DE3827871A1 - Zahnradgetriebe mit spielausgleich - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einem Zahnradgetriebe mit Spielausgleich, das die Merkmale aus dem Oberbegriff des Anspruch 1 aufweist. Ein solches Zahnradgetriebe soll insbesondere zur Änderung der effektiven Länge eines Wischarms einer Scheibenwischeranlage für Kraftfahrzeuge eingesetzt werden.

Aus dem Buch "Feinmechanische Bauelemente", 3. Auflage, Carl Hanser Verlag München Wien, 1978 ist in der Abbildung 3.408 c auf Seite 448 schon ein Zahnradgetriebe gezeigt, das ein erstes und ein zweites Zahnrad aufweist, die in einem Gehäuse gelagert sind und mit einem dritten Zahnrad in Eingriff stehen, das durch ein elastisches Element federnd in Richtung auf das erste und das zweite Zahnrad vorgespannt ist. Bei diesem Zahnradgetriebe ist das dritte Zahnrad mit einem Zapfen in einem Langloch des Gehäuses geführt. Am Zapfen greift eine Schraubenzugfeder an, deren Achse in der Längsmittelebene des Langlochs liegt.

Auch aus der DE-PS 24 06 076 ist ein Zahnradgetriebe mit Spielausgleich zwischen drei Zahnrädern bekannt. Nach den Angaben in dieser Schrift soll das dritte Zahnrad frei drehbar auf einer beweglichen Welle montiert sein, die parallel zu sich selbst in einer Bewegungsebene verschiebbar ist, die zu der durch die Achsen des ersten und des zweiten Zahnrads gelegten Ebene senkrecht ist. Die Kraft einer Schraubenfeder soll senkrecht zur Welle des dritten Zahnrads wirken und in der erwähnten Bewegungsebene verlaufen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Zahnradgetriebe mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Anspruch 1 den Spielausgleich zwischen den Zahnrädern mit einfachen Mitteln noch zu verbessern. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei einem Zahnradgetriebe, das die Merkmale aus dem Oberbegriff des Anspruch 1 aufweist, das dritte Zahnrad ohne vorgegebene gehäusefeste Vorzugsebene für seine Achse gegenüber dem ersten und zweiten Zahnrad bewegbar ist.

Die Erfindung fußt auf der Erkenntnis, daß dann, wenn durch eine Führung am Gehäuse eine bestimmte Ebene vorgegeben ist, in der die Achse des dritten Zahnrades verschoben werden kann, ein vollkommener Spielausgleich nur zwischen dem dritten und einem der beiden anderen Zahnräder möglich ist. Ein Spielausgleich zwischen allen drei Rädern würde man nur dann erhalten, wenn zufällig solche Toleranzen auftreten, daß das Spiel zwischen dem ersten und dritten Zahnrad in derselben Position der Achse des dritten Zahnrades in der besagten Bewegungsebene ausgeglichen ist, wie das Spiel zwischen dem zweiten und dritten Zahnrad. Ansonsten ist der Spielausgleich nur unvollkommen. Bei einem erfindungsgemäßen Zahnradgetriebe nun ist die Achse des dritten Zahnrades ohne vorgegebene gehäusefeste Vorzugsebene gegenüber dem ersten und zweiten Zahnrad bewegbar. Aufgrund dieser Ausbildung kann sich das dritte Zahnrad unter der Wirkung des elastischen Elements jeweils in eine solche Position begeben, daß das Spiel zwischen ihm und den beiden anderen Zahnrädern ausgeglichen ist.

Vorteilhafte Ausgestaltungen eines erfindungsgemäßen Zahnradgetriebes kann man den Unteransprüchen entnehmen. Für eine kompakte Bauweise und einen einfachen Aufbau ist es zweckmäßig, wenn gemäß Anspruch 2 das elastische Element, die Drehachse des dritten Zahnrades umgebend, zwischen diesem Zahnrad und einem Stützkörper angeordnet ist, dessen Achse gegenüber den getrieberechnerischen Koordinaten in Richtung Zahneingriffe versetzt ist. Die getrieberechnerischen Koordinaten der Achse des dritten Zahnrades sind dabei die Koordinaten, die man für die Lage dieser Achse aus der Lage der Achsen des ersten und zweiten Zahnrades sowie aus dem Durchmesser der Kopfkreise aller drei Zahnräder ohne ein elastisches Element zwischen dem dritten Zahnrad und dem Stützkörper errechnen oder geometrisch ermitteln würde.

Damit das elastische Element das dritte Zahnrad in gleicher Weise gegen das erste Zahnrad und gegen das zweite Zahnrad drückt, wird eine Ausführung gemäß Anspruch 3 bevorzugt, nach der die Achse des Stützkörpers auf der Winkelhalbierenden zwischen den beiden Verbindungslinien versetzt ist, die von den getrieberechnerischen Koordinaten der Achse des dritten Zahnrades zu den Achsen des ersten und zweiten Zahnrades führen.

Bevorzugt wird als elastisches Element eine Gummi- oder Kunststoffbüchse verwendet.

Das elastische Element dreht sich gemäß Anspruch 5 vorteilhafterweise mit dem Zahnrad mit. Es wird dann nicht immer an der gleichen Stelle oder in dieselbe Richtung belastet, so daß die Gefahr einer vorzeitigen Ermüdung verringert ist.

Vorteilhafterweise wird das dritte Zahnrad über ein separates Lagerelement z.B. ein Gleitlager oder Wälzlager gelagert. Das sich mit dem Zahnrad mitdrehende elastische Element wird dann zwischen dem dritten Zahnrad und dem Lagerelement angeordnet. Bevorzugt wird dabei eine Ausführung gemäß Anspruch 7, wonach der Stützkörper ein gehäusefest gehaltener Bolzen ist, der das Lagerelement, die dieses Lagerelement umgebende elastische Büchse und das die elastische Büchse umgebende dritte Zahnrad trägt.

Unter bestimmten Umständen kann es auch günstig sein, daß das elastische Element gemäß Anspruch 8 zwischen dem Stützkörper und einem Lagerelement angeordnet ist. Das elastische Element wird dann einseitig belastet. Es ist jedoch die sich mitdrehende Masse verringert. Auch ist in einem Fall, in dem das Zahnrad einen oder zwei Lagerzapfen besitzt, mit denen es in Lagerringen gelagert ist, ein kleiner Lagerdurchmesser möglich, wenn sich das elastische Element außerhalb des Lagerrings zwischen diesem und dem Stützkörper befindet.

Drei Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Zahnradgetriebes sind in den Zeichnungen dargestellt. Anhand der Figuren dieser Zeichnungen wird die Erfindung nun näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Ansicht des ersten Ausführungsbeispiels in Richtung der Achsen der drei Zahnräder, wobei eine elastische Büchse zwischen dem Zahnrad und einem Gleitlager angeordnet ist,

Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie II-II aus Fig. 1,

Fig. 3 einen Schnitt entsprechend dem aus Fig. 2 durch ein zweites Ausführungsbeispiel mit umgekehrter Anordnung von Gleitlager und elastischer Büchse und

Fig. 4 einen Schnitt entsprechend dem aus den Fig. 2 und 3 durch ein drittes Ausführungsbeispiel, bei dem das dritte Zahnrad über Lagerzapfen gelagert ist.

In einem Gehäuse 10 sind ein erstes Zahnrad 11 und ein zweites Zahnrad 12, dessen Durchmesser kleiner ist als der des ersten Zahnrades 11, drehbar gelagert. Die beiden Zahnräder 11 und 12 kämen mit einem Zwischenrad 13, das ebenfalls drehbar im Gehäuse 10 gelagert ist. Ohne zusätzliche Maßnahmen tritt zwischen den Zahnrädern ein fertigungsbedingtes Flankenspiel auf, das vor allem bei Lastwechseln, wie sie bei Scheibenwischeranlagen vorkommen, funktionsverschlechternd ist. Die Anlage ist dann im Betrieb sehr geräuschvoll und mit Toleranzen behaftet.

Bei dem Zahnradgetriebe nach den Fig. 1 und 2 ist nun das Flankenspiel sowohl zwischen dem ersten Zahnrad 11 und dem Zwischenrad 13 als auch zwischen dem zweiten Zahnrad 12 und dem Zwischenrad 13 ausgeschaltet. Dies wird dadurch erreicht, daß das Zwischenrad 13 ohne vorgegebene gehäusefeste Vorzugsebene für seine Achse gegenüber dem ersten und zweiten Zahnrad bewegbar ist.

Zur Lagerung des Zwischenrads 13 ist ein Stützkörper in Form eines Bolzens 14 in zwei miteinander fluchtende Bohrungen 15 des Gehäuses 10 eingepreßt. Der Bolzen 14 ist von einem Zylindergleitlager 16 umgeben, das gegenüber dem Bolzen 14 drehbar ist und das von einer elastischen Gummibüchse 17 umgeben wird. Außen auf der Gummibüchse 17 sitzt das Zwischenrad 13. Dieses kann sich zusammen mit der Gummibüchse 17 und dem Gleitlager 16 um den Bolzen 14 drehen. In axialer Richtung des Bolzens 14 sind das Zwischenrad 13, die Gummibüchse 17 und das Gleitlager 16 über Beilagscheiben 18 an die Bohrungen 15 umgebende Krägen 19 des Gehäuses 10 abgestützt.

Üblicherweise bestimmt man die Position der Achse des Zwischenrades 13 auf rechnerische oder zeichnerische Weise unter Berücksichtigung der Lage der Achsen der Zahnräder 11 und 12 und der Durchmesser dieser Zahnräder sowie des Zwischenrades 13. Bei dem Zahnradgetriebe nach den Fig. 1 und 2 ist nun die Achse des Bolzens 14 auf der Winkelhalbierenden 25 zwischen der Linie 26, die die berechnete Achse des Zwischenrads 13 und die Achse des Zahnrads 11 miteinender verbindet, und der Linie 27, die die berechnete Achse des Zahnrads 13 und die Achse des Zahnrads 12 miteinander verbindet, in Richtung Zahneingriffe verschoben. Ein Eingriff zwischen den Zahnrädern ist somit nur dann möglich, wenn die Gummibüchse im Bereich der Winkelhalbierenden 25 zusammengedrückt wird. Die zusammengedrückte Gummibüchse 17 übt eine Kraft auf das Zahnrad 13 aus und hält es in spielfreiem Eingriff sowohl mit dem Zahnrad 11 als auch mit dem Zahnrad 12. Dabei kann es wegen der auftretenden Toleranzen durchaus sein, daß die Stelle, an der die Gummibüchse 17 am meisten zusammengedrückt ist, nicht auf der Winkelhalbierenden 25 liegt. Entsprechend ist es auch nicht unbedingt notwendig, daß die Achse des Bolzens 14 auf der Winkelhalbierenden 25 liegt. Sieht man jedoch dieses vor, so verteilt sich die von der Gummibüchse 17 ausgeübte Kraft sehr gleichmäßig auf beide Eingriffsstellen.

Bei dem Zahnradgetriebe nach den Fig. 1 und 2 drehen sich das Zahnrad 13, die Gummibüchse 17 und das Gleitlager 16 um den Bolzen 14. Der belastete Bereich der Gummibüchse 17 befindet sich dagegen immer um die Winkelhalbierende 25 herum und wandert deshalb an der Gummibüchse 17 entlang. Diese wird somit gleichmäßig auf ihrem gesamten Umfang beansprucht.

Bei der Ausführung nach Fig. 3 liegt eine Gummibüchse 17 nicht zwischen einem Gleitlager 16 und dem Zwischenrad 13, sondern zwischen dem Bolzen 14 und dem Gleitlager 16. Die gegeneinander bewegten Lagerflächen befinden sich zwischen dem Gleitlager 16 und dem Zwischenrad 13, haben also einen verhältnismäßig großen Radius. Die Gummibüchse 17 dreht sich nicht mit dem Zwischenrad 13 mit, sondern bleibt gegenüber dem Bolzen 14 in Ruhe. Sie wird deshalb im wesentlichen nur innerhalb eines bestimmten Bereichs um die Winkelhalbierende 25 herum beansprucht. Dieser Bereich bleibt dauernd zusammengedrückt.

Bei den Ausführungen nach den Fig. 1 bis 3 ist das Zwischenrad 13 auf einem feststehenden Bolzen 14 gelagert. Im Gegensatz dazu besitzt das Zwischenrad 13 der Ausführung nach Fig. 4 zwei Lagerzapfen 35, die sich mit dem Zwischenrad 13 drehen und in zwei Lageraufnahmen 36 des Gehäuses 10 hineinragen. Die Lagerzapfen 35 sind einstückig mit dem Zwischenrad 13 hergestellt, können jedoch auch an einem in einer Bohrung des Zwischenrads 13 eingepreßten Bolzen ausgebildet sein. Die beiden Lagerzapfen 35 können sich in Zylindergleitlagern 16 drehen, die radial über Gummibüchsen 17 elastisch an den Lageraufnahmen 36 abgestützt sind. Beim Drehen des Zahnrades 13 bleiben die Gummibüchsen 17 also wie bei der Ausführung nach Fig. 3 in Ruhe. Zwischen den Gleitlagern 16 und den Lagerzapfen 35 hat man jedoch zylindrische Lagerflächen mit kleinem Durchmesser. Bei der Ausführung nach Fig. 4 wird der Stützkörper durch das Gehäuse 10 gebildet.

Da bei einem erfindungsgemäßen Zahnradgetriebe das Flankenspiel zwischen den Zahnrädern weitgehend eliminiert ist, entstehen im Betrieb weniger Geräusche. Darüber hinaus wird durch das elastische Element der zum Gehäuse 10 geleitete Körperschall verringert, so daß eine weitere Geräuschreduzierung erreicht wird.

Claims (8)

1. Zahnradgetriebe mit Spielausgleich, insbesondere zur Änderung der effektiven Länge eines Wischarms einer Scheibenwischeranlage für Kraftfahrzeuge, mit einem ersten und einem zweiten Zahnrad (11, 12), die in einem Gehäuse (10) gelagert sind und mit einem dritten Zahnrad (13) in Eingriff stehen, das durch ein elastisches Element (17) federnd in Richtung auf das erste und das zweite Zahnrad (11, 12) vorgespannt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das dritte Zahnrad (13) ohne vorgegebene gehäusefeste Vorzugsebene für seine Achse gegenüber dem ersten und dem zweiten Zahnrad (11, 12) bewegbar ist.

2. Zahnradgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das elastische Element (17), die Drehachse des dritten Zahnrades (13) umgebend, zwischen diesem Zahnrad (13) und einem Stützkörper (14, 10) angeordnet ist, dessen Achse gegenüber den getrieberechnerischen Koordinaten der Zahnradachse in Richtung Zahneingriffe versetzt ist.

3. Zahnradgetriebe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse des Stützkörpers (14, 10) auf der Winkelhalbierenden (25) zwischen den beiden Verbindungslinien (26, 27) versetzt ist, die von den getrieberechnerischen Koordinaten der Achse des dritten Zahnrades (13) zu den Achsen des ersten und zweiten Zahnrades (11, 12) führen, wobei erstes und zweites Zahnrad (11, 12) vorzugsweise unterschiedliche Durchmesser besitzen.

4. Zahnradgetriebe nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das elastische Element (17) eine Gummi- oder Kunststoffbüchse ist.

5. Zahnradgetriebe nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich das elastische Element (17) mit dem Zahnrad (13) mitdreht.

6. Zahnradgetriebe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das elastische Element (17) zwischen dem dritten Zahnrad (13) und einem Lagerelement (16) angeordnet ist.

7. Zahnradgetriebe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Stützkörper ein gehäusefest gehaltenen Bolzen (14) ist, der das Lagerelement (16), die dieses Lagerelement (16) umgebende elastische Büchse (17) und das die elastische Büchse (17) umgebende dritte Zahnrad (13) trägt.

8. Zahnradgetriebe nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das elastische Element (17) zwischen dem Stützkörper (14, 10) und einem Lagerelement angeordnet ist.