EP1053408A1 - Hirth-verzahntes maschinenelement - Google Patents
Hirth-verzahntes maschinenelementInfo
- Publication number
- EP1053408A1 EP1053408A1 EP99908876A EP99908876A EP1053408A1 EP 1053408 A1 EP1053408 A1 EP 1053408A1 EP 99908876 A EP99908876 A EP 99908876A EP 99908876 A EP99908876 A EP 99908876A EP 1053408 A1 EP1053408 A1 EP 1053408A1
- Authority
- EP
- European Patent Office
- Prior art keywords
- toothing
- elements
- individual
- hirth
- flank
- Prior art date
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- Withdrawn
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Classifications
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
- F16D1/00—Couplings for rigidly connecting two coaxial shafts or other movable machine elements
- F16D1/06—Couplings for rigidly connecting two coaxial shafts or other movable machine elements for attachment of a member on a shaft or on a shaft-end
- F16D1/076—Couplings for rigidly connecting two coaxial shafts or other movable machine elements for attachment of a member on a shaft or on a shaft-end by clamping together two faces perpendicular to the axis of rotation, e.g. with bolted flanges
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
- F16D1/00—Couplings for rigidly connecting two coaxial shafts or other movable machine elements
- F16D1/02—Couplings for rigidly connecting two coaxial shafts or other movable machine elements for connecting two abutting shafts or the like
- F16D1/033—Couplings for rigidly connecting two coaxial shafts or other movable machine elements for connecting two abutting shafts or the like by clamping together two faces perpendicular to the axis of rotation, e.g. with bolted flanges
Definitions
- the invention relates to a Hirth-toothed machine element for positive connection with a second, complementarily toothed machine element.
- Hirth gears have long been known as construction elements for a variety of different purposes. As a representative reference is made to the Voith company brochure G 749 9.92 1500. The basic idea of the Hirth gearing is to have all geometric lines one
- a toothed ring which runs in the circumferential direction and has teeth extending in the radial direction with respect to the central axis, is thus created on a machine element for the purpose of torque transmission.
- Machine elements with complementary Hirth serrations enable the creation of a positive self-centering connection between them, the Hirth serrations being used as such as a space-saving part element with high partial accuracy or as a fixing element with high repeatability.
- connecting elements are very versatile and are not restricted to specific examples of use.
- Use in general mechanical engineering is conceivable, for example when connecting high-speed compressors and turbine impellers to the rotor shaft, gear sets or crankshafts.
- a performance increase can be achieved with the same volume where conventional screw connections, eg. B. flanges, hubs and shafts have reached or exceeded the limit of transmission capacity.
- a gain in volume and mass can also be achieved with such a connection where the space is already very limited.
- the assembly designed very easy due to the centering effect, furthermore, components designed in this way are very easily interchangeable.
- connection of two machine elements with mutually complementary Hirth teeth is usually axially preloaded.
- means are used in addition to the form-fitting and self-centering connection, which enable axial bracing of the two machine elements to be coupled together.
- Axial bracing means the generation of bracing with at least one component in the direction parallel to the axis of rotation of the machine elements.
- Mainly screw connections and tie rods are used as a means. In addition to an additional weight gain, these also require an increased amount of installation space, which corresponds to this in advance
- the invention is therefore based on the object of further developing a positive connection by means of a Hirth toothing in such a way that the disadvantages mentioned are avoided, in particular that the increased
- a Hirth toothing or a machine element provided with a Hirth toothing for transmitting torque to another is provided with a complementary Hirth toothing Machine element implemented by realizing a positive connection between the two such that at least one or at least individual toothing elements are asymmetrical, ie have an asymmetrical geometry with respect to the tooth profile.
- a Hirth toothing is understood to mean a toothing which is preferably used in rotating components and is designed such that the geometric lines of the front toothing are wedge-shaped and bring them together centrally at a point which is on the axis of symmetry or axis of rotation of the machine element is arranged.
- the gearing itself is one
- Spline teeth the individual flanks of which can essentially be described by means of one plane.
- the toothing itself is arranged in the circumferential direction of the rotating component.
- the individual toothing elements extend in the radial direction with respect to the axis of rotation, the flanks are each aligned in the circumferential direction.
- Tooth height differs in the radial direction from the axis of rotation, with regard to the height and dimensions of the individual toothing element and the dimension of the toothing.
- the toothing is designed inclined to the central center or to the axis of rotation.
- a part that can be compensated for the torque transmission due to the peripheral force from the positive and self-centering connection of the Hirth toothing this part being a function of the number of compensation points, ie the correspondingly designed toothing elements, and / or the geometry of the individual gear elements;
- the asymmetrical structure is achieved in that a first flank of the individual toothing elements is made steeper than the other second flank.
- the position of the flanks can be described using the flank angle, which is the one that can be described by the individual flank
- the second flatter flank of a toothing element takes up an angle of 29 ⁇ 80 °, preferably ⁇ 80 °.
- a negative flank angle is also conceivable, so that the machine elements get caught in the operating state.
- the angle of the flanks is understood to mean the angle that lies between the
- the direction of rotation is such that the surface of the toothing flank with the steeper flank points or is directed in the circumferential direction against the direction of rotation.
- the steeper flank is designed as a straight flank, ie with an angle of 90 ° with respect to the head line, so that a flank angle of 0 ° is achieved.
- this embodiment is characterized by a low manufacturing outlay.
- Gearing in particular the flatter flank, a sliding of the flanks of the intermeshing gears of the two machine parts when a certain predefined axial force is exceeded.
- Tooth is a tooth base, preferably in a rounded shape, incorporated.
- the tooth head of the Hirth toothing is preferably designed as a flat surface.
- individual toothing elements can either be combined to form a single toothing element or a form-fitting connecting element, or, viewed over the circumference, partial areas can be designed entirely free of toothing.
- the gear elements can have a uniform or different geometry. If gaps are provided or gearing elements combined from several individual elements, it must be taken into account that the counter element must be designed accordingly. There are a number of options for this.
- a first possibility consists in the mutually complementary design of the gap area and the toothing segment, so that the two machine elements essentially also lie in these areas over larger areas.
- the toothed elements combined from several toothed elements can be designed with a lower head height than the adjacent toothed elements on the same machine element, so that in this area a flat superimposition of the two machine elements to be coupled with one another is achieved, this area being optimal for the accommodation or Arrangement of connecting elements can be used, or larger spaces remain between the two machine elements.
- the design, geometry and / or the definition of dimensions of the individual toothing elements can be carried out analogously to other toothing elements in the different design variants; the toothing elements are preferably produced with a uniform geometry and uniform dimensions. Another possibility, however, is to design individual toothing elements differently from one another with regard to their geometry and / or their dimensions.
- the asymmetrical teeth are preferably designed with regard to their geometry such that flanks aligned in the same direction, the direction being described by the course of the flank plane, each point in one direction with respect to the circumferential direction. With the same orientation of the flanks, the function is determined depending on the direction of rotation. Steeper flanks than first
- Flanks viewed in the circumferential direction during rotation cause tension.
- Steeper flanks viewed as the second flank of a toothed element in the circumferential direction when rotating, serve to implement the second function as an overrunning clutch.
- the individual toothing elements in terms of their geometry and / or dimensions in such a way that both axial force components can be supported in one and in the other direction of rotation of the machine element. This is preferably achieved by considering individual ones in the circumferential direction of the machine element
- Segments are created which are provided with toothings of different toothing geometries, in particular their flank planes, viewed in the circumferential direction, are oriented opposite to one another. Such an implementation, however, presupposes an increased manufacturing outlay, which is due to the universal
- the asymmetrical toothing can be manufactured using milling cutters or grinding wheels. Furthermore, it is possible to drop-forge the individual gears by means of shaping, sintering and rolling. In this case, impact hardening can also take place.
- the functions of torque / speed transmission and the increase in accuracy and repeatability are also optimally fulfilled with the asymmetrically designed Hirth toothing. The stresses can be minimized by appropriately designed surface pressures.
- the use cases themselves can be designed in many different ways. It is irrelevant in which installation position the machine elements and thus the alignment of the Hirth splines are. Representative as possible application examples are the use in cardan shaft, as a connection and power transmission element for use in nuclear reactors, gyroscopes, e.g. Compressors, fans and in
- Gear element or the possibility of executing gear arrangements with gap areas depends on the specific application and the loads occurring there and is therefore at the discretion of the responsible specialist.
- the advantages of a Hirth spline are optimally used, with the additional possibility of considerably reducing the axial forces required for pretensioning the two machine elements to be coupled to one another and thus also the number of means required to apply this pretensioning force for a specific one Direction of rotation can be reduced, and furthermore at the same
- the same connecting element can be used as a safety clutch.
- 1a shows a possible embodiment of a Hirth spur toothing designed according to the invention for realizing a form-fitting and self-centering connection between two machine parts to be coupled to one another using one
- Fig. 1 b illustrates the slope of the individual
- FIG. 2 illustrates an embodiment with asymmetrical toothing elements designed according to the invention, the toothing having partial areas which are characterized by the combination of individual toothing elements which are adjacent to one another to form a single toothing element;
- FIG. 3 illustrates a further possible embodiment of a machine element with a Hirth
- Spur toothing the toothing extending in the circumferential direction having gap regions which are free from toothing elements
- Fig. 4 illustrates an embodiment of a machine element
- 5 illustrates an embodiment with a negative flank angle.
- FIG. 1a illustrates the basic principle of the Hirth spur toothing 1 designed according to the invention in a simplified representation using an exemplary embodiment.
- Machine element 2 which can be coupled at least indirectly with a drive machine, not shown in detail here, and a second machine element 2 ', which can be coupled at least indirectly with an output, not shown here in detail, are each provided with complementary Hirth stimulating teeth 1 or 1 'designed.
- the Hirth spur toothing 1 or 1 ' is based on the basic idea that all geometrical lines of a spur toothing are wedge-shaped and converge centrally at one point, here the point G. These individual geometric lines are shown by way of example in FIG. 1a for three gear elements.
- Gear elements are designated 3, 4 and 5.
- the corresponding geometric lines are each designated 3 ', 4', 5 'or 3 ", 4" and 5 “or 3'", 4 '"and 5"'. These geometrical lines are defined by the intersection of the theoretically conceived lines on the individual toothing element, which describe and extend the flanks, and the
- flanks of the individual toothing element - a first flank and a second flank - are each designated 3a, 4a or 5a and 3b, 4b or 5b for the toothing elements 3, 4 or 5, which are designated as examples.
- the Hirth spur toothing 1 or 1 'designed according to the invention is characterized in that the individual toothing element is designed asymmetrically.
- the individual flanks here representative flanks 3a or 3b, 4a or 4b and 5a or 5b of the individual toothing elements, here 3, 4 or 5, run at different angles to one another.
- the individual toothing elements which are arranged at preferably uniform distances from one another over the circumference U of the first or second machine element 2 or 2 ', are constructed with the same geometry.
- FIG. 1a illustrates this by way of example for the individual toothing elements 9 and 10 using the
- Points 11 and 12 the distance is labeled a.
- this also applies to the distances between the individual rectified flanks, for example 3a, 4a, 9a, 10a, 5a or, for example, 3b, 4b, 9b, 10b, 5b of the individual toothing elements which are successive or adjacent in the circumferential direction.
- the Hirth splines 1 and 1' which are complementary to each other, are brought into engagement with one another.
- the Hirth spur gearing 1 or 1 'on the individual machine elements 2 or 2' enables a positive fit 12
- the asymmetrical configuration according to the invention has the effect that a force component which at least partially corresponds to the axial prestressing force for prestressing the two machine elements 2 and 2 'is generated.
- This geometry is essentially determined by the angle of the flanks.
- the flanks 3a, 4a and 5a describe a plane E1 3a , E1 4a and E1 5a via their extension b in the radial direction to the central center G, which is simultaneously on the axis of symmetry or axis of rotation of the machine element 2 or 2 ' or E2 3b , E2 4b and E2 5b .
- the angle of the flanks can then be represented as the angle of these planes E1 and E2 with respect to the line describing the head height Z H of the individual toothing element.
- Machine element 2 or 2 'plane which can be described by the axis of symmetry S and a line perpendicular to this, runs.
- the angle of the planes E1 and E2 described by the flanks with the line describing the head height Z H serves to describe the geometry of the toothings.
- the individual ones 13 are identical to each other.
- the individual ones 13 are identical to each other.
- Gear elements which follow one another in the circumferential direction of the machine element 2 are designed with the same geometry.
- the size of the axial pretensioning forces applied by the geometry of the toothing, which are required for the torque transmission between the two machine elements 2 and 2 ', is a function of
- the steeper flank of both flanks is preferably designed with a flank angle between 0 degrees and 29 degrees and the angle of the flatter flanks with an angle between 30 and 80 degrees.
- the size of the angles is preferably selected such that they lie below the self-locking limit. However, it is also conceivable to obtain a negative flank angle for the steeper flank.
- Means for generating the axial preload between the two machine elements 2 and 2 ' can be dispensed with.
- the direction of the axial pretensioning forces is described by a parallel to the axis of symmetry or during operation of the axis of rotation of the machine elements 2 or 2 '. Since the use of the means required to generate the axial pretensioning force can be largely reduced, there is no need 14
- the geometric configuration according to the invention also enables the production of a positive self-centering connection.
- the Hirth spur toothing as a form-fitting, self-centering connecting element can be used as a space-saving part element with high partial accuracy or as a fixing element with high repeatability.
- the assembly itself is relatively simple, and individual machine elements are easily interchangeable.
- FIG. 2 illustrates a further design option for the Hirth spur toothing designed according to the invention.
- the basic principle and basic structure of the Hirth spur toothing, in particular of the individual toothing elements, essentially corresponds to that described in FIG. 1, which is why the same reference numerals are used for the same elements.
- the decisive difference is that the individual toothing elements are not designed with the same geometry in the circumferential direction of the machine element 2.
- the solution according to Figure 2 is characterized in that individual
- Gear element can be summarized.
- These preferably have the same angles with respect to their flanks 14a or 15a and 14b or 15b as those of the other toothing elements which are adjacent to one another, but these each form a stop face, here with 16 for the
- This stop surface 16 or 17 is formed by the top surface of this toothed element 14 or 15, which is widened in the circumferential direction.
- FIGS. 1 and 2 are preferably used for the form-fitting coupling of two machine elements 2 or 2 'to reduce the axial pretensioning forces during operation in one direction of rotation. This direction of rotation is shown in FIG. 1. In this case, the number of means for applying a 16
- Spur toothing also offers the possibility of using the two machine elements designed with complementary toothings as safety clutches in the form of a so-called overrunning clutch. This is the case if the use for the purpose of torque transmission in a direction of rotation of the first
- Machine part 2 takes place contrary to that shown in FIG. 1a.
- the individual flanks of the two flanks of the two mutually complementary toothings 1 and 1 'provided with one another can slide. The sliding takes place on the flatter one
- the solution according to the invention can be used as a connecting element in a large number of examples of applications for torque transmission.
- the specific design ie the design of the geometry and the arrangement on the individual elements to be coupled with one another and the choice of the installation position, are carried out in accordance with the specific application.
- the possible embodiments shown in FIGS. 1 and 2 only serve to illustrate the basic principle of the mode of operation of one 17
- FIG. 2 Another possibility of designing a machine element with the Hirth spur toothing designed according to the invention is shown in FIG. It can be seen from this that it is in no way necessary to provide the individual toothing elements with a constant spacing and the same geometry in the circumferential direction of the individual machine element 2.
- the individual toothing elements form toothing segments according to FIG. 2, although in FIG. 3 no individual toothing elements are combined to form a toothing element, but toothing elements are removed from the toothed ring. This then creates so-called segments which are arranged in the circumferential direction of the machine element and are free of toothing. These are representative of 18, 19, 20 and
- the toothed segment 19 comprises several individual toothed elements.
- the geometry of the individual toothing elements, which are arranged between the toothing elements, the toothing segments and the number of toothing segments, is designed according to the specific application requirements of the individual case.
- FIG. 4 illustrates in a schematically simplified representation using a machine element 2.4 a further embodiment for an asymmetrical Hirth spur toothing designed according to the invention. Only one machine element has been shown, the second is complementary to the first in terms of toothing.
- both machine elements 2.4 and the second machine element designed with complementary toothing and not shown here comprise areas which can also be referred to as segments 23 or 24 and 25 or 26, which are characterized in that the individual toothing elements differ in their orientation or opposite 18th
- the segment 25 of the machine element 2.4 comprises the toothing elements 27, 28, 29, 30, 31, the segment 26 the toothing elements 32 to 36.
- the flanks of the toothing elements 32 to 36 are opposite to those of the toothing elements, at least with regard to the flatter flank 27 to
- Machine element in particular the machine element on the drive side, here designated 2.4
- the gap areas are designated here with 37, 38, 39 and 40.
- flank angle of the steeper flank is preferably not equal to 0 °.
- the segments formed with oppositely aligned toothing are preferably arranged in the circumferential direction in such a way that they are distributed symmetrically over the circumference.
- the respective passive toothing elements e.g. 32-36 and the complementary toothing elements on the opposite machine part to be coupled, should be withdrawn (e.g. by milling) so that the oblique flank of the passive toothing elements does not produce any lifting force, while only the
- Gear elements 27, 28, 29, 30 and 31 and the opposing gear elements are involved in the torque transmission.
- Another design option is the division of the
- FIG. 5 illustrates in a schematically simplified representation using a
- Machine element 2.5 a further embodiment for an asymmetrical Hirth spur toothing designed according to the invention. Only one machine element has been shown, the second is complementary to the first in terms of gearing. Both machine elements 2.5 and the second machine element designed with complementary toothing and not shown here comprise toothing elements, here designated 40, which are characterized in that the individual toothing elements have a negative flank angle with regard to the steeper flank, i.e. the angle simplified representation based on a machine element 2.4, a further embodiment for an asymmetrically designed according to the invention 20th
- Hirth spur toothing Only one machine element has been shown, the second is complementary to the first in terms of gearing.
- both machine elements 2.4 and the second machine element designed with complementary toothing and not shown here comprise areas which can also be referred to as segments 23 or 24 and 25 or 26, which are characterized in that the individual toothing elements are different or different with regard to their orientation are oriented in opposite directions.
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Hirth-stirnverzahntes Maschinenelement. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass einzelne Verzahnungselemente unsymmetrisch ausgeführt sind.
Description
Hirth-verzahntes Maschinenelement
Die Erfindung betrifft ein Hirth-verzahntes Maschinenelement zur formschlüssigen Verbindung mit einem zweiten, komplementär verzahnten Maschinenelement.
Hirth-Verzahnungen sind als Koπstruktionselemente seit längerem für eine Vielzahl unterschiedlichster Eiπsatzzwecke bekannt. Stellvertretend wird auf das Voith-Firmenprospekt G 749 9.92 1500 verwiesen. Die Grundidee der Hirth-Verzahnung besteht darin, alle geometrischen Linien einer
Stirnverzahnung keilförmig auszubilden und zentral in einem Punkt zusammenzuführen. Es entsteht somit an einem Maschinenelement zum Zwecke der Drehmomentenübertragung ein in Umfangsrichtung verlaufender Zahnkranz mit sich, bezogen auf die Mittelachse, in radialer Richtung erstreckenden Zähnen. Die Ausgestaltung zweier miteinander zu koppelnder
Maschinenelemente mit zueinander komplementärer Hirth-Verzahnung ermöglicht die Schaffung einer formschlüssigen selbstzentrierenden Verbindung zwischen diesen, wobei die Hirth-Verzahnung als solche als raumsparendes Teilelement mit hoher Teilgenauigkeit oder als Fixierelement mit hoher Wiederholgenauigkeit zum Einsatz gelangt. Die
Einsatzmöglichkeiten derartiger Verbindungselemente sind sehr vielseitig und nicht auf konkrete Einsatzbeispiele beschränkt. Denkbar ist der Einsatz im allgemeinen Maschinenbau, beispielsweise bei der Verbindung hochtouriger Verdichter und Turbinenlaufräder mit der Rotorwelle, Zahnrädersätze oder Kurbelwellen. Eine Leistungssteigerung kann dabei bei gleichem Volumen dort erzielt werden, wo herkömmliche Schraubverbindungen, z. B. bei Flanschen, Naben und Wellen, die Grenze der Übertragungsfähigkeit erreicht oder sogar überschritten haben. Auch kann mit einer derartigen Verbindung ein Gewinn an Volumen und Masse dort erzielt werden, wo der Raum bereits stark begrenzt ist. Die Montage gestaltet
sich aufgrund der Zentrierwirkung sehr einfach, des weiteren sind derartig gestaltete Bauteile sehr leicht austauschbar.
Zur Realisierung einer Drehmomentenübertragung und Kompensation der aufgrund der dabei wirkenden Umfangskraft auftretenden Axialkräfte ist die
Verbindung zweier Maschinenelemente mit zueinander komplementärer Hirth- Verzahnung in der Regel axial vorgespannt. Zu diesem Zweck werden zusätzlich zur formschlüssigen und selbstzentrierenden Verbindung Mittel eingesetzt, welche eine axiale Verspannung der beiden miteinander zu koppelnden Maschinenelemente ermöglichen. Unter axialer Verspannung wird dabei die Erzeugung einer Verspannung mit wenigstens einer Komponente in Richtung parallel zur Rotationsachse der Maschinenelemente verstanden. Als Mittel kommen hauptsächlich Schraubverbindungen sowie Zuganker zum Einsatz. Diese bedingen neben einer zusätzlichen Gewichtszunahme auch einen erhöhten Bedarf an Bauraum, was bereits im Vorfeld entsprechend dem
Einsatzzweck bei der Auslegung der Verbindung mit einzukalkulieren ist.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine formschlüssige Verbindung mittels einer Hirth-Verzahnung derart weiterzuentwickeln, daß die genannten Nachteile vermieden werden, insbesondere daß die erhöhten
Anforderungen bezüglich eines minimalen Bauraumes und Gewichtes erfüllt werden können. Der konstruktive Aufwand ist dabei so gering wie möglich zu halten.
Die erfindungsgemäße Lösung ist durch die Merkmale des Anspruchs 1 charakterisiert. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen wiedergegeben.
Demnach wird eine Hirth-Verzahnung bzw. ein mit einer Hirth-Verzahnung versehenes Maschinenelement zur Übertragung von Drehmoment auf ein anderes mit einer komplementären Hirth-Verzahnung versehenes zweites
Maschinenelemeπt durch Realisierung einer formschlüssigen Verbindung zwischen beiden derart ausgeführt, daß wenigstens ein oder wenigstens einzelne Verzahnungselemente unsymmetrisch ausgeführt sind, d.h. eine unsymmetrische Geometrie hinsichtlich des Zahnprofiles aufweisen. Unter einer Hirth-Verzahnung wird dabei eine Verzahnung verstanden, welche vorzugsweise bei rotierenden Bauelementen eingesetzt wird und derart ausgeführt ist, daß die geometrischen Linien der Stirn-Verzahnung keilförmig ausgebildet werden und zentral in einem Punkt zusammenführen, welcher auf der Symmetrieachse bzw. Rotationsachse des Maschinenelementes angeordnet ist. Bei der Verzahnung selbst handelt es sich um eine
Keilverzahnung, deren einzelne Flanken sich im wesentlichen mittels jeweils einer Ebene beschreiben lassen. Die Verzahnung selbst ist in Umfangsrichtung des rotierenden Bauteiles angeordnet. Die einzelnen Verzahnungselemente erstrecken sich in radialer Richtung bezogen auf die Rotationsachse, die Flanken sind jeweils in Umfangsrichtung ausgerichtet. Die
Zahnhöhe differiert in radialer Richtung von der Rotationsachse betrachtet bezüglich der Höhe und Abmessungen des einzelnen Verzahnungselementes und der Abmessung der Verzahnung. Die Verzahnung ist zum zentralen Mittelpunkt bzw. zur Rotationsachse hin geneigt ausgeführt.
Die Ausgestaltung einzelner Verzahnungselemente mit unsymmetrischer
Geometrie bietet entsprechend der Wahl der Drehrichtung den Vorteil, daß entweder
1. ein Teil, der bei der Drehmomentenübertragung infolge der Umfangskraft auftretenden Axialkraft von der formschlüssigen und selbstzentrierenden Verbindung der Hirth-Verzahnung kompensiert werden kann, wobei diser Teil eine Funktion der Anzahl der Kompensationsstellen, d. h. der entsprechend gestalteten Verzahnungselemente, und/oder der Geometrie der einzelnen Verzahnungselemente ist;
2. Verwendung als Sicherheitskupplung in Form einer Überholkupplung, bei welcher bei Überschreiten einer entsprechend der Geometrie vordefinierten Axialkraft die Flanken der beiden miteinander in Eingriff stehenden Hirth-Verzahnungen der beiden zu koppelnden Maschinenelemente aufeinander abgleiten.
Der unsymmetrische Aufbau wird dadurch erreicht, daß jeweils eine erste Flanke der einzelnen Verzahnungselemente steiler ausgeführt ist als die andere zweite Flanke. Die Lage der Flanken ist dabei über den Flankenwinkel beschreibbar, welcher sich durch die durch die einzelne Flanke beschreibbare
Ebene und einer senkrecht zur Kopfhöhenlinie der Verzahnung bzw. des Verzahnungselementes verlaufenden Ebene, welche sich durch eine Linie, die senkrecht zur Rotationsachse verläuft und durch die Kopfhöhenlinie verläuft, und die Rotationsachse beschreiben läßt. Die in einer Rotationsrichtung bzw. in Umfangsrichtung betrachtet erste vorzugsweise steilere Flanke nimmt dabei vorzugsweise einen Winkel zwischen 0° < 29° ein. Die zweite flachere Flanke eines Verzahnungselementes nimmt einen Winkel von 29 < 80°, vorzugsweise < 80° ein. Denkbar ist jedoch auch ein negativer Flankenwinkel, so daß im Betriebszustand ein Verhaken der Maschinenelemente erfolgt. Unter Winkel der Flanken wird dabei der Winkel verstanden, welcher sich zwischen der
Ebene, welche durch die Flanke beschrieben wird, und einer weiteren Ebene, die senkrecht auf der Rotationsachse steht und sich durch die Flanke erstreckt, verstanden. Diese Ebene kann auch durch die Mittel- bzw. Rotationsachse und eine Flankenlinie des einzelnen Verzahnungselementes beschrieben werden. Der Winkel kann des weiteren wie folgt beschrieben werden:
90° - Winkel a. oder 90° - Winkel α2, wobei α1 und α2 die Flankenneigung gegenüber der Kopfhöhenlinie darstellen.
Im ersten Fall, d. h. zur Kompensation der auftretenden Axialkräfte, erfolgt die Drehrichtung derart, daß die Fläche der Verzahnungsflanke mit der steileren Flanke in Umfangsrichtung entgegen der Drehrichtung weist bzw. gerichtet ist. In einer bevorzugten Ausführung wird die steilere Flanke als gerade Flanke, d.h. mit einem Winkel von 90° gegenüber der Kopflinie ausgeführt, so daß ein Flankeπwinkel von 0° erzielt wird. Diese Ausführung zeichnet sich neben der Realisierung der Funktion der Selbstzentrierung der einzelnen miteinander zu koppelnden Maschinenelemente mit Hirth-Stimverzahnung durch einen geringen fertigungstechnischen Aufwand aus.
Im zweiten Fall, d.h. beim Einsatz der Hirth-Verzahnung für Verbindungen, welche als Sicherheits- bzw. Überholkupplung funktionieren, erfolgt die Ausgestaltung der einzelnen Verzahnungseiemente derart, daß die steilere Flanke in Umfangsrichtung betrachtet in Richtung der Drehrichtung weist. In diesem Fall erfolgt entsprechend der Auslegung der Geometrie der einzelnen
Verzahnung, insbesondere der flacheren Flanke, ein Abgleiten der Flanken der miteinander in Eingriff stehenden Verzahnungen der beiden Maschinenteile bei Überschreitung einer bestimmten vordefinierten Axialkraft.
Zwischen den einzelnen, in Umfangsrichtung einander benachbarten
Verzahnungen ist ein Zahngrund, vorzugsweise in gerundeter Form, eingearbeitet. Der Zahnkopf der Hirth-Verzahnung ist vorzugsweise als ebene Fläche ausgeführt.
Für die Anordnung und Ausgestaltung der einzelnen Verzahnungselemente ergeben sich eine Vielzahl von Einsatzmöglichkeiten. Zu diesen gehören:
1. Anordnung der einzelnen Verzahnungselemente in Umfangsrichtung, bezogen auf die Rotationsachse des Maschinenelementes über den gesamten Umfang;
2. Anordnung einzelner Verzahnungselemente in Teilbereichen, bezogen auf die Umfangsrichtung.
Im erstgenannten Fall besteht vorzugsweise die Möglichkeit, die einzelnen Verzahnungselemente hinsichtlich ihrer Geometrie analog auszugestalten, so daß sich in Umfangsrichtung auf einem Durchmesser, bezogen auf die Rotationsachse, ein Zahnkranz ausbildet. Diese Möglichkeit stellt eine bevorzugte Ausführung dar, welche sich durch eine einfache Herstellung auszeichnet sowie durch die entsprechende Anzahl der zur Verfügung stehenden Flanken eine optimale Kompensation der Axialkraft ermöglicht.
Im zweiten Fall können einzelne Verzahnungselemente entweder zu einem einzelnen Verzahnungselement bzw. formschlüssigen Verbiπdungselement zusammengefaßt werden oder aber Teilbereiche über den Umfang betrachtet gänzlichst frei von Verzahnungen ausgeführt werden. Zusätzlich dazu können die Verzahnungselemente eine einheitliche oder unterschiedliche Geometrie aufweisen. Beim Versehen von Lückenbereichen oder aus mehreren einzelnen Elementen zusammengefaßten Verzahnungselementen ist jedoch zu berücksichtigen, daß das Gegenelement entsprechend auszuführen ist. Dafür ergeben sich eine Vielzahl von Möglichkeiten. Eine erste Möglichkeit besteht in der jeweils zueinander komplementären Ausführung von Lückenbereich und Verzahnungssegmeπt, so daß im wesentlichen auch in diesen Bereichen ein Anliegen der beiden Maschinenelemente über größere Flächen erfolgt. Des weiteren können die aus mehreren Verzahnungselementen zusammengefaßten Verzahnungselemente mit einer geringeren Kopfhöhe als die diesen benachbarten Verzahnungselemente am selben Maschinenelement ausgebildet werden, so daß entweder in diesem Bereich ein flächiges Aufeinanderliegen der beiden miteinander zu koppelnden Maschinenelemente erzielt wird, wobei dieser Bereich optimal für die Unterbringung bzw. Anordnung von Verbindungselementen genutzt werden kann, oder aber größere Freiräume zwischen beiden Maschinenelementen bestehen bleiben.
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Die Ausgestaltung, Geometrie und/oder die Festlegung Abmaße der einzelnen Verzahnungselemente können bei den unterschiedlichen Ausführungsvarianten analog zu anderen Verzahnungselementen erfolgen, vorzugsweise werden die Verzahnungselemente mit einer einheitlichen Geometrie und einheitlichen Abmaßen hergestellt. Eine weitere Möglichkeit besteht jedoch auch darin, einzelne Verzahnungselemente hinsichtlich ihrer Geometrie und/oder ihrer Abmessungen unterschiedlich voneinander auszugestalten.
Vorzugsweise werden die unsymmetrisch ausgeführten Verzahnungen derart hinsichtlich ihrer Geometrie ausgelegt, daß in gleicher Richtung ausgerichtete Flanken, wobei sich die Richtung durch den Verlauf der Flankenebene beschreiben läßt, jeweils in eine Richtung bezogen auf die Umfangsrichtung weisen. Bei gleicher Ausrichtung der Flanken wird in Abhängigkeit der Rotationsrichtung die Funktion festgelegt. Steilere Flanken, als jeweils erste
Flanken in Umfangsrichtung bei Rotation betrachtet, bewirken eine Verspannung. Steilere Flanken, als zweite Flanke eines Verzahnungselementes in Umfangsrichtung bei Rotation betrachtet, dienen der Realisierung der zweiten Funktion als Überholkupplung. Es besteht jedoch auch die im einzelnen nicht weiter erläuterte theoretische Möglichkeit, die einzelnen Verzahnungselemente derart hinsichtlich ihrer Geometrie und/oder Abmessungen zu gestalten, daß sowohl eine Abstützung von Axialkraftkomponenten in einer als auch in der anderen Drehrichtung des Maschinenelementes möglich ist. Dies wird vorzugsweise dadurch erreicht, daß in Umfangsrichtung des Maschinenelementes betrachtet einzelne
Segmente geschaffen werden, die mit Verzahnungen unterschiedlicher Verzahnungsgeometrie versehen werden, insbesondere deren Flankenebeneπ in Umfangsrichtung betrachtet, entgegengesetzt zueinander ausgerichtet sind. Eine derartige Ausführung setzt jedoch vorab einen erhöhten fertigungstechnischen Aufwand voraus, welcher jedoch durch die universelle
Einsetzbarkeit unabhängig von der Drehrichtung wieder kompensiert wird.
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Die Fertigung der unsymmetrisch ausgeführten Verzahnung kann mittels Fräser oder Schleifscheiben erfolgen. Des weiteren ist es möglich, die einzelnen Verzahnungen im Gesenk geschmiedet, durch Stoßen, Sinterverfahren sowie Walzverfahren herzustellen. In diesem Fall kann zusätzlich noch eine Schlagverfestigung erfolgen. Auch mit der unsymmetrisch gestalteten Hirth-Verzahnung werden die Funktionen der Drehmoment-/Drehzahlübertragung sowie der Erhöhung der Genauigkeit und der Wiederholbarkeit optimal erfüllt. Die Beanspruchungen können durch entsprechend ausgelegte Flächenpressungen minimiert werden. Die Anwendungsfälle selbst können sehr vielgestaltig ausgeführt sein. Dabei ist es unerheblich, in welcher Einbaulage sich die Maschinenelemente und damit die Ausrichtung der Hirth-Stimverzahnung befindet. Stellvertretend seien als mögliche Einsatzbeispiele der Einsatz in Gelenkwellensträπgen, als Verbindungs- und Leistungsübertragungselement für den Einsatz in Kernreaktoren, Kreiselmaschinen, z.B. Verdichter, Ventilatoren sowie im
Werkzeugmaschinenbau genannt.
Die konkrete Auswahl der Geometrie des einzelnen Verzahnungselementes, der gesamten Verzahnung in Umfangsrichtung, insbesondere die Nutzung der Möglichkeit des Zusammenfassens einzelner Verzahnungselemente zu einem
Verzahnungselement bzw. die Möglichkeit der Ausführung von Verzahnungsanordnungen mit Lückenbereichen, ist vom konkreten Einsatzfall und den dort auftretenden Belastungen abhängig und liegt daher im Ermessen des zuständigen Fachmannes. Mittels der erfindungsgemäßen Lösung werden die Vorteile einer Hirth-Stimverzahnung weiterhin optimal genutzt, wobei zusätzlich die Möglichkeit besteht, die zur Vorspannung der beiden miteinander zu koppelnden Maschinenelemente erforderlichen Axialkräfte erheblich zu reduzieren und somit auch die Anzahl der erforderlichen Mittel zum Aufbringen dieser Vorspannkraft für eine bestimmte Drehrichtung reduziert werden kann, und des weiteren bei gleicher
Ausrichtung der Flanken der aufeinanderfolgenden Verzahnungselemente in
der anderen zweiten Drehrichtung das gleiche Verbindungselement als Sicherheitskupplung verwendet werden kann.
Die erfindungsgemäße Lösung wird nachfolgend anhand von Figuren erläutert. Darin ist im einzelnen folgendes dargestellt:
Fig. 1a stellt eine mögliche Ausführung einer erfindungsgemäß gestalteten Hirth-Stirnverzahnung zur Realisierung einer formschlüssigen und selbstzentrierenden Verbindung zwischen zwei miteinander zu koppelnden Maschinenteilen anhand eines
Ausschnittes aus beiden dar;
Fig. 1 b verdeutlicht die Flankenneigung des das einzelne
Verzahnungselement beschreibenden Winkels in abgewickelter Darstellung einzelner aufeinanderfolgender
Verzahnungselemente entsprechend Fig. 1a;
Fig. 2 verdeutlicht eine Ausführung mit erfindungsgemäß gestalteten unsymmetrischen Verzahnungselementen, wobei die Verzahnung Teilbereiche aufweist, welche sich durch die Zusammenfassung einzelner einander benachbarter Verzahnungselemente zu einem einzigen Verzahnungselement auszeichnen;
Fig. 3 verdeutlicht eine weitere Ausführungsmöglichkeit eines Maschinenelementes mit erfindungsgemäß gestalteter Hirth-
Stirnverzahnung, wobei die in Umfangsrichtung verlaufende Verzahnung Lückenbereiche aufweist, welche frei von Verzahnungselementen sind;
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Fig. 4 verdeutlicht eine Ausführung eines Maschinenelementes mit
Eignung für beliebige Drehrichtung durch Verwendung einzelner Segmente unterschiedlicher Geometrie und Ausrichtung;
Fig. 5 verdeutlicht eine Ausführung mit negativem Flankenwinkel.
Die Figur 1a verdeutlicht anhand eines Ausführungsbeispiels in vereinfachter Darstellung das Grundprinzip der erfindungsgemäß gestalteten Hirth- Stirnverzahnung 1. Zwei miteinander zum Zwecke der Drehmomenteπübertraguπg zu koppelnde Maschiπenelemente, ein erstes
Maschinenelement 2, welches mit einer hier im einzelnen nicht dargestellten Antriebsmaschine wenigstens mittelbar koppelbar ist und ein zweites Maschinenelement 2', welches mit einem, hier im einzelnen nicht dargestellten Abtrieb wenigstens mittelbar koppelbar ist, sind mit jeweils zueinander komplementär ausgebildeten Hirth-Stimverzahnungen 1 bzw. 1 ' ausgestaltet. Die Hirth-Stirnverzahnung 1 bzw. 1' basiert auf der Grundidee, daß alle geometrischen Linien einer Stirnverzahnung keilförmig ausgeführt werden und zentral in einem Punkt, hier dem Punkt G, zusammenlaufen. Diese einzelnen geometrischen Linien sind in der Figur 1a für drei Verzahnungselemente beispielhaft eingezeichnet. Die drei
Verzahnungselemente sind dabei mit 3, 4 und 5 bezeichnet. Die entsprechenden geometrischen Linien sind jeweils mit 3', 4', 5' bzw. 3", 4" und 5" bzw. 3'", 4'" und 5"' bzeichnet. Diese geometrischen Linien werden durch die Schnittpunkte der die Flanken beschreibenden und verlängernden theoretisch gedachten Linien am einzelnen Verzahnungselement sowie der
Schnittpunkte der theoretischen die Flanken verlängernden Linien mit einer, parallel zur Zahnhöhe ZH in Umfangsrichtung verlaufenden Grundlinie GL beschreibbar. Im dargestellten Fall sind die einzelnen Flanken des einzelnen Verzahnungselementes - eine erste Flanke und eine zweite Flanke - jeweils für die beispielhaft bezeichneten Verzahnungselemente 3, 4 bzw. 5 mit 3a, 4a bzw. 5a und 3b, 4b bzw. 5b bezeichnet. Die die Flanken 3a, 4a bzw. 5a und
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3b, 4b bzw. 5b bei Projezierung des Querschnittes in eine Ebene beschreibenden theoretischen Linien sind mit 6, 6' bzw. 6" und 7, 7' bzw. 7" bezeichnet. Die mit 6 bezeichneten theoretischen Linien sind dabei den Flanken 3a, 4a bzw. 5a zugeordnet, und die mit 7 bezeichnete theoretische Linie beschreibt die Flanken 3b, 4b bzw. 5b.
Die erfindungsgemäß ausgestaltete Hirth-Stirnverzahnung 1 bzw. 1 ' ist dadurch charakterisiert, daß das einzelne Verzahnungselement unsymmetrisch ausgestaltet ist. Dies bedeutet, daß die einzelnen Flanken, hier stellvertretend die Flanken 3a bzw. 3b, 4a bzw. 4b und 5a bzw. 5b der einzelnen Verzahnungselemente, hier 3, 4 bzw. 5 in unterschiedlichem Winkel zueinander verlaufen. Vorzugsweise sind, wie in der Figur 1a dargestellt, die einzelnen Verzahnungselemente, welche über den Umfang U des ersten bzw. zweiten Maschinenelementes 2 bzw. 2' in vorzugsweise gleichmäßigen Abständen zueinander angeordnet sind, mit derselben Geometrie aufgebaut.
Dies bedeutet im einzelnen, daß die Abstände zwischen zwei beliebig ausgewählten und bezogen auf die Rotations- bzw. Mittelachse auf einem gemeinsamen Durchmesser liegenden Punkten zweier benachbarter Verzahnungselemente konstant sind. Die Figur 1a verdeutlicht dies beispielhaft für die einzelnen Verzahnungselemente 9 bzw. 10 anhand der
Punkte 11 und 12, der Abstand ist mit a bezeichnet. Dies gilt in Analogie auch für die Abstände zwischen den einzelnen gleichgerichteten Flanken, beispielhaft 3a, 4a, 9a, 10a, 5a bzw. beispielhaft 3b, 4b, 9b, 10b, 5b der einzelnen in Umfangsrichtung aufeinanderfolgenden bzw. benachbarten Verzahnungselemente.
Zum Zwecke der Drehmomentenübertragung zwischen dem ersten Maschinenteil 2 und dem zweiten Maschinenteil 2' werden die Hirth- Stimverzahnungen 1 bzw. 1 ', die komplementär zueinander ausgeführt sind, miteinander in Eingriff gebracht. Die Hirth-Stirnverzahnung 1 bzw. 1 ' an den einzelnen Maschinenelementen 2 bzw. 2' ermöglicht eine formschlüssige
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Verbindung zwischen diesen. Die erfindungsgemäße unsymmetrische Ausgestaltung bewirkt, daß eine Kraftkomponente, welche der axialen Vorspannungskraft zur Vorspannung der beiden Maschinenelemente 2 bzw. 2' wenigstens teilweise entspricht, erzeugt wird. Dazu ist es jedoch erforderlich, die Geometrie der Verzahnungen entsprechend der Drehrichtung auszugestalten. Diese Geometrie wird im wesentlichen durch die Winkel der Flanken bestimmt. Die Flanken 3a, 4a bzw. 5a beschreiben über ihre Erstreckung b in radialer Richtung zum zentralen Mittelpunkt G, welcher gleichzeitig auf der Symmetrieachse bzw. Rotationsachse des Maschinenelementes 2 bzw. 2' liegt, jeweils eine Ebene E13a, E14a bzw. E15a bzw. E23b, E24b und E25b. Der Winkel der Flanken läßt sich dann als Winkel dieser Ebenen E1 bzw. E2 gegenüber der die Kopfhöhe ZH des einzelnen Verzahnungselementes beschreibenden Linie darstellen.
In der Figur 1 b ist zu diesem Zweck ein Ausschnitt aus der Hirth-
Stirnverzahnung 1 des Maschinenelementes 2 in Umfangsrichtung in abgewickelter Form dargestellt. Stellvertretend sind hier die beiden in Umfangsrichtung benachbarten Verzahnungselemente 4 und 9 dargestellt. Die die Kopfhöhe ZH beschreibende Linie verläuft dabei immer in einer Ebene, welche senkrecht zu einer durch die Symmetrieebene des
Maschineneiementes 2 bzw. 2' gelegten Ebene, welche durch die Symmetrieachse S und eine senkrecht zu dieser verlaufenden Linie beschrieben werden kann, verläuft. Der Winkel der durch die Flanken beschriebene Ebenen E1 bzw. E2 mit der die Kopfhöhe ZH beschreibenden Linie dient der Beschreibung der Geometrie der Verzahnungen. Im dargestellten Fall ist der Winkel der Flanke 4a bzw. 9a mit der Ebene bzw. der Kopflinie ZH mit α1 und der Winkel der Flanke 4b bzw. 9b mit der Ebene bzw. Kopflinie mit α2 bezeichnet.
Durch Subtraktion 90° - a. bzw. 90° - α2 ergibt sich der Flankenwinkel.
Vorzugsweise sind, wie in der Figur 1a dargestellt, die einzelnen
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Verzahnungselemente, welche in Umfangsrichtung des Maschineπelementes 2 aufeinanderfolgen, mit der gleichen Geometrie ausgestaltet. Die Größe der durch die Geometrie der Verzahnung aufgebrachten axialen Vorspannkräfte, welche zur Drehmomentenübertragung zwischen den beiden Maschinenelementen 2 bzw. 2' erforderlich sind, ist dabei eine Funktion der
Anzahl der Verzahnungselemente und der Geometrie, insbesondere der Winkel der einzelnen Flanken. Vorzugsweise wird die steilere Flanke von beiden Flanken mit einem Flankenwinkel zwischen 0 Grad und 29 Grad und der Winkel der flacheren Flanken mit einem Winkel zwischen 30 und 80 Grad ausgeführt. Vorzugsweise erfolgt die Auswahl der Größe der Winkel derart, daß diese unterhalb der Selbsthemmungsgrenze liegen. Es ist jedoch auch denkbar, für die steilere Flanke einen negativen Flankenwinkel zu erhalten.
Es besteht theoretisch auch die hier im einzelnen nicht dargestellte Möglichkeit, die einzelnen, in Umfangsrichtung des Maschiπenelementes 2 bzw. 2' einander benachbarten Verzahnungselemente mit unterschiedlicher Geometrie auszuführen, wobei die in Umfangsrichtung aufeinanderfolgenden ersten bzw. zweiten Flanken zwei einander benachbarter Verzahnungselemente gleich ausgerichtet sind.
Die erfindungsgemäße unsymmetrische Ausgestaltung der in Umfangsrichtung der Maschinenelemente aufeinanderfolgenden Verzahnungselemente, welche eine Reduktion der zur Vorspannung der beiden Maschinenelemente in axialer Richtung gegeneinander erforderlichen Axialkräfte bewirken, ermöglicht es, daß auf die Verwendung zusätzlicher
Mittel zur Erzeugung der axialen Vorspannkraft zwischen den beiden Maschinenelementen 2 bzw. 2' verzichtet werden kann. Die Richtung der axialen Vorspannkräfte ist dabei durch eine Parallele zur Symmetrieachse bzw. im Betrieb der Rotationsachse der Maschinenelemente 2 bzw. 2' beschrieben. Da der Einsatz der zur Erzeugung der axialen Vorspannkraft erforderlichen Mittel weitestgehend reduziert werden kann, entfallen
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zusätzliche konstruktive Maßnahmen an den einzelnen Maschinenelementen 2 bzw. 2' zur Aufnahme dieser Mittel, beispielsweise in Form von Bohrungen, welche auch im Bereich der Verzahnung der Maschinenelemente angeordnet sein können. Dies bietet den Vorteil, daß die Verzahnung vollständig zur Leistungs-, insbesondere Drehmomentenübertragung genutzt werden kann.
Da sich an der Grundidee, alle geometrischen Linien einer Stirn-Verzahnung keilförmig auszubilden und zentral an einem Punkt zusammenzuführen und die Stirnflächen zum Erreichen einer durch Parallelen begrenzten Zahnkopffläche konisch gedreht sind, d.h. die Zahnkopfflächen mit parallen
Seitenlinien auszuführen, nichts geändert hat, können auch die Vorteile der konventionell gestalteten Hirth-Stirnverzahnung mit der erfindungsgemäßen Lösung erzielt werden. Die erfindungsgemäße geometrische Ausgestaltung ermöglicht ebenfalls die Herstellung einer formschlüssigen selbstzentrierenden Verbindung. Die Hirth-Stirnverzahnung als formschlüssiges, selbstzentrierendes Verbindungselement kann dabei als raumsparendes Teilelement mit hoher Teilgenauigkeit oder als Fixierelement mit hoher Wiederholgenauigkeit eingesetzt werden. Die Montage selbst gestaltet sich relativ einfach, und einzelne Maschinenelemeπte sind leicht austauschbar.
Die Figur 2 verdeutlicht eine weitere Ausgestaltungsmöglichkeit der erfindungsgemäß gestalteten Hirth-Stirnverzahnung. Das Grundprinzip und der Grundaufbau der Hirth-Stirnverzahnung, insbesondere der einzelnen Verzahnungseiemente, entspricht im wesentlichen dem in der Figur 1 beschriebenen, weshalb bei gleichen Elementen die gleichen Bezugszeichen verwendet werden. Der entscheidende Unterschied besteht darin, daß in Umfangsrichtung des Maschinenelementes 2 die einzelnen Verzahnungselemente nicht mit der gleichen Geometrie ausgeführt sind. Die Lösung entsprechend der Figur 2 zeichnet sich dadurch aus, daß einzelne
Verzahnungselemente entsprechend der Figur 1a zu einem einzelnen
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Verzahnungselement zusammengefaßt werden. Im dargestellten Fall sind dies die beiden Verzahnungselemente 14 und 15. Diese weisen vorzugsweise bezüglich ihrer Flanken 14a bzw. 15a und 14b bzw. 15b die gleichen Winkel wie die der anderen einander benachbarten Verzahnungselemente auf, jedoch bilden diese jeweils eine Anschlagfläche, hier mit 16 für das
Verzahπungselement 14 und 17 für das Verzahnuπgselement 15 bezeichnet, für eine entsprechende Anschlagfläche an dem mit dem Maschinenteil 2 zu koppelnden Maschinenelement 2'. Diese Anschlagfläche 16 bzw. 17 wird von der Kopffläche dieses in Umfangsrichtung verbreiterten Verzahnungselementes 14 bzw. 15 gebildet. Vorzugsweise werden diese
Bereiche bei Rotation symmetrisch gestalteter Elemente zur Aufnahme der zum Zusammenhalt der einzelnen Maschinenelemente 2 bzw. 2' erforderlichen Mittel vorzusehenden Bohrungen bzw. Gewinde genutzt. Die in der Figur 2 beschriebene Ausführung der Zusammenfassung einzelner Verzahnungselemente zu einem Verzahnungselement mit anderen
Abmessungen gegenüber den restlichen verbleibenden Verzahnungselementen stellt nur eine mögliche Ausführung von vielen dar. Entsprechend des Einsatzfalles kann die Zusammenfassung hinsichtlich der Anzahl der zusammenzufassenden Verzahnungselemente sowie der Anzahl der vorzunehmenden Erfassungen variieren. Zusätzlich besteht die
Möglichkeit, die einzelnen Verzahnungselemente, auch die durch Zusammenfassung entstandenen, mit unterschiedlicher Geometrie zueinander auszugestalten. Insbesondere können die einzelnen Verzahnungen hinsichtlich der Winkel der Flanken differieren.
Die in den Figuren 1 und 2 beschriebenen Ausführungen der erfindungsgemäßen Ausgestaltung einer Hirth-Stirnverzahnung wird vorzugsweise für die formschlüssige Kopplung zweier Maschinenelemente 2 bzw. 2' zur Verminderung der axialen Vorspannkräfte beim Betrieb in einer Drehrichtung verwendet. Diese Rotationsrichtung ist in der Figur 1 eingezeichnet. In diesem Fall kann die Anzahl der Mittel zum Aufbringen einer
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axialen Vorspannkraft zwischen den beiden Maschinenelementen 2 bzw. 2' stark reduziert werden. Bei einem Winkel der in Rotationsrichtung ersten Flanke von 0 Grad kann u. U. entsprechend des Einsatzfalles gänzlich auf zusätzliche Mittel zum Aufbringen einer axialen Vorspannkraft zwischen den beiden miteinander zu koppelnden Maschinenelementen verzichtet werden.
Es ist jedoch auch denkbar, für die steile Flanke einen negativen Winkel zu verwenden. Es kommt dann zum Einhaken des zweiten Maschinenelementes in das erste Maschinenelement. Diese Möglichkeit ist in Fig. 5 dargestellt.
Die erfindungsgemäße unsymmetrische Ausgestaltung der Hirth-
Stirnverzahnung bietet des weiteren die Möglichkeit, die beiden mit zueinander komplementären Verzahnungen ausgeführten Maschinenelemente als Sicherheitskupplungen in Form einer sogenannten Überholkupplung einzusetzen. Dies ist dann der Fall, wenn der Einsatz zum Zwecke de Drehmomentenübertragung bei einer Rotationsrichtung des ersten
Maschinenteiles 2 entgegen der in der Figur 1a eingezeichneten erfolgt. Entsprechend der Größe der auftretenden Axialkräfte kann in diesem Fall ein Gleiten der einzelnen aufeinand erlieg enden Flanken der beiden mit zueinander komplementären Verzahnungen 1 bzw. 1 ' versehenen Maschinenelemente 2 und 2' erfolgen. Das Abgleiten erfolgt an der flacheren
Flanke, welche dann in Rotationsrichtung die erste Flanke des einzelnen Verzahnungselementes ist.
Die erfindungsgemäße Lösung ist als Verbindungselement in einer Vielzahl von Einsatzbeispielen zur Drehmomentenübertragung verwendbar. Die konkrete Ausgestaltung, d.h. die Auslegung der Geometrie sowie die Anordnung an den einzelnen miteinander zu koppelnden Elementen und die Wahl der Einbaulage erfolgt entsprechend dem konkreten Einsatzfall. Die in den Figuren 1 und 2 dargestellten Ausführungsmöglichkeiten dienen lediglich der Verdeutlichung des Grundprinzips der Wirkungsweise einer
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unsymmetrisch gestalteten Hirth-Stirnverzahnung und sind damit keinesfalls als Beschränkung auf diese beiden Ausführungsbeispiele gedacht.
Eine weitere Möglichkeit der Ausgestaltung eines Maschinenelementes mit der erfindungsgemäß gestalteten Hirth-Stirnverzahnung ist in der Figur 3 dargestellt. Daraus wird ersichtlich, daß es keineswegs erforderlich ist, die einzelnen Verzahnungselemente in Umfangsrichtung des einzelnen Maschinenelementes 2 mit konstantem Abstand und der gleichen Geometrie zu versehen. Auch hier bilden die einzelnen Verzahnungselemente Verzahnungssegmente entsprechend der Figur 2, wobei jedoch in der Figur 3 keine einzelnen Verzahnungselemente zu einem Verzahnuπgselement zusammengefaßt werden, sondern Verzahnungselemente aus dem Verzahnungskranz herausgenommen werden. Es entstehen dann sogenannte in Umfangsrichtung des Maschiπenelementes angeordnete Segmente, die frei von einer Verzahnung sind. Diese sind hier stellvertretend mit 18, 19, 20 und
21 bezeichnet. Dabei umfaßt das Verzahnungssegment 19 mehrere einzelne Verzahnungselemente. Die Auslegung der Geometrie der einzelnen Verzahnungselemente, die zwischen den Verzahnungselementen angeordnet sind, der Verzahnungssegmente sowie der Anzahl der Verzahnungssegmente erfolgt entsprechend den konkreten Einsatzerfordernissen des Einzelfalls.
Die Figur 4 verdeutlicht in schematisch vereinfachter Darstellung anhand eines Maschinenelementes 2.4 eine weitere Ausführung für eine erfindungsgemäß gestaltete unsymmetrisch Hirth-Stirnverzahnung. Es wurde nur ein Maschinenelement dargestellt, daß zweite ist komplementär zum ersten hinsichtlich der Verzahnung ausgeführt. Beide Maschinenelemente 2.4 und das mit komplementärer Verzahnung ausgeführte und hier nicht dargestellte zweite Maschinenelement umfassen dazu Bereiche, welche auch als Segmente 23 bzw. 24 und 25 bzw. 26 bezeichnet werden können, die dadurch gekennzeichnet sind, daß die einzelnen Verzahπungselemente hinsichtlich ihrer Ausrichtung unterschiedlich bzw. entgegengesetzt
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ausgerichtet sind. Das Segment 25 des Maschinenelementes 2.4 umfaßt die Verzahnungselemente 27, 28, 29, 30, 31 , das Segment 26 die Verzahnungselemente 32 bis 36. Bezogen auf die Rotationsrichtung sind die Flanken der Verzahnungselemente 32 bis 36 wenigstens hinsichtlich der flacheren Flanke entgegengesetzt zu denen der Verzahnungselemente 27 bis
31 ausgerichtet. Diese Aussage gilt auch für die Segmente 23 und 24. Das zum Maschinenelement 2.4 komplementäre und hier nicht dargestellt Maschinenelement weist die entsprechend komplementäre Verzahnung auf. Die unterschiedlich ausgerichteten Verzahnungssegmente ermöglichen es, daß eine axiale Vorspannkraft unabhängig von der Drehrichtuπg des
Maschinenelementes, insbesondere des Maschinenelementes auf der Antriebsseite, hier mit 2.4 bezeichnet, unabhängig von der Drehrichtung eingesetzt werden kann. Dazu ist es jedoch erforderlich, um überhaupt eine formflüssige Verbindung zwischen den zueinander komplementären Verzahnungssegmenten der einzelnen Maschinenelemente 2.4 zu realisieren, den Übergangsbereich zwischen zwei unterschiedlich ausgerichteten Verzahnungssegmenten entsprechend zu gestalten. Dies kann beispielsweise mittels von Verzahnung freien Bereichen für das Maschinenelement 2.4 realisiert werden, während das andere komplementär verzahnte Maschinenelement dann einen, den von der Verzahnung freien Bereich am
Maschinenelement 2.4 ausfüllt oder einen Freiraum bildet. Die Lückenbereiche sind hier mit 37, 38, 39 und 40 bezeichnet.
Die in der Figur dargestellte Möglichkeit ist jedoch nur dann realisierbar, wenn kein negativer Flankenwinkel vorliegt. Vorzugsweise wird der Flankenwinkel der steileren Flanke ungleich 0° betragen.
Vorzugsweise werden die mit entgegengesetzt ausgerichteter Verzahnung ausgebildeten Segmente in Umfangsrichtung derart angeordnet, daß diese symmetrisch über den Umfang verteilt sind. Im vorliegenden Fall bedeutet
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dies eine analoge Ausführung der einander gegenüberliegenden Segmente 25 und 23 und 24 und 26.
Unter einem weiteren Aspekt zur Realisierung der Eignung einer Ausführung gemäß Fig. 4 lediglich für Links- oder Rechtslauf ohne Übertragung einer
Abhebekraft sollten die jeweils passiven Verzahnungselemente, beispielsweise 32-36 und die dazu komplementären Verzahnungselemente am gegenüberliegenden zu koppelnden Maschinenteil zurückgenommen werden (z.B. durch Abfräsen), damit durch die schräge Flanke der passiven Verzahnuπgselemente keine Abhebekraft entsteht, während lediglich die
Verzahnungselemente 27, 28, 29, 30 und 31 und die gegenüberliegenden Verzahnungselemente an der Drehmomentenübertragung beteiligt sind. Mit dieser Ausführung ist es möglich, je nach Montage mit gleichen Bauteilen Drehmoment im Rechts-oder Linkslauf ohne Abhebekraft zu übertragen. Eine weitere Ausgestaltungsmöglichkeit besteht in der Aufteilung der
Stirnverzahnung in vier Verzahnungssegmente mit jeweils gleich großen Lücken zur berührungsfreien Aufnahme der Verzahnungselemente des Gegenstückes.
Die Figur 5 verdeutlicht in schematisch vereinfachter Darstellung anhand eines
Maschinenelementes 2.5 eine weitere Ausführung für eine erfindungsgemäß gestaltete unsymmetrisch Hirth-Stirnverzahnung. Es wurde nur ein Maschinenelement dargestellt, das zweite ist komplementär zum ersten hinsichtlich der Verzahnung ausgeführt. Beide Maschinenelemente 2.5 und das mit komplementärer Verzahnung ausgeführte und hier nicht dargestellte zweite Maschinenelement umfassen Verzahnungselemente, hier mit 40 bezeichnet, die dadurch gekennzeichnet sind, daß die einzelnen Verzahnungselemente hinsichtlich der steileren Flanke einen negativen Flankenwinkel aufweisen, d.h. der Winkel Die Figur 4 verdeutlicht in schematisch vereinfachter Darstellung anhand eines Maschinenelementes 2.4 eine weitere Ausführung für eine erfindungsgemäß gestaltete unsymmetrisch
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Hirth-Stirnverzahnung. Es wurde nur ein Maschinenelement dargestellt, das zweite ist komplementär zum ersten hinsichtlich der Verzahnung ausgeführt. Beide Maschinenelemente 2.4 und das mit komplementärer Verzahnung ausgeführte und hier nicht dargestellte zweite Maschinenelement umfassen dazu Bereiche, welche auch als Segmente 23 bzw. 24 und 25 bzw. 26 bezeichnet werden können, die dadurch gekennzeichnet sind, daß die einzelnen Verzahnungselemente hinsichtlich ihrer Ausrichtung unterschiedlich bzw. entgegengesetzt ausgerichtet sind.
Claims
1. Hirth-stirnverzahntes Maschineπelement, dadurch gekennzeichnet, daß einzelne Verzahnungselemente (3, 4, 5, 27-31 , 32-36, 40) unsymmetrisch ausgeführt sind.
2. Hirth-stirnverzahntes Maschinenelemeπt nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß das einzelne Verzahnungselement (3, 4, 5, 27-31 , 32-36) einen ersten Flankenwinkel von 0 < 29 Grad und einen zweiten Flankenwinkel von 29 < 80 Grad aufweist, wobei der Flankenwinkel sich durch den Winkel der durch die Flanke beschriebenen Ebene (E13a, E14a, E15a, E23b, E24b, E25b) zu einer Ebene, welche der senkrecht zur Rotationssymmetrieebene verlaufenden Ebene entspricht und durch die Rotationssymmetrieachse (S) und die Flankeπlinie beschreibbar ist, charakterisiert ist.
3. Hirth-verzahntes Maschinenelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Flankenwinkel der steileren Flanke < 0° ist.
4. Hirth-stirnverzahntes Maschinenelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Verzahnungselemente (3, 4, 5, 27-31 , 32-36) die gleiche Geometrie aufweisen.
5. Hirth-stirnverzahntes Maschinenelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils die Flanke mit der flacheren Neigung in Umfangsrichtung betrachtet von der jeweils ersten Flanke des Verzahnungselementes gebildet wird.
6. Hirth-stirnverzahntes Maschinenelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl einzelner
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Verzahnungselemente zu einem einzigen Verzahnuπgselement (14, 16) unter Bildung einer Anschlagsfläche zusammengefaßt sind.
7. Hirth-stirnverzahntes Maschinenelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in Umfangsrichtung betrachtet wenigstens ein Teilbereich in der Verzahnung (18, 19, 20) vorgesehen ist, welche frei von Verzahnungselementen ist.
8. Hirth-verzahntes Maschinenelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl einzelner
Verzahnungselemente (27-31 , 32-36) zu einem Verzahnuπgssegment (25, 26, 23, 24) zusammengefaßt wird, welches dadurch charakterisiert ist, daß die Verzahnungselemente in den einzelnen Verzahnungssegmenten unterschiedlich hinsichtlich des Flankenwinkels ausgerichtet sind.
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Families Citing this family (5)
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Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US4431334A (en) * | 1982-04-25 | 1984-02-14 | Rockwell International Corporation | Power takeoff yoke shielding and engaging means |
DE3235796C2 (de) * | 1982-09-28 | 1984-09-27 | Festo-Maschinenfabrik Gottlieb Stoll, 7300 Esslingen | Anschlag- und Steuerungsvorrichtung für ein bewegbares Maschinenteil |
DE3807887A1 (de) * | 1988-03-10 | 1989-09-21 | Hertel Ag Werkzeuge Hartstoff | Werkzeugwechselhalter |
DE3942432C1 (en) * | 1989-12-21 | 1991-05-23 | Sgf Sueddeutsche Gelenkscheibenfabrik Gmbh & Co Kg, 8264 Waldkraiburg, De | Swivel joint coupling for vehicle drive shaft - includes rubber core with rigid sleeves through which fixing bolts pass |
DE19729660C1 (de) * | 1997-07-11 | 1998-08-27 | Butz Peter Verwaltung | Rückhalte- bzw. Trennvorrichtung für Kraftwagen, mit einer Rückhaltebahn |
-
1999
- 1999-02-11 WO PCT/EP1999/000893 patent/WO1999041513A1/de active Search and Examination
- 1999-02-11 EP EP99908876A patent/EP1053408A1/de not_active Withdrawn
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