DE2910981A1

DE2910981A1 - Hochbelastbares zahnrad

Info

Publication number: DE2910981A1
Application number: DE19792910981
Authority: DE
Inventors: Walter Dr Ing Mages; Otto Dr Ing Voigtlaender
Original assignee: Thyssen Industrie AG
Current assignee: ThyssenKrupp Technologies AG
Priority date: 1979-03-21
Filing date: 1979-03-21
Publication date: 1980-10-02
Also published as: JPS55129656A; EP0017065B1; DE3065577D1; US4308760A; EP0017065A1

Description

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Essen, den 19.3.1979 PZ 3176 Pö/bk

THYSSEN INDUSTRIE AG

Am Thysserihaus 1

43oo Essen 1

Hochbelastbares Zahnrad

Die Erfindung betrifft ein hochbelastbares Zahnrad oder Zahnsegment. Der allgemeine Trend zum Leichtbau führt auch in der Zahnrad- und Getriebefertigung zu immer geringeren Leistungsgewichten der Getriebe, d.h. zu einer möglichst hohen Leistungsübertragung bei kleiner Bauhöhe. Ein signifikantes Beispiel hierfür sind die Differentialgetriebe in den Fahrzeughinterachsen. Für diese Ausgleichsgetriebe ist die Zahnflankentragfähigkeit von untergeordneter Bedeutung. Das bestimmende Merkmal für die Baugröße ist einzig und allein die Zahnfußtragfähigkeit. Die Gewichtseinsparung hat für diese Getriebe einen hohen Stellenwert, da sie dem Bereich der ungefederten Massen eines Fahrzeugs zugeordnet sind.

Zur Reduzierung des Leistungsgewichts wurden bislang zwei Wege beschritten, einmal die Optimierung der Zahnfußausrundung, zum anderen die Ausnutzung der werkstoffseitig gegebenen Möglichkeiten, wie beispielsweise Einsatzhärtung u.a.. Diese Möglichkeiten sind jedoch weitgehend ausgeschöpft und man ist an einer Grenze angelangt, die mit den derzeit zur Verfügung stehenden technischen Mitteln nicht mehr unterschritten werden kann.

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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde , die Nachteile der bekannten Zahnräder hinsichtlieh ihrer Leistung und ihres Gewichts zu vermeiden und ein Zahnrad zu schaffen, welches wesentlich höher belastbar ist als die bisher bekannten Zahnradformen.

Die Lösung der Aufgabe besteht darin, daß der Zahngrund zwischen zwei benachbarten Zähnen in Zahnlängsrichtung in Form einer konkaven, etwa in Richtung der Wälzkörpermantellinie bzw. einer Tangente an den Wälzkörper verlaufenden Hohlkehle ausgeführt ist und der Zahnkopf in Zahnlängsrichtung eine in Arbeitsstellung der Räder im wesentlichen äquidistant zum Zahngrund des Gegenrades ausgebildete Form besitzt.

Im einzelnen kann die Erfindung wie folgt ausgestaltet sein.
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Eine einfach zu fertigende Form der Hohlkehle im Zahngrund ist die Kreisbogenabschnittsform. Auch an den Zahnköpfen ist diese Form besonders leicht herstellbar.

Es ist auch möglich, die Form der Hohlkehle im Zahngrund durch zwei oder mehr in stumpfem Winkel aufeinander treffende Geraden zu bilden, wobei eine besonders gute Tragfähigkeit erreichbar ist.

Eine Ausführungsart mit besonders günstigem Abwälzverhalten ist so ausgebildet, daß die Form der Hohlkehle im Zahngrund als Ellipsenabschnitt ausgeführt ist.

Das günstige Verhalten dieser Form beim Abwälzen kann noch dadurch verbessert werden, daß man für die Form des Zahngrundes annähernd eine Ä'quidistante zum Tragbild auf den Zahnflanken wählt. Diese Form ist unter Umständen wegen der Abweichung von einer einfachen geometrischen Gestalt fertigungstechnisch aufwendiger.

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Man ist natürlich nicht darauf beschränkt, bei einer Zahnradpaarung an Kopf und Grund eines Rades mit gleichen Formen, also z.B. konkav und konvex gekrümmten Kreisbögen zu arbeiten, sondern es ist auch möglich, verschiedene Ausbildungen von Kopf und Grund jeden Rades zu wählen; die Anpassung ist jeweils nur an das Gegenrad vorzunehmen. Im übrigen gilt ganz allgemein, daß der Zahnkopf in beliebiger Form ausgebildet sein kann, jedoch so, daß eine Berührung mit dem Zahngrund des Gegenrades sicher vermieden wird.

Ein Kegelzahnrad ist zweckmäßig so ausgebildet, daß die konkave Hohlkehle des Zahngrundes etwa in Richtung der Wälzkegelmantellinie bzw. einer Tangente an den Wälzkegel verläuft.

Eine besonders günstige Form des Kegelrades entsteht dadurch, daß die konkave Hohlkehle des Zahngrundes zwischen einem etwa rohrförmigen und parallel zur Zahnradachse verlaufenden Teil und einem daran anschließenden und einen Winkel damit bildenden etwa flanschartigen Teil des Zahnrades liegt und etwa in Richtung der Wälzkegelmantellinie bzw. einer Tangente an den Wälzkegel verläuft.

Das Ablaufverhalten der Zahnradpaarungen kann dadurch noch verbessert werden, daß man die Zahnflanken in bekannter Weise zusätzlich durch eine Höhen- und/oder Breitenballigkeit so ausführt, daß die Kontaktzone zwischen zwei im Eingriff befindlichen Zähnen, das sogenannte Tragbild, eine nahezu ellipsenförmige Fläche bildet. Dadurch wird vermieden, daß beim Abwälzen der Zähne nur oder vorwiegend die Kanten tragen. Außerdem wird die Einhaltung einer Aqzidistanten zum Trägbild für die Form von Zahngrund und Zahnkopf durch Einstellung der verhältnismäßig einfachen Ellipsenform erleichtert.

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Bei der Verzahnungsherstellung nach dem Stand der Technik stellen die Begrenzungen der Zahnflanke am Kopf und am Fuß quasi Geradenstücke dar. Dies bedeutet, daß die abgewickelte Zahnflankenfläche eine Rechteck- oder Trapezform einnimmt. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Zahngrundes und des Zahnkopfes ist die bekannte, durchgehende Zahnlücke in eine taschenartige Vertiefung im Zahnrad geändert. Der an den Zahnenden hochgezogene Radkörper bewirkt einen zusätzlichen Stützeffekt, was eine höhere Steifigkeit und eine höhere Belastbarkeit der Zähne zur Folge hat. Außerdem ist die neue, erfindungsgemäße Form eines Zahnrades nach den bekannten Herstellungsverfahren für Zahnräder genauso leicht wie die bisher bekannte Zahnform herzustellen. Besonders geeignet ist das Schmiedeoder Preßverfahren zur Herstellung der neuen Form.

Die Erfindung ist selbstverständlich nicht nur auf Zahnräder beschränkt, sondern ist bei allen zahnradartigen Übertragungselementen anwendbar, wo es auf die Übertragung großer Leistungen ankommt. Es hat sich herausgestellt, daß die Modifikation des Zahnkopfs noch den weiteren Vorteil mit sich bringt, daß ein weicherer Eingriff und damit ein geräuschärmerer Lauf der Zähne erhalten wird. Anstelle eines stoßartigen Eingriffs über der gesamten Zahnbreite erfolgt der Zahnkontakt nunmehr zuerst punktförmig und bildet sich erst bei fortschreitendem Eingriff über die gesamte Zahnbreite aus. Damit brauchen nicht mehr besondere Maßnahmen zur Verbesserung des Laufverhaltens, wie beispielsweise Zahnkopf- und Zahnfußrücknahmen angewendet zu werden, was eine wesentliche Vereinfachung bei der Herstellung bedeutet.

In den Zeichnungen sind beispielsweise Ausfuhrungsformen der erfindungsgemäßen Zahnräder dargestellt und zwar zeigen die

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Fig. 1-3 unterschiedliche Ausführungsformen de und Fußausbildung der Zähne eines Zylinderrades,

Fig. 4 einen Schnitt durch die Zahnlücke eines konventionellen Kegelrades mit erfindungsgemäßer E¹O rm,

Fig. 5 eine perspektivische Darstellung eines Kegelrades,

Fig. 6 einen Schnitt der durch die Linien 1, 18 definierten Fläche der Fig.. 5.

In den Fig. 1-3 sind Schnittbilder von verschieden ausgeführten Zylinderrädern dargestellt, wobei der Schnitt genau in der Hälfte zwischen zwei benachbarten Zähnen liegt.

Nach Fig. 1 ist der Zahngrund 1 von einer konkaven Hohlkehle gebildet, welche von einem Kreisbogen begrenzt ist. Der Zahnkopf 2 besitzt eine zum Zahngrund 1 spiegelbildliche, von einem Kreisbogen gebildete Form. Die den Zahngrund 1 bildende Hohlkehle liegt in Richtung der Wälzzylindermantellinie 3 des Zahnrades.

Nach Fig. 2 bildet der Zahngrund 4 zusammen mit dem Zahnkopf 5 eine Ellipse, welche fast eine Äquidistante zum Tragbild 6 des Zahnrades ist.

Nach Fig. 3 wird der Zahngrund 7,8,9 von drei Geraden gebildet, von denen jeweils zwei in einem stumpfen Winkel aufeinandertreffen.

Der Zahnkopf lo,ll,12 ist entsprechend spiegelbildlich ausgebildet, kann aber auch in jeder anderen, dem Zahngrund des Gegenrades entsprechenden Form ausgebildet sein. Da es sich hierbei um geradverzahnte Räder handelt, liegen die den Zahngrund bildenden Hohlkehlen aller drei Ausführungen etwa parallel zur Wälzzylindermantellinie 3. Bei schräg- oder spiralverzahnten Rädern erstrecken sich die den Zahn-

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grund bildenden Hohlkehlen in Richtung der Tangente an den Wälzzylinder, wobei die Lage der Tangente etwa dem Schrägungwinkel des Rades entspricht.

In Fig. 4 ist ein Schnittbild durch die Zahnlücke eines erfindungsgemäßen Kegelrades bezüglich der Ausführung der Kopf- 13 und Fußausbildung 14 der Zähne dargestellt.

Die den Zahngrund 14 bildende Hohlkehle erstreckt sich etwa in Richtung der Wälzkegelmantellinie 15 des Kegelrades. Bei schräg- oder spiralverzahnten Kegelrädern gilt für die Lage der den Zahngrund bildenden Hohlkehle die für Zylinderräder getroffene Aussage analog.

In den Figuren 5 und 6 ist ein Kegelrad dargestellt, welches aus einem etwa rohrförmigen Teil 16 und einem daran anschließenden und einen Winkel mit dem rohrförmigen Teil bildenden flanschartigen Teil 17 besteht. Der rohrförmige Teil 16 liegt dabei parallel zur Zahnradachse 18. Zwischen dem rohrförmigen Teil 16 und dem flanschartigen Teil 17 liegen nun die Zähne 19, deren Zahngrund 14 von einer konkaven Hohlkehle mit erfindungsgemäßer Form begrenzt wird. Der Zahnkopf 13 ist spiegelbildlich zum Zahngrund 14 ausgebildet. Die Hohlkehle liegt etwa in Richtung der Wälzkegelmantellinie 15.

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Claims

Ansprüche;

'Hochbelastbares Zahnrad oder Zahnsegment, dadurch qekennzeichnet, daß der Zahngrund (1,4,7,8,9,14) zwischen zwei benachbarten Zähnen in Zahnlängsrichtung in Form einer konkaven, etwa in Richtung der Wälzkörpermantel linie (3,15) bzw. einer Tangente an den Wälzkörper verlaufenden Hohlkehle ausgeführt ist und der Zahnkopf (2,5,Io,11,12,13) in Zahnlängsrichtung eine in Arbeitsstellung der Räder im wesentlichen äquidistant zum Zahngrund des Gegenrades ausgebildete Form besitzt.
2. Zahnrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Form der Hohlkehle im Zahngrund (1) als Kreis« bogenabschnitt ausgeführt ist. .
3. Zahnrad nach Anspruch 1, dadurch qekennze ichnet, daß die Form der Hohlkehle im Zahngrund (7,8,9,) durch zwei oder mehr in stumpfem Winkel aufeinander treffende Geraden gebildet ist.
4. Zahnrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Form der Hohlkehle im Zahngrund (4) als Ellipsenabschnitt ausgeführt ist.
5. Zahnrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Form der Hohlkehle im Zahngrund annähernd eine Äquidist nte zum Tragbild (6) auf der Zahnflanke ist.
6. Hochbelastbares Kegelzahnrad nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die konkave Hohlkehle aes Zahngrundes (14) etwa in Richtung der Wälzkegelmantellinie (15) bzw. einer Tangente an den Wälzkegel verläuft.

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7. Hochbelastbares Kegelzahnrad nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die konkave Hohlkehle des Zahngrundes (14) zwischen einem etwa rohrförmigen und parallel zur Zahnradachse (18) verlaufenden Teil (16) und einem daran anschließenden und einen Winkel damit bildenden, etwa flanschartigen Teil (17) des Zahnrades liegt und etwa in Richtung der Wälzkegelmantellinie (15) bzw. einer Tangente an den Wälzkegel verläuft.

S. Zahnrad nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die Zahnflanken mit einer Höhen- und/oder Brextenballigkeit derart versehen sind, daß die Kontaktzonen der in Eingriff befindlichen Zähne in etwa ellipsenförmige Flächen bilden.

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