achse eine solche Zahnanordnung, -dicke und/oder -teilung bezüglich Zahnanordnung, -dicke und/oder -teilung der beiden Teilzahnräder aufweist, dass durch unterschiedliche Drehstellungskombinationen der Innenverzahnung des Druckringes mit der Außenverzahnung der Achse unterschiedliche Verstellbereiche des zweiten Teilzahnrades bezüglich des ersten Teilzahnrades bereitgestellt werden, und/oder die Kombination von Innenverzahnung des Druckringes mit Außenverzahnung der Achse eine solche Zahnanordnung, -dicke und/oder -teilung bezüglich der Zahnanordnung, -dicke und/oder -teilung der Hirth-Verzahnung aufweist, dass durch unterschiedliche Drehstellungskombinationen der Innenverzahnung des Druckringes mit der Außenverzahnung der Achse unterschiedliche Verstellbereiche des zweiten Teilzahnrades bezüglich des ersten Teilzahnrades bereitgestellt werden.
Noch eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung besteht darin, dass die Zahnanordnung, -dicke und/oder -teilung der Hirth-Verzahnung bezüglich Zahnanordnung, -dicke und/oder -teilung der beiden Teilzahnräder so gewählt ist, dass durch unterschiedliche Drehstellungskombinationen der Hirth-Verzahnung unterschiedliche Verstellbereiche des zweiten Teilzahnrades bezüglich des ersten Teilzahnrades bereitgestellt werden.
Ferner kann mit Vorzug vorgesehen sein, dass die Spanneinrichtungen wenigstens eine Federeinrichtung enthalten, die angeordnet und ausgelegt ist, um das zweite Teilzahnrad zu dem ersten Teilzahnrad hin zu beaufschlagen. Dabei ist es in Verbindung mit dem Druckring von Vorteil, wenn der Druckring mittels der wenigstens einen Federeinrichtung zu dem zweiten Teilzahnrad hin druckbeaufschlagt ist, wobei vorzugsweise ferner die wenigstens eine Federeinrichtung eine Tellerfeder ist und/oder wobei die wenigstens eine Federeinrichtung gegenüber dem Druckring an einer bezüglich der Achse axial festen Druckscheibe abgestützt ist, was mit Vorteil dahingehend weitergebildet sein kann, dass die Druckscheibe axial bezüglich der Achse einstellbar ist, wodurch die Vorspannkraft der wenigstens einen Federeinrichtung auf den Druckring und damit auf das zweite Teilzahnrad einstellbar ist, und wobei noch weiter vorteilhafterweise die Druckscheibe einen axialen Gewindebolzen zum Einschrauben in eine axiale Gewindebohrung in der Achse aufweist und die axiale Einstellbarkeit durch die variable Einschraubtiefe des Gewindebolzens in die Gewindebohrung realisiert ist. Bezüglich der letztgenannten Ausführungsvariante kann ferner mit Vorteil vorgesehen sein, dass der Druckring in seinem der Druckscheibe zugewandten Rand eine Mehrzahl von insbesondere winkelmäßig gleich beabstandeten Gewindebohrungen enthält und in der Druckscheibe ein Durchgangsloch vorgesehen ist, dessen radiale Lage zu der der Gewindebohrungen im Rand des Druckrings passt, und dass eine Fixierschraube vorgesehen ist, die durch das Durchgangsloch in jegliche damit in einer Einschraubstellung der Druckscheibe ausgerichtete Gewindebohrung im Rand des Druckrings einschraubbar ist, um dadurch die axiale Einschraubstellung der Druckscheibe und damit die Vorspannung der Spanneinrichtungen zu fixieren, wobei noch weiter bevorzugt die Fixierschraube ein Gewindestift oder eine Madenschraube ist.
Des Weiteren ist vorzugsweise das erste Teilzahnrad mit einem Anschlussflansch fest verbunden oder integral. Alternativ oder zusätzlich kann vorteilhafterweise vorgesehen sein, dass die Hirth-Verzahnung Zähne mit 90° oder mehr aufweist, und/oder dass die Hirth-Verzahnung geschliffene und/oder gehärtete Kontaktflächen oder Zähne aufweist.
Es ist außerdem bevorzugt, wenn das erste Teilzahnrad mit der Achse verschweißt ist.
Von besonderem Vorteil wird es angesehen, wenn durch Zahnanordnung, -tiefe, -dicke und/oder -teilung der Hirth-Verzahnung eine Verstellwegreserve für das zweite Teilzahnrad zur axialen und Drehverstellung gegenüber dem ersten Teilzahnrad realisiert ist.
Weitere vorteilhafte und bevorzugte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen spielfrei laufenden Zahnrades ergeben sich aus den möglichen Kombinationen der Gestaltungen gemäß den abhängigen Ansprüchen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung lediglich exemplarisch näher erläutert, in der
1 eine schematische perspektivische Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels eines spielfrei laufenden Zahnrades,
2 eine schematische teilweise geschnittene perspektivische Ansicht des ersten Ausführungsbeispiels des spielfrei laufenden Zahnrades aus der 1,
3 eine schematische auseinandergezogene perspektivische Ansicht des ersten Ausführungsbeispiels des spielfrei laufenden Zahnrades aus den 1 und 2,
4 eine schematische auseinandergezogene Ansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels des spielfrei laufenden Zahnrades, und
5 eine schematische perspektivische Ansicht eines dritten Ausführungsbeispiels eines spielfrei laufenden Zahnrades.
Anhand der nachfolgend beschriebenen und in den Zeichnungen dargestellten Ausführungs- und Anwendungsbeispiele wird die Erfindung lediglich exemplarisch näher erläutert, d. h. sie ist nicht auf diese Ausführungs- und Anwendungsbeispiele oder auf die jeweiligen Merkmalskombinationen innerhalb einzelner Ausführungs- und Anwendungsbeispiele beschränkt. Verfahrens- und Vorrichtungsmerkmale ergeben sich jeweils analog auch aus Vorrichtungs- bzw. Verfahrensbeschreibungen.
Einzelne Merkmale, die im Zusammenhang mit konkreten Ausführungsbeispielen angeben und/oder dargestellt sind, sind nicht auf diese Ausführungsbeispiele oder die Kombination mit den übrigen Merkmalen dieser Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern können im Rahmen des technisch Möglichen, mit jeglichen anderen Varianten, auch wenn sie in den vorliegenden Unterlagen nicht gesondert behandelt sind, kombiniert werden.
Gleiche Bezugszeichen in den einzelnen Figuren und Abbildungen der Zeichnungen bezeichnen gleiche oder ähnliche oder gleich oder ähnlich wirkende Komponenten. Anhand der Darstellungen in der Zeichnung werden auch solche Merkmale deutlich, die nicht mit Bezugszeichen versehen sind, unabhängig davon, ob solche Merkmale nachfolgend beschrieben sind oder nicht. Andererseits sind auch Merkmale, die in der vorliegenden Beschreibung enthalten, aber nicht in der Zeichnung sichtbar oder dargestellt sind, ohne weiteres für einen Fachmann verständlich.
Ferner ist die Bezugszeichenliste am Ende dieser Beschreibung explizit Bestandteil dieser Beschreibung.
In der 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel eines allgemein mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichnetes spielfrei laufendes Zahnrad schematisch in einer perspektivischen Ansicht gezeigt. Eine schematische teilweise geschnittene perspektivische Ansicht davon zeigt die 2, und die 3 zeigt eine schematische auseinandergezogene perspektivische Ansicht dieses ersten Ausführungsbeispiels des spielfrei laufenden Zahnrades 1.
Unter Bezugnahme auf die 1, 2 und 3 enthält das spielfrei laufende Zahnrad 1 eine Welle oder Achse 2, die an einem Ende mit einem Anschlussflansch 3 und zu letzterem unmittelbar benachbart vor dem Ende mit einem ersten Teilzahnrad 4 drehfest verbunden ist. Beispielsweise sind Achse 2, Anschlussflansch 3 und erstes Teilzahnrad 4 miteinander verschweißt, wie etwa durch Elektronenstrahlschweißen, oder diese Komponenten können auch paarweise oder alle zusammen integral gefertigt sein oder paarweise vorverbunden sein, bevor die dritte Komponente damit fest verbunden wird.
Auf der Achse 2 sitzt drehbar und axial verschiebbar, wobei letzteres für die Funktion der Spielaufhebung eines Eingriffs des spielfrei laufenden Zahnrades 1 in eine Gegenverzahnung (nicht dargestellt) nicht erforderlich ist, ein zweites Teilzahnrad 5, dessen Zahnausbildung und -teilung zumindest im Wesentlichen identisch zur Zahnausbildung und -teilung des ersten Teilzahnrades 4 ist. Die beiden Teilzahnräder 4 und 5 sind koaxial und benachbart angeordnet und bilden zusammen ein beim vorliegenden ersten Ausführungsbeispiel geradeverzahntes Gesamtzahnrad 6.
Das bezüglich der Achse 2 drehverstellbare zweite Teilzahnrad 5 wird mittels einer Hirth-Verzahnung 7 und Spanneinrichtungen 8 bezüglich des ersten Teilzahnrades 4 in eine Drehstellung vorgespannt, in der die Zähne Z4 und Z5 der beiden Teilzahnräder 4 und 5 in Umfangsrichtung gegeneinander verstellt sind, was in den 1 und 2 mit dem Bezugszeichen V gekennzeichnet ist. Anders ausgedrückt fluchten die Zähne Z4 und Z5 der beiden Teilzahnräder 4 und 5 in Axialrichtung nicht.
Ein auf der Achse 2 axial verschiebbarer und drehfester Druckring 9 ist auf der von dem ersten Teilzahnrad 4 abgewandten Seite des zweiten Teilzahnrades 5 vorgesehen und mit dem zweiten Teilzahnrad 5 über die Hirth-Verzahnung 7 gekoppelt. Die Spanneinrichtungen 8 sind ausgelegt und angeordnet, um den Druckring 9 zu dem zweiten Teilzahnrad 5 hin zu beaufschlagen und damit über die Hirth-Verzahnung 7 eine Drehverstellbarkeit des zweiten Teilzahnrades 5 auf der Achse 2 bereitzustellen. Die Hirth-Verzahnung 7 stellt quasi Auflaufflächen bereit, mittels denen eine axial gerichtete Kraft von den Spanneinrichtungen 8 in eine Vorspannung oder Bewegung des zweiten Teilzahnrades in Umfangsrichtung umgesetzt wird. Der Druckring 9 ist mit der Achse 2 über eine Formschlussausgestaltung 10 drehfest verbunden. Die Formschlussausgestaltung 10 ist durch eine Außenverzahnung 11 an der Achse 2 sowie eine passende Innenverzahnung 12 in dem Druckring 9 gebildet. Die Außenverzahnung 11 und die Innenverzahnung 12 stellen somit eine Mehrzahl von ineinander greifenden Kerben und Rippen dar, wobei für den Formschluss der Eingriff einer Rippe in eine Kerbe ausreichen würde.
Die Spanneinrichtungen 8 enthalten bei diesem Ausführungsbeispiel als Federeinrichtungen 13 eine Mehrzahl von Tellerfedern 14, um das zweite Teilzahnrad 5 über den Druckring 9 und die Hirth-Verzahnung 7 zu dem ersten Teilzahnrad 4 hin zu beaufschlagen. Das Paket von Tellerfedern 14 ist gegenüber dem Druckring 9 an einer bezüglich der Achse 2 axial festen Druckscheibe 15 abgestützt, die axial bezüglich der Achse 2 einstellbar ist, wodurch die Vorspannkraft der Tellerfedern 14 auf den Druckring 9 und damit auf das zweite Teilzahnrad 5 einstellbar ist. Dazu hat die Druckscheibe 15 einen axialen Gewindebolzen 16 zum Einschrauben in eine axiale Gewindebohrung 17 in der Achse oder Welle 2, so dass die axiale Einstellbarkeit der Druckscheibe 15 durch die variable Einschraubtiefe des Gewindebolzens 16 in die Gewindebohrung 17 realisiert ist. Ferner enthält der Druckring 9 in seinem der Druckscheibe zugewandten Rand 18 eine Mehrzahl von insbesondere winkelmäßig gleich beabstandeten Gewindebohrungen 19. In der Druckscheibe 15 ist wenigstens ein Durchgangsloch 20 vorgesehen, dessen radiale Lage zu der der Gewindebohrungen 19 im Rand 18 des Druckrings 9 passt. Ferner ist eine Fixierschraube 21 vorgesehen, die durch das Durchgangsloch 20 in jegliche damit in einer Einschraubstellung der Druckscheibe 15 ausgerichtete Gewindebohrung 19 im Rand 18 des Druckrings 9 eingeschraubt werden kann, um dadurch die axiale Einschraubstellung der Druckscheibe 15 und damit die Vorspannung der Spanneinrichtungen 8 zu fixieren. Beispielsweise handelt es sich bei der Fixierschraube 21 um einen Gewindestift oder eine Madenschraube.
Die Hirth-Verzahnung hat Zähne 22 mit einem Winkel der Zahnflanken von 90° oder mehr. Ferner sind die Kontaktflächen oder Zahnflanken oder Zähne 22 der Hirth-Verzahnung 7 geschliffen und gehärtet.
Bei dem spielfrei laufenden Zahnrad 1 ist ferner vorgesehen, dass eine Verstellwegreserve für das zweite Teilzahnrad 5 zur axialen und Drehverstellung gegenüber dem ersten Teilzahnrad 4 bei der Hirth-Verzahnung 7 realisiert ist. Die kann grundsätzlich durch die Gestaltung von Zahnanordnung, -tiefe, -dicke und/oder -teilung erfolgen.
Beispielsweise kann die Kombination von Innenverzahnung 12 des Druckringes 9 mit Außenverzahnung 11 der Achse 2 eine solche Zahnanordnung, -dicke und/oder -teilung bezüglich Zahnanordnung, -dicke und/oder -teilung der beiden Teilzahnräder 4 und 5 aufweisen, dass durch unterschiedliche Drehstellungskombinationen der Innenverzahnung 12 des Druckringes 9 mit der Außenverzahnung 11 der Achse 2 unterschiedliche Verstellbereiche des zweiten Teilzahnrades 5 bezüglich des ersten Teilzahnrades 4 bereitgestellt werden.
Alternativ oder zusätzlich kann die Kombination von Innenverzahnung 12 des Druckringes 9 mit Außenverzahnung 11 der Achse 2 eine solche Zahnanordnung, -dicke und/oder -teilung bezüglich der Zahnanordnung, -dicke und/oder -teilung der Hirth-Verzahnung 7 aufweisen, dass durch unterschiedliche Drehstellungskombinationen der Innenverzahnung 12 des Druckringes 9 mit der Außenverzahnung 11 der Achse 2 unterschiedliche Verstellbereiche des zweiten Teilzahnrades 5 bezüglich des ersten Teilzahnrades 4 bereitgestellt werden.
Ferner kann als weitere Variante alleine oder in Kombination mit jeder der vorherigen Alternativen alleine oder mit beiden vorherigen Alternativen gemeinsam die Zahnanordnung, -dicke und/oder -teilung der Hirth-Verzahnung 7 bezüglich Zahnanordnung, -dicke und/oder -teilung der beiden Teilzahnräder 4 und 5 so gewählt werden, dass durch unterschiedliche Drehstellungskombinationen der Hirth-Verzahnung 7 unterschiedliche Versteilbereiche des zweiten Teilzahnrades 5 bezüglich des ersten Teilzahnrades 4 bereitgestellt werden.
Diese Wahlmöglichkeit der Verstellbereiche des zweiten Teilzahnrades 5 bezüglich des ersten Teilzahnrades 4 ermöglicht eine individuelle Anpassung des spielfrei laufenden Zahnrades 1 an Einsatzgegebenheiten, ohne dass jeweils gesonderte Teile für das spielfrei laufende Zahnrad 1 bereitgestellt oder verwendet werden müssen. Damit wird folgendes Einstellverfahren für den optimalen Verstellbereich bei einer Anwendung des spielfrei laufenden Zahnrades 1 ermöglicht:
Nach dem Anbau des Bauteils aus der Achse 2 mit dem ersten Teilzahnrad 4 über den Anschlussflansch 3 an z. B. ein Getriebe (nicht dargestellt) mit einer Gegenverzahnung (nicht dargestellt) wird das zweite Teilzahnrad 5 auf die Achse 2 aufgesetzt. Danach wird der Druckring 9 auf die Achse 2 gesetzt, so dass die Innenverzahnung 12 des Druckrings 9 in die Außenverzahnung 11 der Achse 2 eingreift und den Druckring 9 dadurch drehfest auf der Achse 2 hält. Dadurch kommt die Hirth-Verzahnung 7 in Eingriff, ist aber noch nicht durch die Spanneinrichtungen 8 beaufschlagt, so dass das zweite Teilzahnrad 5 noch in verschiedene Eingriffspositionen der Hirth-Verzahnung 7 verstellt werden kann. Auf diese Weise wird eine geeignete oder gewünschte Verstellung der beiden Teilzahnräder 4 und 5 gegeneinander gesucht, ausgewählt und eingestellt. Es sollte dabei darauf geachtet werden, dass einerseits eine Verstellwegreserve für das zweite Teilzahnrad 5 zur axialen und Drehverstellung gegenüber dem ersten Teilzahnrad 4 gewährleistet und eingestellt ist, und dass andererseits dabei die Flanken der Zähne 22 der Hirth-Verzahnung 7 in Schubrichtung der späteren Drehbewegung des Gesamtzahnrades 6 anliegen. Dann werden die Tellerfedern 14 eingesetzt oder angebracht und wird die Druckscheibe 15 mittels ihres Gewindebolzens 16 in die axiale Gewindebohrung 17 in der Achse oder Welle 2 eingeschraubt, bis der Eingriff des Gesamtzahnrades 6 in der Gegenverzahnung (nicht dargestellt) spielfrei ist. Nun kann noch eine gewünschte Vorspannung des zweiten Teilzahnrades 5 gegenüber dem ersten Teilzahnrad 4 durch fortgesetztes Einschrauben des Gewindebolzens 16 in die axiale Gewindebohrung 17 in der Achse 2 beispielsweise nach einer Tabelle oder einem Graphen eingestellt werden. Die dabei gefundene axiale Einstellposition der Druckscheibe 15 wird durch Fixieren Ihrer Drehstellung mittels des Gewindestiftes oder allgemein der Fixierschraube 21 festgelegt, der/die zu diesem Zweck durch das Durchgangsloch 20 in der Druckscheibe 15 in die nächstliegende Gewindebohrung 19 im Rand 18 des Druckrings 9 eingeschraubt werden kann, wenn die Drehstellung der Druckscheibe entsprechend angepasst wird.
Stellt man beispielsweise fest, dass das Zahnrad 1 nach einer gewissen Betriebszeit doch wieder nur mit Spiel in die Gegenverzahnung (nicht dargestellt) eingreift, also dass die ursprüngliche Verstellwegreserve oder Verstellung der beiden Teilzahnräder 4 und 5 gegeneinander aufgebraucht ist oder nicht mehr ausreicht, so kann durch Wiederholen der vorstehend erläuterten Einstellprozedur ohne den Bedarf neuer Teile eine neue größere oder passende Verstellwegreserve und/oder Verstellung der beiden Teilzahnräder 4 und 5 gegeneinander eingestellt werden, was zudem jederzeit ohne Wartezeit auf neue Teile oder Bevorratung von solchen neuen Teilen machbar ist.
Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel gemäß der schematischen auseinandergezogenen perspektivischen Darstellung der 4 besteht der wesentliche Unterschied gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß den 1, 2 und 3 neben den Größenverhältnissen der einzelnen Komponenten und Teile in der Gestaltung und Anordnung von erstem Teilzahnrad 4' und Anschlussflansch 3 und Verbindung von erstem Teilzahnrad 4' und Anschlussflansch 3 mit der Achse 2. Der Anschlussflansch 3 ist bei diesem zweiten Ausführungsbeispiel eines spielfrei laufenden Zahnrades 1 gemäß der 4 im Gegensatz zu der Ausgestaltung des ersten Ausführungsbeispiels eines spielfrei laufenden Zahnrades 1 gemäß den 1, 2 und 3 integraler Bestandteil des ersten Teilzahnrades 4' und von geringerem Durchmesser als letzteres. Als weiterer Unterschied ist auch in der 4 und durch deren Vergleich mit den 1, 2 und 3 leicht festzustellen, dass die Kombination aus erstem Teilzahnrad 4' und Anschlussflansch 3 über eine darin enthaltene Innenverzahnung 23 im Eingriff mit der Außenverzahnung 11 der Achse 2 erfolgt, wobei die axiale Festlegung der Kombination aus erstem Teilzahnrad 4' und Anschlussflansch 3 an der Achse 2 einerseits durch einen Haltering 24 erfolgt, der am Ende der Achse 2 in eine Haltenut 25 eingreift, und andererseits durch letztlich die axiale Fixierung der Druckscheibe 15 gewährleistet ist.
Das zweite Ausführungsbeispiel des spielfrei laufenden Zahnrades 1 gemäß der 4 zeigt aber vor allem, dass das erste und das zweite Teilzahnrad 4' und 5' eine Schrägverzahnung 26 aufweisen, während das erste und das zweite Teilzahnrad 4 und 5 beim ersten Ausführungsbeispiel gemäß den 1, 2 und 3 jeweils geradeverzahnt sind.
Im Übrigen sind die Teile, Funktionen, Wirkungen und Vorteile beim zweiten Ausführungsbeispiel des spielfrei laufenden Zahnrades 1 gemäß der 4 dieselben wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel des spielfrei laufenden Zahnrades 1 gemäß den 1, 2 und 3, so dass gesonderte Ausführungen dazu weggelassen wurden und für die entsprechenden Angaben zum zweiten Ausführungsbeispiel des spielfrei laufenden Zahnrades 1 gemäß der 4 auf die Ausführungen zum ersten Ausführungsbeispiel des spielfrei laufenden Zahnrades 1 gemäß den 1, 2 und 3 verwiesen wird, um bloße Wiederholungen zu vermeiden.
In der 5 ist in einer schematischen perspektivischen Darstellung ein drittes Ausführungsbeispiel eines spielfrei laufenden Zahnrades 1 gezeigt. Es werden für identische Komponenten, Teile, Wirkungen und Vorteile keine gesonderten Angaben gemacht, sondern diesbezüglich zur Vermeidung bloßer Wiederholungen auf die Ausführungen zum ersten Ausführungsbeispiel des spielfrei laufenden Zahnrades 1 gemäß den 1, 2 und 3 verwiesen. In der 5 ist aber gut die Verstellwegreserve in der Hirth-Verzahnung 7 zu erkennen. Weiterhin erfolgt die axiale Fixierung der Druckscheibe 15 über eine gesonderte Schraubmutter 27, deren Schraubposition durch einen Splint 28 gesichert wird.
Für alle Ausführungsvarianten des erfindungsgemäßen spielfrei laufenden Zahnrades 1 gilt, dass sich das enthaltene Verspannsystem durch die Möglichkeit der Verwendung bei schräg- und geradeverzahnten Zahnstangen und Zahnrädern vom Stand der Technik ab. Des Weiteren besteht bei dem erfindungsgemäßen spielfrei laufenden Zahnrad 1 die Möglichkeit bei allen Ausführungen, die Baugruppe durch den Anschlussflansch 3 absolut spielfrei an Getrieben befestigen zu können. Außerdem kann durch ein Bohrbild der Gewindebohrung 19 im Rand 18 des Druckrings 9 mit Hirth-Verzahnung 7 und Formschlussausgestaltung 10 die Vorspannkraft zwar gestuft, aber dennoch über einen großen Bereich individuell eingestellt werden. Die Funktion des Verspannsystems beruht auf einer radialen (umfangsmäßigen) Verdrehung des zweiten Teilzahnrades 5 mit Hirth-Verzahnung, welche radialen (umfangsmäßige) Verdrehung durch eine Axialbewegung des Druckringes 9 mit Hirth-Verzahnung 7 und Formschlussausgestaltung 10 verursacht wird, welche Axialbewegung wiederum ihre Kraft aus den Spanneinrichtungen 8, wie beispielsweise Tellerfedern 14, erhält. Soweit vorstehend von einer Verstellwegreserve die Rede ist, muss man sich diese Verstellwegreserve bei der überwiegenden Anzahl von Anwendungsformen in der Größenordnung von einigen wenigen Zehntelmillimetern vorstellen. Diesbezüglich ist die Darstellung in den Figuren der Zeichnung zum Zweck der besseren Erkennbarkeit übertrieben und in Relation zu anderen Größen nicht gemäß einem einheitlichen Maßstab.
Die Erfindung ist anhand der Ausführungsbeispiele in der Beschreibung und in der Zeichnung lediglich exemplarisch dargestellt und nicht darauf beschränkt, sondern umfasst alle Variationen, Modifikationen, Substitutionen und Kombinationen, die der Fachmann den vorliegenden Unterlagen insbesondere im Rahmen der Ansprüche und der allgemeinen Darstellungen in der Einleitung dieser Beschreibung sowie der Beschreibung der Ausführungsbeispiele und deren Darstellungen in der Zeichnung entnehmen und mit seinem fachmännischen Wissen sowie dem Stand der Technik, insbesondere den Offenbarungsgehalten der eingangs angegebenen Vorveröffentlichungen kombinieren kann. Insbesondere sind alle einzelnen Merkmale und Ausgestaltungsmöglichkeiten der Erfindung und ihrer Ausführungsvarianten kombinierbar.
Bezugszeichenliste

1: spielfrei laufendes Zahnrad
2: Welle oder Achse
3: Anschlussflansch
4, 4': erstes Teilzahnrad
5, 5': zweites Teilzahnrad
6: Gesamtzahnrad
7: Hirth-Verzahnung
8: Spanneinrichtungen
9: Druckring
10: Formschlussausgestaltung
11: Außenverzahnung
12: Innenverzahnung
13: Federeinrichtungen
14: Tellerfedern
15: Druckscheibe
16: axialer Gewindebolzen
17: axiale Gewindebohrung
18: Rand
19: Gewindebohrungen
20: Durchgangsloch
21: Fixierschraube
22: Zähne der Hirth-Verzahnung
23: Innenverzahnung
24: Haltering
25: Haltenut
26: Schrägverzahnung
27: Schraubmutter
28: Splint
V: Verstellung der Teilzahnräder zueinander
Z4: Zähne des ersten Teilzahnrades
Z5: Zähne des zweiten Teilzahnrades

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 992701 A1 [0003, 0007]
DE 102005035944 A1 [0003, 0007]
EP 0849078 A1 [0003, 0007]
DE 10008911 A1 [0003, 0007]
DE 8109324 U1 [0003, 0007]
US 4422344 [0004, 0007]

Claims

Spielfrei laufendes Zahnrad (1) mit einer Achse (2) sowie einem bezüglich dieser Achse (2) drehfesten ersten Teilzahnrad (4, 4') und einem bezüglich dieser Achse (2) drehverstellbaren zweiten Teilzahnrad (5; 5') mit im Wesentlichen identischer Zahnausbildung und -teilung wie beim ersten Teilzahnrad (4; 4'), wobei die beiden Teilzahnräder (4, 5; 4', 5') koaxial und benachbart angeordnet sind und zusammen ein Gesamtzahnrad (6) bilden, dadurch gekennzeichnet, dass das bezüglich der Achse (2) drehverstellbare zweite Teilzahnrad (5; 5') mittels einer Hirth-Verzahnung (7) und Spanneinrichtungen (8) bezüglich des ersten Teilzahnrades (4, 4') in eine Drehstellung vorgespannt ist, in der die Zähne (Z4, Z5) der beiden Teilzahnräder (4, 5; 4', 5') in Umfangsrichtung gegeneinander verstellt sind.
Spielfrei laufendes Zahnrad (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein auf der Achse (2) axial verschiebbarer und drehfester Druckring (9) auf der von dem ersten Teilzahnrad (4, 4') abgewandten Seite des zweiten Teilzahnrades (5, 5') vorgesehen ist und mit dem zweiten Teilzahnrad (5, 5') über die Hirth-Verzahnung (7) gekoppelt ist, und dass die Spanneinrichtungen (8) ausgelegt und/oder angeordnet sind, um den Druckring (9) zu dem zweiten Teilzahnrad (5, 5') hin zu beaufschlagen und damit über die Hirth-Verzahnung (7) eine Drehverstellbarkeit des zweiten Teilzahnrades (5, 5') auf der Achse (2) bereitzustellen.
Spielfrei laufendes Zahnrad (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckring (9) mit der Achse (2) über eine Formschlussausgestaltung (10) drehfest verbunden ist.
Spielfrei laufendes Zahnrad (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Formschlussausgestaltung (10) wenigstens eine Kerbe und eine Rippe enthält, so dass die drehfeste Verbindung von Achse (2) und Druckring (9) durch den Eingriff der Rippe in die Kerbe gesichert ist.
Spielfrei laufendes Zahnrad (1) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Formschlussausgestaltung (10) eine Mehrzahl von ineinander greifenden Kerben und Rippen enthält, und insbesondere durch eine Außenverzahnung (11) an der Achse (2) sowie eine passende Innenverzahnung (12) in dem Druckring (9) gebildet ist.
Spielfrei laufendes Zahnrad (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kombination von Innenverzahnung (12) des Druckringes (9) mit Außenverzahnung (11) der Achse (2) eine solche Zahnanordnung, -dicke und/oder -teilung bezüglich Zahnanordnung, -dicke und/oder -teilung der beiden Teilzahnräder (4, 5; 4', 5') aufweist, dass durch unterschiedliche Drehstellungskombinationen der Innenverzahnung (12) des Druckringes (9) mit der Außenverzahnung (11) der Achse (2) unterschiedliche Verstellbereiche des zweiten Teilzahnrades (5, 5') bezüglich des ersten Teilzahnrades (4, 4') bereitgestellt werden.
Spielfrei laufendes Zahnrad (1) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kombination von Innenverzahnung (12) des Druckringes (9) mit Außenverzahnung (11) der Achse (2) eine solche Zahnanordnung, -dicke und/oder -teilung bezüglich der Zahnanordnung, -dicke und/oder -teilung der Hirth-Verzahnung (7) aufweist, dass durch unterschiedliche Drehstellungskombinationen der Innenverzahnung (12) des Druckringes (9) mit der Außenverzahnung (11) der Achse (2) unterschiedliche Verstellbereiche des zweiten Teilzahnrades (5, 5') bezüglich des ersten Teilzahnrades (4, 4') bereitgestellt werden.
Spielfrei laufendes Zahnrad (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnanordnung, -dicke und/oder -teilung der Hirth-Verzahnung (7) bezüglich Zahnanordnung, -dicke und/oder -teilung der beiden Teilzahnräder (4, 5; 4', 5') so gewählt ist, dass durch unterschiedliche Drehstellungskombinationen der Hirth-Verzahnung (7) unterschiedliche Verstellbereiche des zweiten Teilzahnrades (5, 5') bezüglich des ersten Teilzahnrades (4, 4') bereitgestellt werden.
Spielfrei laufendes Zahnrad (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spanneinrichtungen (8) wenigstens eine Federeinrichtung (13) enthalten, die angeordnet und ausgelegt ist, um das zweite Teilzahnrad (5, 5') zu dem ersten Teilzahnrad (4, 4') hin zu beaufschlagen.
Spielfrei laufendes Zahnrad (1) nach Anspruch 9 in Verbindung mit einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckring (9) mittels der wenigstens einen Federeinrichtung (13) zu dem zweiten Teilzahnrad (5, 5') hin druckbeaufschlagt ist.
Spielfrei laufendes Zahnrad (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Federeinrichtung (13) eine Tellerfeder (14) ist.
Spielfrei laufendes Zahnrad (1) nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Federeinrichtung (13) gegenüber dem Druckring (9) an einer bezüglich der Achse (2) axial festen Druckscheibe (15) abgestützt ist.
Spielfrei laufendes Zahnrad (1) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckscheibe (15) axial bezüglich der Achse (2) einstellbar ist, wodurch die Vorspannkraft der wenigstens einen Federeinrichtung (13) auf den Druckring (15) und damit auf das zweite Teilzahnrad (5, 5') einstellbar ist.
Spielfrei laufendes Zahnrad (1) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckscheibe (15) einen axialen Gewindebolzen (16) zum Einschrauben in eine axiale Gewindebohrung (17) in der Achse (2) aufweist und die axiale Einstellbarkeit durch die variable Einschraubtiefe des Gewindebolzens (16) in die Gewindebohrung (17) realisiert ist.
Spielfrei laufendes Zahnrad (1) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckring (9) in seinem der Druckscheibe (15) zugewandten Rand (18) eine Mehrzahl von insbesondere winkelmäßig gleich beabstandeten Gewindebohrungen (19) enthält und in der Druckscheibe (15) ein Durchgangsloch (20) vorgesehen ist, dessen radiale Lage zu der der Gewindebohrungen (19) im Rand (18) des Druckrings (9) passt, und dass eine Fixierschraube (21) vorgesehen ist, die durch das Durchgangsloch (20) in jegliche damit in einer Einschraubstellung der Druckscheibe (15) ausgerichtete Gewindebohrung (19) im Rand (18) des Druckrings (9) einschraubbar ist, um dadurch die axiale Einschraubstellung der Druckscheibe (15) und damit die Vorspannung der Spanneinrichtungen (8) zu fixieren.
Spielfrei laufendes Zahnrad (1) nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Fixierschraube (21) ein Gewindestift oder eine Madenschraube ist.
Spielfrei laufendes Zahnrad (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Teilzahnrad (4; 4') mit einem Anschlussflansch (2) fest verbunden oder integral ist.
Spielfrei laufendes Zahnrad (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hirth-Verzahnung (7) Zähne mit 90° oder mehr aufweist.
Spielfrei laufendes Zahnrad (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hirth-Verzahnung (7) geschliffene und/oder gehärtete Kontaktflächen oder Zähne (22) aufweist.
Spielfrei laufendes Zahnrad (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Teilzahnrad (4; 4') mit der Achse (2) verschweißt ist.
Spielfrei laufendes Zahnrad (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verstellwegreserve für das zweite Teilzahnrad (5; 5') zur axialen und Drehverstellung gegenüber dem ersten Teilzahnrad (4; 4') bei der Hirth-Verzahnung (7) durch Zahnanordnung, -tiefe, -dicke und/oder -teilung realisiert ist.