DE20313595U1

DE20313595U1 - Zahnrad mit geräuscharmen Laufeigenschaften

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Publication number: DE20313595U1
Application number: DE20313595U
Authority: DE
Original assignee: INST MASCHINEN ANTRIEBE und EL; Institut fur Maschinen Antriebe und Elektronische Geratetechnik Ggmbh - Img; NEUE ZWL ZAHNRADWERK LEIPZIG G; NEUE ZWL ZAHNRADWERK LEIPZIG GmbH
Current assignee: BRUNEL IMG GMBH, DE; NEUE ZWL ZAHNRADWERK LEIPZIG GMBH, DE
Priority date: 2003-09-05
Filing date: 2003-09-05
Publication date: 2003-12-24
Anticipated expiration: 2013-09-06

Abstract

Zahnrad mit geräuscharmen Laufeigenschaften gekennzeichnet durch ein Zahnradpaar (1), daß aus zwei Zahnrädern (2, 3) besteht, die gegeneinander verdrehbar auf einer gemeinsamen Drehachse gelagert sind und mit dem Gegenzahnrad gemeinsam im Eingriff stehen, wobei jedes der beiden Zahnräder (2, 3) in den angrenzenden Seitenflächen eine oder mehrere Aussparung(en) (6–6x bzw. 7–7x) aufweist, und in der/die jeweils ein gemeinsames federndes Element (8–8x) angeordnet ist, über das die Zahnräder (2, 3) untereinander unter Einhaltung der konzipierten äußeren geometrischen Abmessungen vorspannbar ist/sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Zahnrad mit geräuscharmen Laufeigenschaften.
Bekanntlich entsteht bei zwei im Eingriff stehenden Zahnrädern zwischen den gegenüberliegenden Zahnflanken einer Zahnlücke des einen Zahnrads und den Zahnflanken des im Eingriff stehenden Zahns des anderen Zahnrads ein Spiel, das dazu führt, daß in der Regel in Abhängigkeit der wirkenden dynamischen Vorgänge beim Kämmen der beiden im Eingriff stehenden Zahnräder Flankenwechsel auftreten. Diese Flankenwechsel führen zu unvermeidbaren Zahngeräuschen, die insbesondere bei Getrieben im Kraftfahrzeugbau aber auch bei anderen Getrieben eine an sich unerwünschte zusätzliche Geräuschbelästigung zur Folge haben.
Um das Spiel zwischen den im Eingriff stehenden Zahnrädern auszugleichen, wurde beispielweise aus der DE 24 06 076 ein Zahnradgetriebe mit Spielausgleich zwischen drei Zahnrädern bekannt, bei dem das dritte Zahnrad frei drehbar auf einer beweglichen Welle montiert ist, die parallel zu sich selbst in einer Bewegungsebene verschiebbar ist, die zu der durch die Achse des ersten und des zweiten Zahnrads gelegte Ebene senkrecht ist, wobei eine Schraubenfeder vorgesehen ist, die der Kraft senkrecht zur Welle des dritten Zahnrads wirkt und in der erwähnten Bewegungsebene verläuft.
Eine weitere Lösung, mit der die Geräuschentwicklung durch eine spielfreie Konstruktion zwischen zwei im Eingriff stehenden Zahnrädern reduziert werden soll, ist auch der DE 92 05 374 bekannt geworden. Nach dieser bekannt gewordenen Druckschrift soll das Zahnflankenspiel durch eine Verringerung des Achsabstandes ausgeglichen werden, in dem der Achsabstand von der einen Achse zur anderen Achse um einen bestimmten Wert verkleinert ist und mit halbkreisförmigen Federelementen die Zahnräder ständig auf Vorspannung gehalten werden.
Die vorstehend genannten Lösungen aber auch andere aus dem Stand der Technik bekannt gewordene Lösungen, die zum Ziel haben einen Spielausgleich zwischen den im Eingriff stehenden Zahnrädern zu gewährleisten, um somit die Geräuschentwicklung eines Getriebes zu reduzieren, sind an bestimmte Getriebeentwicklungen gebunden und damit nicht universell für jedes Getriebe geeignet und schon gar nicht zur Nachrüstung bei vorhandenen Getrieben. Desweiteren sind diese Lösungen verhältnismäßig kompliziert in der konstruktiven Auslegung und kostenaufwendig.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher ein Zahnrad mit geräuscharmen Laufeigenschaften zur Verfügung zu stellen, das durch seine konstruktive Grundkonzeption für die unterschiedlichsten Einsatzgebiete geeignet und nicht an eine spezielle Getriebekonstruktion gebunden ist und das wirtschaftlich herstellbar und in vorhandene Getriebe nachrüstbar ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Zahnradpaar gelöst, das aus zwei Zahnrädern besteht, die gegeneinander verdrehbar auf einer gemeinsamen Drehachse gelagert sind und mit dem Gegenzahnrad gemeinsam im Eingriff stehen, wobei jedes der beiden Zahnräder in den angrenzenden Flächen eine oder mehrere Aussparung(en) aufweist und in der/die jeweils ein gemeinsames federndes Element angeordnet ist, über das die Zahnräder untereinander unter Einhaltung der konzipierten äußeren geometrischen Abmessungen vorspannbar ist/sind.
Durch die Ausbildung des Zahnrades als Zahnradpaar, wobei beide Zahnräder auf einer Drehachse untereinander verdrehbar und vorgespannt gelagert sind und gemeinsam mit dem Gegenzahnrad im Eingriff stehen, ist die Voraussetzung geschaffen, daß nach dem Einbau des Zahnrades sich jedes der beiden Zahnräder auf einer anderen Zahnflanke der Zahnlücke des Gegenzahnrades anlegt, so das gewährleistet ist, daß das konstruktiv bedingte Zahnspiel zwischen einem eingreifenden Zahn und der Zahnlücke der im Eingriff stehenden Zahnräder gleich Null ist. Folglich kann bei einer entsprechend ausgelegten Vorspannung zwischen den Zahnrädern des Zahnradpaares auch bei den unterschiedlichsten dynamischen Vorgängen ein Flankenwechsel der im Eingriff stehenden Zahnräder ausgeschlossen und damit eine zusätzliche Geräuschentwicklung infolge des Zahnflankenwechsels unterbunden werden. Vielmehr, durch die vorgeschlagene konstruktive Grundkonzeption ist auch die Voraussetzung geschaffen, daß ein erfindungsgemäß ausgebildetes Zahnrad bei einer entsprechenden konstruktiven Anpassung an die Abmessungen der Getriebe universell bei annähernd jeder Getriebekonstruktion aber auch zur Nachrüstung in bereits vorhandenen Getrieben zur Verhinderung der Zahnradgeräusche infolge der Flankenwechsel nutzbar ist.
Vorteilhafterweise ist eines der beiden Zahnräder des Zahnradpaares leistungsübertragend und das andere Zahnrad er zeugt ein vorbestimmtes Rückstellmoment gegenüber der Flanke, die entgegen der Drehrichtung des Gegenzahnrades liegt. Bevorzugt wird dabei das erzeugte Rückstellmoment über das gemeinsame federnde Element zum Vorspannen der beiden Zahnräder vorbestimmt. Vorteilhaft ist auch, wenn das leistungsübertragende Zahnrad breiter ausgelegt ist wie das Rückstellmoment erzeugende Zahnrad. Durch die Auslegung der beiden Zahnräder des Zahnradpaares unter Berücksichtigung der ihr zukommenden Belastungsart im Verbund des Zahnradpaares und in Verbindung mit der gegen die Drehrichtung des Gegenzahnrades vorbestimmbaren Rückstellkraft über das gemeinsame federnde Element ist das als Zahnradpaar ausgelegte Zahnrad an jeden Belastungsfall exakt anpaßbar und sichert damit eine zuverlässige Funktionsweise. Aber auch die Zahnradbreite des Zahnradpaares kann in einer Abmessung gehalten werden, die annähernd dem erforderlichen Einbauraum für ein einstückiges Zahnrad entspricht, so daß das erfindungsgemä-ße Zahnrad bei Bedarf eine Nachrüstung in vorhandenen Getrieben möglich macht.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das leistungsübertragende Zahnrad mit einem Ansatz ausgebildet, auf dem das Rückstellmoment erzeugende Zahnrad spielfrei verdrehbar gelagert ist. Damit ein gesichertes Verdrehen der beiden Zahnräder eines Zahnradpaars untereinander gewährleistet ist, sind die Zahnräder des Zahnradpaars mit einem axialen Spiel versehen, das vorteilhafterweise mittels Distanzelementen einstellbar ist. Auf diese Weise wird die Montage des Zahnrades als Zahnradpaar und die Einstellung des axialen Spiels wesentlich vereinfacht.
Die eingesetzten Distanzelemente sind vorteilhafterweise eine oder mehrere Buchsen, in die Durchgangsbohrungen eingesetzt werden, die in dem Rückstellmoment erzeugenden Zahnrad vorgesehen sind und einen Durchmesser aufweisen, der mindestens um das Zahnflankenspiel des Gegenzahnrades größer ist als der Durchmesser der Buchse.
Bevorzugt liegen die Durchgangsbohrungen im Rückstellmoment erzeugenden Zahnrad auf einem gemeinsamen Lochkreis und die Buchsen werden mittels lagegleichen Bohrungen im leistungsübertragenden Zahnrad und mittels Schrauben beim Festlegen eines angetriebenen Flansches an das Zahnradpaar lagefixiert und verspannt. Zu diesem Zweck sind bevorzugt die lagegleichen Bohrungen im leistungsübertragenden Zahnrad in Abhängigkeit der Montagefreiheit als Gewindebohrungen oder Durchgangsbohrungen ausgebildet.
Die Bohrungen in dem Rückstellmoment erzeugenden Zahnrad für die Buchsen als Distanzelement können zylindrisch oder elypsenartig ausgebildet sein, wobei bei einer elypsenartigen Ausbildung der größte Durchmesser in Drehrichtung gelegt ist. Eine derartige Ausführungsart des Zahnrades macht eine wirtschaftliche Herstellung durch die unkomplizierte Einzelteilfertigung und eine einfache Montage des Zahnrades als Zahnradpaar möglich.
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen, in denen eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht ist.
In den Zeichnungen zeigen:
1: eine dreidimensionale Darstellung des erfinderischen Zahnrades,
2: eine Seitenansicht des erfinderischen Zahnrades in Nullstellung der beiden Zahnräder für die Montage,
3: ein Schnitt A-A von 2,
4: ein Schnitt B-B von 3,
5: eine angrenzende Seitenansicht des leistungsübertragenden Zahnrades an das Rückstellmoment erzeugende Zahnrad,
6: einen Schnitt A-A von 5,
7: eine angrenzende Seitenansicht des Rückstellmoment erzeugenden Zahnrades an das leistungübertragende Zahnrad,
8: einen Schnitt A-A von 7.
Das Zahnrad besteht im wesentlichen aus einem Zahnradpaar 1, das aus einem breiteren leistungsübertragenden Zahnrad 2 und einem das Rückstellmoment erzeugende schmalere Zahnrad 3 gebildet wird, die über eine gemeinsame Aufnahmebohrung 9 auf einer Drehachse untereinander verdrehbar gelagert und über ein oder mehrere federnde Elemente 8 – 8x gemeinsam verspannbar sind und aus Distanzelementen, die als Buchsen 5 – 5x ausgebildet sind, mit denen ein axiales Spiel zwischen dem Zahnrad 1 und 2 einstellbar ist.
Das Zahnrad 2 weist eine Aufnahmebohrung 9 zum Aufstecken des Zahnrades 2 auf, eine nicht gezeigte Getriebewelle und einen um die Aufnahmebohrung 9 umlaufenden Ansatz 10, auf dem das Zahnrad 3 spielfrei drehbar gelagert wird.
An der zum Ansatz 10 gerichteten Seitenfläche sind gleichmäßig in der Seitenfläche versetzte nicht durchgehende Aussparungen 6 – 6x mit einer Tiefe ausgebildet, die mindestens der halben Breite des federnden Elementes 8 – 8x entspricht, das in diesem speziellen Fall eine sinusartig gebogene Feder ist, die jeweils in den Aussparungen 6 – 6x einlegbar und einseitig festlegbar ist. Zwischen den Aussparungen 8 – 8x sind versetzt Bohrungen 14 – 14x vorgesehen, die in Abhängigkeit der Montagefreiheit als Durchgangsbohrungen oder Gewindebohrungen ausgelegt sind.
Als Montagehilfe sind ebenfalls versetzt zwei Bohrungen 13, 13a eingebracht, in die eine Montagesicherung vorübergehend eingesetzt wird.
Das Zahnrad 3 ist mit einer Breite ausgelegt, die gleich der Tiefe des Ansatzes 10 des Zahnrades 2 ist und weist eine Aufnahmebohrung 11 mit einer Abmessung auf, die auf dem Ansatz 10 des Zahnrades 2 ein spielfreies Verdrehen des Zahnrades 3 gewährleistet. In der Seitenfläche des Zahnrades 3, die dem Ansatz 10 des Zahnrades 2 zugewandt ist, sind deckungs- und lagegleich zu den Aussparungen 6 – 6x des Zahnrades 2 ebenfalls nicht durchgehende Aussparungen 7- 7x ausgebildet, in die jeweils die überstehende Hälfte der federnden Elemente 8 – 8x des Zahnrades 2 eingreifen und einseitig festlegbar sind. Die Aussparungen 7 – 7x sind in einer Tiefe eingebracht, die gewährleistet, daß die überstehenden Hälften der federnden Elemente 8 – 8x vom Zahnrad 2 nach dem Zusammenbau der Zahnräder 2 und 3 in den Aussparungen 6 – 6x des Zahnrades 2 und den Aussparungen 7 -7x des Zahnrades 3 lagestabilisiert aber die Zahnräder 2 und 3 an den angrenzenden Stirnflächen annähernd auf Null verspannbar sind.
Zwischen den Aussparungen 7 – 7x des Zahnrades 3 sind Durchgangsbohrungen 5 – 5x ausgebildet, die mit den Bohrungen 14 – 14x des Zahnrades 2 lagegleich auf einem gemeinsamen Lochkreis 12 liegen. In den Durchgangsbohrungen 5 – 5x sind Distanzelemente, die in diesem Fall Buchsen 4 – 4x sind, eingesetzt, mit denen bei der Montage das Spiel zwischen dem Zahnrad 2 und 3 eingestellt wird.
Das Verhältnis der Durchmesser der Buchsen 4 – 4x zu den Bohrungen 5 – 5x ist dabei so ausgelegt, daß nach dem Zusammenbau der Zahnräder 2 und 3 die Zahnräder 2 und 3 untereinander mindestens um das konstruktiv bedingte Spiel zwischen einem Zahn und der Zahnlücke des Gegenzahnrades verdrehbar sind.
In der Stirnfläche des Zahnrades 3 sind weitere Bohrungen 13b und 13c vorgesehen, die zu den Bohrungen 13, 13a des Zahnrades 2 deckungsgleich liegen und gemeinsam mit den Bohrungen 13, 13a des Zahnrades 2 ausschließlich zum Einsetzen einer nicht gezeigten Montagesicherung dienen.
Bei der Montage des Zahnrades mit geräuscharmen Laufeigenschaften werden in die Aussparungen 6 – 6x des Zahnrades 2 die federnden Elemente 8 – 8x eingelegt und einseitig festgelegt und anschließend das Zahnrad 3 mit der Aufnahmebohrung 11 auf den Ansatz 10 des Zahnrades 2 aufgesetzt und das Zahnrad 3 zu den hälftig vorstehenden federnden Elementen 8 – 8x des Zahnrades 2 so positioniert, das die federnden Elemente 8 – 8x in die Aussparungen 7 – 7x des Zahnrades 3 eingreifen, wobei gleichzeitig die federnden Elemente 8 – 8x einseitig im Zahnrad 3 festgelegt werden. Anschließend werden die Zahnräder 2 und 3 des Zahnradpaares 1 in die Nullstellung 15 verdreht, so daß die Zähne der Zahnräder 2 und 3 deckungsgleich sind und die Zahnräder 2 und 3 mit den nicht gezeigten Montagesicherungen, die bevorzugt Schrauben sind, über die Bohrungen 13, 13b und 13a, 13c in der Nullstellung 15 untereinander verspannt.
Bei der Montage im Getriebe wird das montierte Zahnradpaar 1 auf die nicht gezeigte Getriebewelle aufgeschoben und zu dem Gegenzahnrad so positioniert, das die vorgespannten und in Nullstelung 15 stehenden Zahnräder 2 und 3 mit den angrenzenden Zähnen in die Zahnlücken des nicht gezeigten Gegenzahnrades eingreifen.
Gleichzeitig werden die Buchsen 4 – 4x als Distanzelemente zum Einstellen des Spiels zwischen dem Zahnrad 2 und Zahnrad 3 in die Bohrungen 5 – 5x eingesetzt und das Zahnradpaar 1 mit der Stirnseite, an der die Buchsen 4 – 4x eingeschoben wurden, gegen den nicht gezeigten antreibenden Flansch des Getriebes mittels Schrauben, die sich durch die Buchsen 4 – 4x und die daran angrenzenden Bohrungen 14 – 14x des Zahnrades 2 erstrecken, verspannt und lagefixiert.
Danach werden die Montagesicherungen aus den Bohrungen 13, 13b und 13a, 13c entfernt und die Zahnräder 2 und 3 verdrehen sich infolge der voreingestellten Vorspannung in der Weise untereinander, daß auf einer Flanke des Gegenzahnrades eine Flanke des Zahnrades 2 und auf der anderen Flanke des Gegenzahnrades eine Flanke des Zahnrades 3, die das Rückstellmoment erzeugt, zur Anlage kommt. Damit wird das Spiel zwischen den eingreifenden Zähnen und den Zahnlücken auf Null gehalten und ein Flankenwechsel und daraus resultierende Geräusche werden verhindert.
Bei einer entsprechend ausgelegten Vorspannung zwischen den Zahnräder 2 und 3 untereinander kann dieser Zustand auch bei wechselnden dynamischen Vorgängen aber auch bei den unterschiedlichsten Belastungen eines Getriebes gesichert werden.

Bezugszeichen

1: Zahnradpaar
2: Zahnrad
3: Zahnrad
4 – 4x: Buchsen
5 – 5x: Durchgangsbohrungen
6 – 6x: Aussparungen
7 – 7x: Aussparungen
8 – 8x: federndes Element
9: Aufnahmebohrung
10: Ansatz
11: Aufnahmebohrung (von 2)
12: Lochkreis
13: Bohrung für Montagesicherung
13a: Bohrung für Montagesicherung
13b: Bohrung für Montagesicherung
13c: Bohrung für Montagesicherung
14 – 14x: Bohrung
15: Nullstellung

Claims

Zahnrad mit geräuscharmen Laufeigenschaften gekennzeichnet durch ein Zahnradpaar (1), daß aus zwei Zahnrädern (2, 3) besteht, die gegeneinander verdrehbar auf einer gemeinsamen Drehachse gelagert sind und mit dem Gegenzahnrad gemeinsam im Eingriff stehen, wobei jedes der beiden Zahnräder (2, 3) in den angrenzenden Seitenflächen eine oder mehrere Aussparung(en) (6 – 6x bzw. 7 – 7x) aufweist, und in der/die jeweils ein gemeinsames federndes Element (8 – 8x) angeordnet ist, über das die Zahnräder (2, 3) untereinander unter Einhaltung der konzipierten äußeren geometrischen Abmessungen vorspannbar ist/sind.
Zahnrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das eine der beiden Zahnräder (2; 3) leistungsübertragend ist und das andere der beiden Zahnräder (2; 3) ein vorbestimmtes Rückstellmoment gegenüber der Flanke erzeugt, die entgegen der Drehrichtung des Gegenzahnrades liegt.
Zahnrad nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das erzeugte Rückstellmoment über das gemeinsame federnde Element (8 – 8x) zum Vorspannen der beiden Zahnräder (2 und 3) vorbestimmt ist.
Zahnrad nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, das das leistungsübertragende Zahnrad (2; 3) breiter ist als das Rückstellmoment erzeugende Zahnrad (2; 3) .
Zahnrad nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das leistungsübertragende Zahnrad (2; 3) mit einem Ansatz (10) ausgebildet ist, auf dem das Rückstellmoment erzeugende Zahnrad (2; 3) spielfrei verdrehbar gelagert ist.
Zahnrad nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnräder (2, 3) eines Zahnradpaars (1) ein axiales Spiel aufweisen und das axiale Spiel mittels Distanzelementen eingestellt ist.
Zahnrad nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Distanzelemente eine oder mehrere Buchsen (4 – 4x) sind, die in Durchgangsbohrungen (5 – 5x) eingesetzt werden, die im Rückstellmoment erzeugenden Zahnrad (2; 3) vorgesehen sind, wobei die Durchgangsbohrungen (5 – 5x) einen Durchmesser aufweisen, der mindestens um das Zahnflankenspiel des Gegenzahnrades größer ist als der Durchmesser der Buchsen (4 – 4x).
Zahnrad nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchgangsbohrungen (5 – 5x) im Rückstellmoment erzeugenden Zahnrad (2; 3) auf einem gemeinsamen Lochkreisdurchmesser (12) liegen und die Buchsen (4 – 4x) mittels lagegleichen Bohrungen (14 – 14x) im leistungsübertragenden Zahnrad (2; 3) und mittels Schrauben beim Festlegen eines angetriebenen Flansches an das Zahnradpaar (1) lagefixiert und verspannt werden.
Zahnrad nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die lagegleichen Bohrungen (14 – 14x) im leistungsübertragenden Zahnrad (2; 3) in Abhängigkeit der Montagefreiheit als Gewindebohrungen oder Durchgangsbohrungen ausgebildet sind.
Zahnrad nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchgangsbohrungen (5 – r) für die Buchsen (4 – 4x) zylindrisch oder elypsenartig ausgebildet sind und der größte Durchmesser in Drehrichtung gelegt ist.