WO2003029694A1

WO2003029694A1 - Verzahnung

Info

Publication number: WO2003029694A1
Application number: PCT/EP2002/009325
Authority: WO
Inventors: Franz-Josef Joachim
Original assignee: Zahnradfabrik Friedrichshafen
Filing date: 2002-08-21
Publication date: 2003-04-10
Also published as: DE10148400A1

Description

Verzahnung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verzahnung, bestehend aus einem ersten und einem zweiten wirkverbundenen und mit Zähnen versehenen Bauteil, beispielsweise ein Ritzel und ein Rad für ein Getriebe.

In der Getriebetechnik sind Evolventenverzahnungen bekanntlich weit verbreitet. Der Grund liegt in der einfachen Fertigung mit geradflankigen Werkzeugen, welche die geraden Eingriffslinien erzeugen sowie an der Unempfind- lichkeit gegenüber Achsabstandsänderungen. Ein Nachteil der Evolventenverzahnung ist der ungünstige Verlauf der Hertz- schen Pressung, die bei Eingriffsbeginn und Eingriffsende maximale Werte annimmt, wo auch die Gleitgeschwindigkeiten maximale Werte haben. Aus Zahnradlaufversuchen ist bekannt, daß die größte zulässige Hertz 'sehe Pressung bei der Gleitgeschwindigkeit Null, also im Wälzpunkt, vorliegt und daß mit wachsender Gleitgeschwindigkeit die zulässige Hertz- sche Pressung stark abnimmt.

Es hat daher bereits Versuche gegeben, den ungünstigen Pressungsverlauf der Evolventenverzahnung so umzukehren, daß damit eine höhere Flankenlebensdauer erreicht wird.

Hierzu sind Verzahnungen mit gekrümmten Eingriffslinien vorgeschlagen worden, welche jedoch zum Teil Nachteile in der Fertigung haben und empfindlich gegen Achsabstandsänderungen sind. Andererseits sind zur Vermeidung von "Kantenträgern" infolge von Fertigungsabweichungen und lastbedingten Verformungen in Getrieben die Zähne von Zahnrädern heute im allgemeinen mit geometrischen Flankenlinien-Korrekturen versehen. Üblich sind sowohl Zähne mit Balligkeiten als auch mit Endrücknahmen, insbesondere in Großgetrieben. Im allgemeinen ist ein Rad einer Verzahnung mit einer entsprechenden Balligkeit oder auch einer Endrücknahme versehen und das Gegenrad ist mit einer geraden Flankenlinie ausgeführt. Es können aber auch beide Zähne von Ritzel und Rad einer Verzahnung positive Balligkeiten aufweisen; siehe hierzu auch Niemann/Winter, Maschinenelemente Band 2, Seite 115, Springer-Verlag, 1983. Darin wird zum einen beschrieben, daß einer mittleren linearen Flankenlinienkor- rektur eine symmetrische Balligkeit überlagert wird und zum anderen eine Endrücknahme empfohlen, wenn Balligschleifen oder Balligschaben nicht möglich sind.

Zur Herstellung und zur Feinbearbeitung von balligen Zahnflanken sind unter anderem die DE 27 22 376 AI sowie die DE 38 23 560 C2 zu benennen. Der Nachteil derartiger Korrekturen ist jedoch, daß solche Zahnräder infolge der Balligkeit und auch bei Teillast höhere Pressungswerte aufweisen als nicht korrigierte Zahnräder unter idealen Bedingungen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Verzahnung mit einer geometrischen Breiten-Korrektur der Zahnflanken anzugeben, welche einerseits Kantenträger infolge von Fertigungsabweichung in Getrieben vermeiden und andererseits den Verlauf der Hertz 'sehen Pressung günstig beeinflussen und somit die Lebensdauer oder die Belastbarkeit von Verzahnungen zu verbessern. Erfindungsgemäß erfolgt die Lösung dieser Aufgabe durch eine Verzahnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafterweise weisen die Zähne des ersten und des zweiten Bauteils, beispielsweise ein Ritzel und ein Rad, wenigstens bereichsweise korrespondierende Zahnflankenverlaufe auf. Diese Verläufe entsprechen dabei im wesentlichen einer Paarung einer konvexen mit einer konkaven Zahnflanke. Dies führt vorteilhafterweise durch die bessere Anschmiegung der Zahnpaare zu einer Reduktion der Hertz 'sehen Pressung sowohl bei Schiefstellungen der Verzahnungspartner als auch bei Fertigungsabweichungen der Bauteile. Als Bauteile, welche eine Verzahnung bilden, sind hier sowohl ein Ritzel und ein Rad als auch ein Ritzel und eine Zahnstange bzw. eine So_;-e und mehrere Planeten eines Planetenradsatzes oder ähnliche Verzahnungspartner subsummiert.

In einer besonderen Ausbildungsform der Verzahnung weisen die Zähne des ersten Bauteils eine positive Balligkeit und die Zähne des zweiten Bauteils eine negative Balligkeit auf. Selbstverständlich können auch nur einige Zähne des ersten Bauteils eine positive Balligkeit und einige Zähne des zweiten Bauteils eine negative Balligkeit aufweisen. Die ballige Ausführung entspricht somit im wesentlichen einem konvexen bzw. konkaven Zahnflankenverlauf und ist eine einfach und kostengünstig herzustellende Ausbildung der Erfindung.

Die Balligkeit ist durch einen Krümmungsradius der Zähne definierbar, wobei der Krümmungsradius beispielsweise bei einem Stirnrad einen Zahnflankenverlauf erzeugt, welcher im wesentlichen parallel zur Rotationsachse des Stirnrads verläuft. Der Krümmungsradius der Zähne mit negativer Balligkeit ist erfindungsgemäß größer gewählt als der Krü - mungsradius der Zähne mit positiver Balligkeit, so daß im Einzelfall eine entsprechende Anpassung im Zahnflankenkontakt erfolgen kann, wobei verschiedene Kurvenverläufe einstellbar sind.

In einer Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, die Balligkeit auf einer oder auch auf beiden Zahnflanke (n) eines Zahns vorzusehen.

Die Balligkeit kann vorteilhafterweise symmetrisch oder auch asymmetrisch ausgebildet sein, so daß der Zahnflankenkontakt auf den jeweiligen Anwendungsfall einstellbar ist.

Die Balligkeit beträgt jeweils nur wenige Mikrometer, so daß vorteilhafterweise ein Rad mit balligen Zähnen, beispielsweise ein Ritzel, in axialer Richtung problemlos auf einer Welle montierbar ist.

In einer Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, eine Verzahnung mit korrespondierenden Zahnflankenverläufen in einer Gerad- oder Schrägverzahnung, als Innenoder Außenverzahnung, für Stirn- oder Kegelräder, für Kronenräder oder auch für Planetenradsätze zu verwenden. Vorteilhafterweise wird eine derartige Verzahnung in einem Kraftfahrzeuggetriebe, insbesondere in einem Automatgetriebe oder einem automatisiert schaltbaren Getriebe, verwendet.

Mit den erfindungsgemäßen, korrespondierenden, insbesondere balligen Zahnflankenverlaufen werden somit vorteilhafterweise durch eine bessere Anschmiegung der Zähne eines Zahnpaares Kantenträger vermieden sowie eine reduzierte Pressung und eine bessere Schmierung der Zähne erreicht. Dadurch kann letztlich die Lebensdauer einer Verzahnung verlängert oder die Belastbarkeit einer Verzahnung erhöht werden. Ballige Zähne sind mit den heute üblichen Verzahnungsverfahren gut herstellbar und bewirken zusätzlich noch einen Zentriereffekt der beiden Verzahnungspartner.

Weitere Ziele, Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die in den Figuren näher dargestellt sind. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale bzw. Kennzeichen für sich oder in beliebiger sinnvoller Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen und deren Rückbeziehung. Es zeigen:

Fig. 1 ein Ritzel und ein Rad mit korrespondierenden Zahnflankenverläufen als Teil-Ansicht;

Fig. 2 einen Zahn mit symmetrischer positiver Balligkeit als Schnitt entlang der Linie A-A in Fig. 1 mit;

Fig. 3 einen Zahn mit symmetrischer negativer Balligkeit als Schnitt entlang der Linie B-B in Fig. 1;

Fig. 4 einen Zahn mit asymmetrischer positiver Balligkeit ähnlich Schnitt A-A in Fig. 1 und

Fig. 5 einen Zahn mit asymmetrisch negativer Balligkeit ähnlich Schnitt B-B in Fig. 1. Eine erfindungsgemäße Verzahnung 1 besteht aus einem Ritzel 2 und einem Rad 3 , welche miteinander wirkverbundene Zähne 4 , 5 aufweisen . Das Ritzel 2 dreht in Drehrichtung 6, so daß das Rad 3 in Drehrichtung 7 angetrieben wird.

Bei einem Schnitt entlang der Linie A-A durch den Zahn 4 nach Fig . 1 erkennt man einen Zahnflankenverlauf mit einer positiven Balligkeit ( Fig . 2 ) , wobei der Zahnflankenverlauf bei dem beispielhaft dargestellten Stirnrad im wesentlichen parallel zur Rotationsachse des Rades 2 verläuft . Die Balligkeit ist definierbar durch einen Krümmungsradius p_2 . Die übrigen benachbarten Zähne sind der Einfachheit halber nicht dargestellt .

Der mit dem Zahn 4 zusammenwirkende Zahn 5 des Rades 3 (Fig. 3 ) weist entlang der Schnittlinie B-B eine negative

Balligkeit auf, welche durch einen Krümmungsradius p_l definierbar ist . Der Krümmungsradius p_l ist geringfügig größer gewählt als der Krümmungsradius p_2 , so daß eine bessere Anschmiegung des Zahns 4 an den Zahn 5 erfolgt . Die Balligkeit der Zähne 4 , 5 in den Fig . 2 und 3 ist symmetrisch ausgebildet .

Mit den erfindungsgemäß korrespondierenden Zahnflankenverläufen wird ferner ein Zentriereffekt der Zahnräder 2 , 3 erzeugt, welcher zum einen Kantenträger vermeidet, eine reduzierte Hertz ' sehe Pressung und eine bessere Schmierung der Zähne 4 , 5 bewirkt und somit vorteilhafterweise eine Verlängerung der Lebensdauer bzw . eine Erhöhung der Belastbarkeit der Verzahnung 1 erzeugt . Eine derartige Verzahnung 1 ist vorteilhafterweise mit den heute üblichen Verzahnungsverfahren herstellbar und dadurch, daß die Bai- ligkeit nur wenige Mikrometer beträgt, auch axial montierbar .

Alternativ zu der vorbeschriebenen symmetrischen Balligkeit kann ein Zahnrad 2 bzw. 3 auch eine asymmetrische Balligkeit ( Fig . 4 , 5 ) aufweisen, wenn dies aus konstruktiven Gründen erforderlich ist . Anstelle der beidseitig balligen Zahnflankenverlaufe, wie in Fig . 2 bis 5 dargestellt, kann die Balligkeit auch auf j eweils nur einer Zahnflanke angebracht werden .

Die geringere, resultierende Balligkeit führt somit zu einer geringeren Pressung und damit zu einer höheren Belastbarkeit oder einer längeren Lebensdauer . Ferner wird auch das Geräuschverhalten durch die größere effektive Überdeckung positiv beeinflußt .

Bezugszeichen

1 Verzahnung

2 Bauteil, Ritzel

3 Bauteil, Rad

4 Zahn

5 Zahn

6, 7 Drehrichtung

A-A Schnitt

B-B Schnitt

p_l Krümmungsradius p 2 Krümmungsradius

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e

1. Verzahnung (1), bestehend aus einem ersten und einem zweiten wirkverbundenen und mit Zähnen (4, 5) versehenen Bauteil (2, 3) , beispielsweise ein Ritzel und ein Rad für ein Getriebe, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Zähne (4, 5) des ersten und des zweiten Bauteils (2, 3) wenigstens bereichsweise korrespondierende Zahnflankenverlaufe aufweisen.

2. Verzahnung nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Zähne (4) des ersten Bauteils (2) eine positive Balligkeit und die Zähne (5) des zweiten Bauteils (3) eine negative Balligkeit aufweisen oder umgekehrt.

3. Verzahnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß der Krümmungsradius (p_l) der Zähne (5) mit negativer Balligkeit größer ist als der Krümmungsradius (p_2) der Zähne (4) mit positiver Balligkeit.

4. Verzahnung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Balligkeit auf einer oder beiden Zahnflanke (n) eines Zahnes (4, 5) vorgesehen ist.

5. Verzahnung .nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Balligkeit symmetrisch oder asymmetrisch ausgebildet ist.

6. Verzahnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Balligkeit wenige Mikrometer beträgt, so daß ein balliges Zahnrad, beispielsweise ein Ritzel (2), axial montierbar ist.

7. Verwendung einer Verzahnung nach den Ansprüchen 1 bis 6 in einer Gerad- oder Schrägverzahnung, als Innenoder Außenverzahnung, für Stirn- oder Kegelräder, für Kronenräder oder für Planetenradsätze.

8. Verwendung einer Verzahnung nach den Ansprüchen 1 bis 6 in einem Zahnradgetriebe.

9. Verwendung einer Verzahnung nach den Ansprüchen 1 bis 6 in einem Kraftfahrzeuggetriebe, insbesondere in einem Automatgetriebe oder einem^* automatisiert schaltbaren Getriebe.