WO2018065287A1 - Verkeilte passverzahnung - Google Patents

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Bert Beirinckx
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Zf Friedrichshafen Ag
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    • F16H55/17Toothed wheels
    • F16H2055/176Ring gears with inner teeth

Definitions

  • the invention relates to an arrangement according to the preamble of claim 1.
  • the object of the invention is to make a toothing arrangement available by circumventing the disadvantages inherent in the solutions known from the prior art.
  • the splines should be easy and therefore inexpensive to install.
  • the arrangement has a first toothing and a second toothing.
  • the two gears form a spline.
  • the first toothing may be an internal toothing and the second toothing may be an external toothing or the first toothing may be an external toothing and the second toothing may be an internal toothing. If the first toothing is an internal toothing, the second toothing is designed as external toothing. Conversely, if the first toothing is an external toothing, the second toothing is correspondingly designed as internal toothing.
  • a first tooth and a second tooth of the first toothing taper in an axial first direction.
  • the first direction runs as well as a second direction, which points in the opposite direction to the first direction, parallel to a Mit- Telachse the first toothing, which in turn corresponds to a central axis of the second toothing.
  • the center axis coincides with an axis of rotation of the two toothings.
  • two teeth of the first toothing and the second toothing can be imaged by rotation about the central axis to each other.
  • the tapering of the first tooth and the second tooth in the first direction is equivalent to reducing a cross-sectional area of the first tooth and the second tooth in the first direction. This means that the cross-sectional areas of the first tooth and the second tooth are strictly monotone in the first direction.
  • the cross-sectional area is defined as the area in which a radial, i. orthogonal to the central axis extending plane intersects the first tooth and the second tooth. If this surface shifts in the first direction, the surface area of the cut surface decreases.
  • the sectional area is limited by a head circle running in said plane and also a foot circle of the first toothing extending in this plane. Furthermore, the area is limited by cutting lines in which the flanks of the first tooth and the second tooth intersect the plane.
  • a tooth of the second toothing engages in a space between the first tooth and the second tooth. This implies that the first tooth and the second tooth are adjacent to each other and form a common tooth root. A flank of the first tooth and a flank of the second tooth face each other.
  • the intermediate space tapers in the opposite direction, ie in the second direction.
  • the tooth of the second toothing is designed such that its flanks at least in a line contact in each case to a Flank of the first tooth and a flank of the second tooth stand. Therefore, the tooth of the second toothing tapers in the second direction.
  • the taper of the tooth of the second toothing in the second axial direction is equivalent to a reduction of a cross-sectional area of this tooth in the second direction.
  • the cross-sectional area of the tooth of the second toothing is thus strictly monotonically increasing in the first direction.
  • the cross-sectional area is defined as the area in which a radial, i. orthogonal to the central axis extending plane intersects the tooth of the second tooth tooth. If this surface shifts in the second direction, the area of the cut surface is reduced.
  • the sectional area is limited by a head circle running in said plane and a foot circle of the second toothing which also extends in this plane. Furthermore, the area is limited by cutting lines in which the flanks of the tooth of the second toothing intersect the plane.
  • the inventive configuration of the teeth allows the transmission of an axial force acting in the first direction from the first toothing to the second toothing. Conversely, an axial force acting in the second direction can be transmitted to the first toothing of the second toothing. Means for axial fixation of the first toothing and the second toothing are not required.
  • the first tooth, the second tooth and the tooth of the second toothing taper in a preferred development over their entire width.
  • the width of the individual teeth extends in the axial direction.
  • the first tooth, the second tooth and the tooth of the second toothing each taper from a first end face to a second end face of the first toothing.
  • the second end face of the first toothing is located starting from the first end face in the first direction.
  • the second is End face of the second toothing, starting from the first end face in the second direction.
  • the constrictions of the first tooth, the second tooth and the tooth of the second toothing are particularly evident in tangential longitudinal sections.
  • the flanks of the first tooth, of the second tooth and of the tooth of the second toothing preferably form antiparallel straight lines in at least one tangential longitudinal section. This means that the cutting lines of each of two flanks of each of the first tooth, the second tooth and the tooth of the second toothing extend antiparallel.
  • the first tooth, the second tooth and the tooth of the second toothing are each trapezoidal in at least one tangential longitudinal section.
  • a tangential longitudinal section is a longitudinal section that is tangentially aligned.
  • a tangential orientation refers to an orientation orthogonal to a radial straight line.
  • a radially extending straight line in turn intersects the above-mentioned central axis and is oriented orthogonally to it.
  • a center axis of the first tooth, of the second tooth and of the tooth of the second toothing are aligned in a preferred development each skewed to the central axis. This means that the central axis of the respective tooth and the center axis of the first toothing and the second toothing run anti-parallel and do not intersect.
  • the skew orientation relieves the splines of constant over time axial forces, which can be caused for example by helical splines.
  • each tooth of the first toothing and each tooth of the second toothing apply to each tooth of the first toothing and each tooth of the second toothing.
  • each tooth of the first toothing tapers in the first direction and each tooth of the second toothing opposite thereto.
  • the arrangement according to the invention and its developments are preferably used in a planetary gear with at least two planetary stages.
  • a first the two planetary stages has a sun gear which is rotatably connected to a sun shaft.
  • the sun wave forms the first toothing.
  • a second of the two planetary stages on a planet carrier which forms the second toothing.
  • the sun shaft is thus positively connected to the planet carrier via the first toothing and the second toothing.
  • Such a transmission comes about as a transmission of a wind turbine used.
  • Figure 1 is an axially tapered external toothing.
  • Fig. 2 is a tangential longitudinal section.
  • a sun shaft 101 has an outer toothing 103, which is part of a splined toothing.
  • the external teeth 103 can thus be stuck in an internal gear, not shown in FIG. 1, so that it enters into a positive, non-rotatable connection with this.
  • the outer toothing 103 has a plurality of teeth, of which in FIG. 1 by way of example a first tooth 105, a second tooth 107 and a third tooth 109 are illustrated.
  • the profile of all the teeth of the external teeth 103 tapers in the axial direction. This is illustrated in FIG. 1 by way of example for the first tooth 105.
  • the profile of the second tooth 107 and the third tooth 109 are also tapered.
  • the external toothing 103 is helical.
  • the central axes of the individual teeth of the external toothing 103 run askew to a center axis 111 of the sun shaft 101.
  • a central axis 113 of the first tooth 105 runs askew to the central axis 111.
  • the tangential longitudinal section shown in Fig. 2 includes, in addition to the first tooth 105 of the external teeth 103 teeth 201 of the internal teeth, which forms the meshing teeth with the external teeth 103.
  • the teeth 201 are tapered opposite to the first tooth 105. In this way, the first tooth 105 and the teeth 201 of the external teeth are wedged together.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung mit einer ersten Verzahnung (103) und einer zweiten Verzahnung; wobei die erste Verzahnung (103) und die zweite Verzahnung eine Passverzahnung bilden. Ein erster Zahn (105) und ein zweiter Zahn der ersten Verzahnung (103) verjüngen sich in eine axiale Richtung; wobei ein Zahn (201) der zweiten Verzahnung in einen Zwischenraum zwischen dem ersten Zahn (105) und dem zweiten Zahn eingreift; und wobei der Zahn (201) der zweiten Verzahnung sich entgegen der Richtung verjüngt.

Description

Verkeilte Passverzahnung
Die Erfindung betrifft eine Anordnung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Aus dem Stand der Technik sind Passverzahnungen bekannt. Diese werden in der Norm DIN 5480 beschrieben. Bei einer Passverzahnung greifen eine äußere Verzahnung und eine innere Verzahnung ineinander, so dass eine drehfeste Verbindung entsteht.
Um eine Passverzahnung in axialer Richtung zu sichern, sind zusätzliche Mittel erforderlich. Diese erhöhen den erforderlichen Aufwand bei der Montage.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Umgehung der den aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen innewohnenden Nachteile eine Passverzahnung verfügbar zu machen. Insbesondere soll die Passverzahnung einfach und damit kostengünstig montierbar sein.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Anordnung nach Anspruch 1. Bevorzugte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen enthalten.
Die Anordnung weist eine erste Verzahnung und eine zweite Verzahnung auf. Die beiden Verzahnungen bilden eine Passverzahnung. Es kann sich bei der ersten Verzahnung um eine Innenverzahnung und bei der zweiten Verzahnung um eine Außenverzahnung oder bei der ersten Verzahnung um eine Außenverzahnung und bei der zweiten Verzahnung um eine Innenverzahnung handeln. Handelt es sich bei der ersten Verzahnung um eine Innenverzahnung, ist die zweite Verzahnung als Außenverzahnung ausgeführt. Handelt es sich umgekehrt bei der ersten Verzahnung um eine Außenverzahnung, ist die zweite Verzahnung entsprechend als Innenverzahnung ausgeführt.
Erfindungsgemäß verjüngen sich ein erster Zahn und ein zweiter Zahn der ersten Verzahnung in eine axiale erste Richtung. Die erste Richtung verläuft ebenso wie eine zweite Richtung, die entgegen der ersten Richtung weist, parallel zu einer Mit- telachse der ersten Verzahnung, die wiederum einer Mittelachse der zweiten Verzahnung entspricht. Sind die erste Verzahnung und die zweite Verzahnung drehbar gelagert, stimmt die Mittelachse mit einer Drehachse der beiden Verzahnungen überein. Jeweils zwei Zähne der ersten Verzahnung bzw. der zweiten Verzahnung lassen sich durch Rotation um die Mittelachse aufeinander abbilden.
Die Verjüngung des ersten Zahns und des zweiten Zahns in die erste Richtung ist gleichbedeutend mit einer Verringerung einer Querschnittsfläche des ersten Zahns und des zweiten Zahns in die erste Richtung. Dies bedeutet, dass die Querschnittsflächen des ersten Zahns und des zweiten Zahns in die erste Richtung streng monoton fallen.
Die Querschnittsfläche ist definiert als Fläche, in der eine radial, d.h. orthogonal zu der Mittelachse verlaufende Ebene den ersten Zahn bzw. den zweiten Zahn schneidet. Verschiebt sich diese Fläche in die erste Richtung, verringert sich der Flächeninhalt der Schnittfläche.
Die Schnittfläche wird begrenzt durch einen in der genannten Ebene verlaufenden Kopfkreis und einen ebenso in dieser Ebene verlaufenden Fußkreis der ersten Verzahnung. Weiterhin wird die Fläche begrenzt durch Schnittlinien, in denen die Flanken des ersten Zahns bzw. des zweiten Zahns die Ebene schneiden.
Ein Zahn der zweiten Verzahnung greift in einen Zwischenraum zwischen dem ersten Zahn und dem zweiten Zahn ein. Dies impliziert, dass der erste Zahn und der zweite Zahn benachbart sind bzw. aneinander angrenzen und einen gemeinsamen Zahnfuß ausbilden. Eine Flanke des ersten Zahns und eine Flanke des zweiten Zahns stehen aneinander gegenüber.
Entsprechend der sich in die erste Richtung verjüngenden Ausgestaltung des ersten Zahns und des zweiten Zahns verjüngt sich der Zwischenraum in entgegengesetzter Richtung, d.h. in die zweite Richtung. Der Zahn der zweiten Verzahnung ist so ausgestaltet, dass seine Flanken mindestens in einem Linienkontakt jeweils zu einer Flanke des ersten Zahns und eine Flanke des zweiten Zahns stehen. Daher verjüngt sich auch der Zahn der zweiten Verzahnung in die zweite Richtung.
Die Verjüngung des Zahns der zweiten Verzahnung in die zweite axiale Richtung ist gleichbedeutend mit einer Verringerung einer Querschnittsfläche dieses Zahns in die zweite Richtung. Die Querschnittsfläche des Zahns der zweiten Verzahnung ist somit in die erste Richtung streng monoton steigend.
Die Querschnittsfläche ist definiert als Fläche, in der eine radial, d.h. orthogonal zu der Mittelachse verlaufende Ebene den Zahn der zweiten Verzahnung Zahn schneidet. Verschiebt sich diese Fläche in die zweite Richtung, verringert sich der Flächeninhalt der Schnittfläche.
Die Schnittfläche wird begrenzt durch einen in der genannten Ebene verlaufenden Kopfkreis und einen ebenso in dieser Ebene verlaufenden Fußkreis der zweiten Verzahnung. Weiterhin wird die Fläche begrenzt durch Schnittlinien, in denen die Flanken des Zahns der zweiten Verzahnung die Ebene schneiden.
Die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Verzahnungen erlaubt die Übertragung einer in die erste Richtung wirkenden Axialkraft von der ersten Verzahnung auf die zweite Verzahnung. Umgekehrt kann von der zweiten Verzahnung eine in die zweite Richtung wirkende Axialkraft auf die erste Verzahnung übertragen werden. Mittel zur axialen Fixierung der ersten Verzahnung und der zweiten Verzahnung sind dabei nicht erforderlich.
Der erste Zahn, der zweite Zahn und der Zahn der zweiten Verzahnung verjüngen sich in einer bevorzugten Weiterbildung über ihre gesamte Breite. Die Breite der einzelnen Zähne erstreckt sich in axialer Richtung. Weiterbildungsgemäß verjüngen sich also der erste Zahn, der zweite Zahn und der Zahn der zweiten Verzahnung jeweils beginnend von einer ersten Stirnfläche zu einer zweiten Stirnfläche der ersten Verzahnung. Die zweite Stirnfläche der ersten Verzahnung befindet sich ausgehend von der ersten Stirnfläche in der ersten Richtung. Entsprechend befindet sich die zweite Stirnfläche der zweiten Verzahnung ausgehend von der ersten Stirnfläche in der zweiten Richtung.
Die Verjüngungen des ersten Zahns, des zweiten Zahns und des Zahns der zweiten Verzahnung zeigen sich insbesondere in tangentialen Längsschnitten. So bilden vorzugsweise die Flanken des ersten Zahns, des zweiten Zahns und des Zahns der zweiten Verzahnung jeweils in mindestens in einen tangentialen Längsschnitt antiparallele Geraden. Dies bedeutet, dass die Schnittlinien jeweils zweier Flanken jeweils des ersten Zahns, des zweiten Zahns und des Zahns der zweiten Verzahnung antiparallel verlaufen. In einer bevorzugten Weiterbildung sind der erste Zahn, der zweite Zahn und der Zahn der zweiten Verzahnung jeweils in mindestens einem tangentialen Längsschnitt trapezförmig.
Ein tangentialer Längsschnitt ist ein Längsschnitt, der tangential ausgerichtet ist. Eine tangentiale Ausrichtung bezeichnet eine Ausrichtung orthogonal zu einer radial verlaufenden Geraden. Eine radial verlaufende Gerade wiederum schneidet die oben genannte Mittelachse und ist zu dieser orthogonal ausgerichtet.
Eine Mittelachse des ersten Zahns, des zweiten Zahns und des Zahns der zweiten Verzahnung sind in einer bevorzugten Weiterbildung jeweils windschief zu der Mittelachse ausgerichtet. Dies bedeutet, dass die Mittelachse des jeweiligen Zahns und die Mittelachse der ersten Verzahnung und der zweiten Verzahnung antiparallel verlaufen und sich nicht schneiden. Die windschiefe Ausrichtung entlastet die Passverzahnung von im zeitlichen Verlauf konstanten Axialkräften, die etwa durch schräg verzahnte Arbeitsverzahnungen hervorgerufen werden können.
In einer darüber hinaus bevorzugten Weiterbildung gelten obige Ausführungen für jeden Zahn der ersten Verzahnung und jeden Zahn der zweiten Verzahnung. Insbesondere verjüngt jeder Zahn der ersten Verzahnung sich in die erste Richtung und jeder Zahn der zweiten Verzahnung entgegengesetzt dazu.
Die erfindungsgemäße Anordnung und ihre Weiterbildungen kommen bevorzugt in einem Planetengetriebe mit mindestens zwei Planetenstufen zum Einsatz. Eine erste der beiden Planetenstufen weist ein Sonnenrad auf, das drehfest mit einer Sonnenwelle verbunden ist. Die Sonnenwelle bildet die erste Verzahnung aus.
In einer bevorzugten Weiterbildung des Planetengetriebes weist eine zweite der beiden Planetenstufen einen Planetenträger auf, der die zweite Verzahnung ausbildet. Über die erste Verzahnung und die zweite Verzahnung ist die Sonnenwelle somit formschlüssig mit dem Planetenträger verbunden. Ein derartiges Getriebe kommt etwa als Getriebe einer Windkraftanlage zum Einsatz.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt. Übereinstimmende Bezugsziffern kennzeichnen dabei gleiche oder funktionsgleiche Merkmale. Im Einzelnen zeigt:
Fig. 1 eine sich axial verjüngende Außenverzahnung; und
Fig. 2 einen tangentialen Längsschnitt.
Gemäß Fig. 1 weist eine Sonnenwelle 101 eine Außenverzahnung 103 auf, die Teil einer Passverzahnung ist. Die Außenverzahnung 103 lässt sich also in eine in Fig. 1 nicht dargestellte Innenverzahnung stecken, sodass sie mit dieser eine formschlüssige, drehfeste Verbindung eingeht.
Die Außenverzahnung 103 weist eine Vielzahl von Zähnen auf, von denen in Fig. 1 beispielhaft ein erster Zahn 105, ein zweiter Zahn 107 und ein dritter Zahn 109 dargestellt sind. Das Profil sämtlicher Zähne der Außenverzahnung 103 verjüngt sich in axialer Richtung. Dies ist in Fig. 1 beispielhaft für den ersten Zahn 105 dargestellt. Insbesondere verjüngen sich auch das Profil des zweiten Zahns 107 und des dritten Zahns 109.
Die Außenverzahnung 103 ist schrägverzahnt ausgeführt. So verlaufen die Mittelachsen der einzelnen Zähne der Außenverzahnung 103 windschief zu einer Mittelachse 111 der Sonnenwelle 101. Insbesondere eine Mittelachse 113 des ersten Zahns 105 verläuft zu der Mittelachse 111 windschief. Der in Fig. 2 dargestellte tangential verlaufende Längsschnitt beinhaltet neben dem ersten Zahn 105 der Außenverzahnung 103 Zähne 201 der Innenverzahnung, die mit der Außenverzahnung 103 die Passverzahnung bildet. Die Zähne 201 verjüngen sich entgegengesetzt zu dem ersten Zahn 105. Auf diese Weise verkeilen sich der erste Zahn 105 und die Zähne 201 der Außenverzahnung ineinander.
Bezuqszeichen
101 Sonnenwelle
103 Außenverzahnung
105 erster Zahn
107 zweiter Zahn
109 dritter Zahn
111 Mittellachse
113 Mittelachse
201 Zahn einer Außenverzahnung

Claims

Patentansprüche
1. Anordnung mit einer ersten Verzahnung (103) und einer zweiten Verzahnung; wobei
die erste Verzahnung (103) und die zweite Verzahnung eine Passverzahnung bilden; dadurch gekennzeichnet, dass
ein erster Zahn (105) und ein zweiter Zahn der ersten Verzahnung (103) sich in eine axiale Richtung verjüngen; wobei
ein Zahn (201 ) der zweiten Verzahnung in einen Zwischenraum zwischen dem ersten
Zahn (105) und dem zweiten Zahn eingreift; und wobei
der Zahn (201 ) der zweiten Verzahnung sich entgegen der Richtung verjüngt.
2. Anordnung nach Anspruch 1 ; dadurch gekennzeichnet, dass
der erste Zahn (105), der zweite Zahn und der Zahn (201 ) der zweiten Verzahnung sich über ihre gesamte Breite verjüngen.
3. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche; dadurch gekennzeichnet, dass
der erste Zahn (105), der zweite Zahn und der Zahn (201 ) der zweiten Verzahnung jeweils in mindestens einem tangentialen Längsschnitt trapezförmig sind.
4. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche; dadurch gekennzeichnet, dass
Mittelachsen (1 1 1 ) des ersten Zahns (105), des zweiten Zahns und des Zahns (201 ) der zweiten Verzahnung jeweils windschief zu einer Mittelachse (1 13) der ersten Verzahnung (1 13) und der zweiten Verzahnung ausgerichtet ist.
5. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche; dadurch gekennzeichnet, dass
jeder Zahn der ersten Verzahnung (103) sich in die Richtung verjüngt; wobei jeder Zahn der zweiten Verzahnung sich entgegen der Richtung verjüngt.
6. Planetengetriebe mit mindestens einem Sonnenrad und mindestens einer Sonnenwelle (101 ); wobei das Sonnenrad und die Sonnenwelle (101 ) drehfest miteinander verbunden sind; gekennzeichnet durch
eine Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche; wobei
die Sonnenwelle (101 ) die erste Verzahnung (103) der Anordnung ausbildet.
7. Planetengetriebe nach dem vorhergehenden Anspruch; gekennzeichnet durch mindestens einen Planetenträger; wobei
der Planetenträger die zweite Verzahnung der Anordnung ausbildet.
8. Verzahnung (105); dadurch gekennzeichnet, dass
die Verzahnung (105) ausgebildet ist, mit einer weiteren Verzahnung eine Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche auszubilden.
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