WO2019091720A1

WO2019091720A1 - Tragbildprüfung

Info

Publication number: WO2019091720A1
Application number: PCT/EP2018/078278
Authority: WO
Inventors: Dirk Leimann
Original assignee: Zf Friedrichshafen Ag; Zf Wind Power Antwerpen N.V.
Priority date: 2017-11-13
Filing date: 2018-10-16
Publication date: 2019-05-16
Also published as: DE102017220127A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung mit einem ersten Zahnrad (201) und einem zweiten Zahnrad; wobei das erste Zahnrad (201) und das zweite Zahnrad miteinander kämmen; wobei ein Zahn (203) des erste Zahnrads (201) eine erste Flanke (101) und mindestens ein Zahn des zweiten Zahnrad eine Gegenflanke zu der ersten Flanke (101, 403) aufweist; und wobei ein Mittel zur Tragbildprüfung auf die Gegenflanke aufgebracht ist. Die Flanke (101) weist eine erste Aussparung (103, 105, 107, 215) auf.

Description

Tragbildprüfung

Die Erfindung betrifft eine Anordnung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 und ein Verfahren nach Anspruch 10.

Um das Tragbild von Zahnrädern zu prüfen, kommt verbreitet ölfester Lack zum Einsatz. Der Lack wird auf die Lastflanken eines Zahnrads aufgebracht, das mit einem weiteren Zahnrad in Eingriff steht. Nach einem Probelauf lässt sich anhand von Laufspuren in dem Lach das Tragbild beurteilen.

Je nach Art der Verzahnung und zu prüfendem Lastfall kann es dazu kommen, dass sich das Tragbild nur unzureichend in dem Lack abzeichnet. Dies ist insbesondere bei konstant niedrigem Flankendruck und gleichmäßiger Druckverteilung der Fall.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Lastverteilung in einer Zahnflanke besser sichtbar zu machen. Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Anordnung nach Anspruch 1 und ein Verfahren nach Anspruch 10. Bevorzugte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen enthalten.

Die Anordnung umfasst ein erstes Zahnrad und ein zweites Zahnrad. Beide Zahnräder kämmen miteinander, d.h. eine Verzahnung des ersten Zahnrads und eine Verzahnung des zweiten Zahnrads stehen miteinander in Eingriff. Ein Zahn der Verzahnung des ersten Zahnrads weist eine erste Flanke auf. Mindestens ein Zahn der Verzahnung des zweiten Zahnrad eine Gegenflanke zu der ersten Flanke.

Eine Gegenflanke zu der ersten Flanke bezeichnet eine Flanke, die ausgebildet ist, zur Übertragung eines Drehmoments zwischen dem ersten Zahnrad und dem zweiten Zahnrad mit der ersten Flanke in Kontakt zu kommen.

Auf die Gegenflanke ist ein Mittel zur Tragbildprüfung aufgebracht. Hierbei kann es sich insbesondere um eine vorzugsweise ölfesten Lack handeln. Die erste Flanke weist erfindungsgemäß eine erste Aussparung auf. Die erste Aussparung ist also in die erste Flanke des ersten Zahns eingebracht.

Bei einer Flanke eines Zahns handelt es sich um einen Teil der Oberfläche des Zahns, der ausgebildet ist, bei einem Zahneingriff mit einer oder mehreren Flanken der Zähne eines weiteren Zahnrads in Kontakt zu kommen. Durch den Kontakt der Zahnflanken wird ein Drehmoment zwischen den Zahnrädern übertragen.

Bei einem Kontakt der ersten Flanke mit der Gegenflanke kommt an den Rändern der ersten Aussparung zu Drucküberhöhungen. Diese hinterlassen Spuren in dem Mittel zur Tragbildprüfung, sodass die Ränder sich in dem Mittel abzeichnen. Anhand dessen lässt sich auf das Tragbild schließen.

Alle Zähne des ersten Zahnrads und entsprechend alle Zähne des zweiten Zahnrads sind gerad verzahnt, oder alle Zähne des ersten Zahnrads entsprechend alle Zähne des zweiten Zahnrads sind einfach schrägverzahnt. Im letztgenannten Fall sind entweder alle Zähne des ersten Zahnrads rechtssteigend, oder alle Zähne des ersten Zahnrads linkssteigend. Insbesondere kann es sich bei dem ersten Zahnrad und dem zweiten Zahnrad um evolventenverzahnte Zahnräder handeln.

Statt des Mittels zur Tragbildprüfung kann eine Füllung in die erste Aussparung eingebracht sein. Die Füllung so ausgestaltet, dass sie sich unter Druck verfärbt, und/oder die Füllung gibt bei einem Kontakt Farbe an die Gegenflanke ab.

In einer bevorzugten Weiterbildung verläuft die erste Aussparung zwischen der ersten Flanke und einer zweiten Flanke desselben Zahns durchgängig. Sowohl die erste Flanke als auch die zweite Flanke weist also die erste Aussparung auf. Die erste Aussparung mündet weiterbildungsgemäße in die erste Flanke und in die zweite Flanke und verbindet beide Flanken miteinander. Durch die zwischen der ersten Flanke und der zweiten Flanke verlaufende erste Aussparung entsteht ein Durchbruch bzw. Durchgang zwischen den Flanken.

Alternativ kann die erste Aussparung als Nut ausgeführt sein. Eine Nut ist definiert als eine längliche Vertiefung einer Oberfläche. Die Nut verläuft entlang einer Längsachse der Nut. Die Längsachse ist Kurve, welche den länglichen Verlauf der Nut vorgibt. Weist eine Flanke eines Zahns eines Zahnrads eine Nut auf, impliziert dies, dass die Flanke länglich vertieft ist. Vorzugsweise ist ein Querschnitt mindestens eines Teils der Nut entlang ihrer Längsachse konstant.

Die erste Aussparung - als Nut oder als durchgehend ausgeführt - verbindet in einer bevorzugten Weiterbildung zwei Kanten der ersten Flanke miteinander, die nicht aneinander angrenzen, d.h. keinen gemeinsamen Punkt aufweisen. Die zwei Kanten begrenzen somit die Nut bzw. den Verlauf der Nut. Durch die Nut wird die erste Flanke dann in zwei Teile geteilt, die sich auf unterschiedlichen Seiten der Nut befinden.

Bei den zwei Kanten handelt es sich in einer bevorzugten Weiterbildung um eine - in radialer Richtung betrachtet - obere Kante und eine untere Kante.

Wenn das erste Zahnrad mit dem zweiten Zahnrad kämmt, kommt die erste Flanke in einem Kontaktpunkt oder einer Kontaktfläche mit Gegenflanke in Kontakt. Infolge der Drehung der beiden Zahnräder ist die Lage des Kontaktpunkts bzw. der Kontaktfläche in der ersten Flanke in Abhängigkeit der Zeit veränderlich. Eine Linie welche der Kontaktpunkt bzw. ein Flächenschwerpunkt der Kontaktfläche dabei überstreicht, wird Kontaktlinie oder Eingriffslinie genannt. Eine Definition findet sich in H. Linke „Stirnradverzahnung" (Hanser Verlag, 1996), S. 76. Die Kontaktlinie verläuft innerhalb bzw. auf der ersten Flanke.

Weiterbildungsgemäß kreuzt die Kontaktlinie die erste Aussparung. Dies impliziert im Umkehrschluss, dass auch die erste Aussparung die Kontaktlinie kreuzt. Hinsichtlich einer möglichst unverfälschten Darstellung des Tragbilds resultieren daraus Vorteile.

Die erste Aussparung kann orthogonal zur axialen Richtung, d.h. orthogonal zu einer Drehachse des ersten Zahnrads, verlaufen. Insbesondere kann die Längsachse der ersten Aussparung orthogonal zur axialen Richtung des Zahnrads verlaufen. Dabei ist die erste Aussparung bevorzugt spiegelsymmetrisch zu einer mittig durch die ers- te Aussparung verlaufenden Ebene, welche orthogonal zur axialen Richtung des Zahnrads ausgerichtet ist.

Auch ein davon abweichender, diagonaler Verlauf der ersten Aussparung ist möglich. So kann etwa die erste Aussparung bzw. ihre Längsachse orthogonal zu der obengenannten Kontaktlinie verlaufen. Dies verbessert die Qualität der Darstellung des Tragbilds.

Um die auftretenden Belastungen möglichst hoch aufgelöst zu erfassen, kann man in die Flanke des ersten Zahns eine oder mehrere weitere Aussparungen einbringen. Die Flanke des ersten Zahns würde dann mindestens zwei Aussparungen aufweisen. Beide Aussparungen können insbesondere die oben beschriebene Kontaktlinie kreuzen und/oder orthogonal zur axialen Richtung des Zahnrads verlaufen. Jede weitere Aussparung führt allerdings zu einer Schwächung der Flanke. Dies wiederum birgt das Risiko, die Darstellung des Tragbilds zu verfälschen.

In einer bevorzugten Weiterbildung weist daher mindestens eine Flanke eines weiteren Zahns des ersten Zahnrads die zweite Aussparung auf. Diese ist bevorzugt zu der ersten Aussparung axial versetzt angeordnet. Die erste Aussparung und die zweite Aussparung unterscheiden sich dann hinsichtlich ihrer Position bezüglich der Drehachse des ersten Zahnrads. Vorzugsweise liegen die erste Aussparung und die zweite Aussparung auf unterschiedlichen Seiten einer axial verlaufenden, d.h. orthogonal zur Drehachse des ersten Zahnrads ausgerichteten Ebene.

Auch ist es möglich, dass die axialen Positionen der ersten Aussparung und der zweiten Aussparung übereinstimmen. In diesem Fall schneidet eine axial verlaufende Ebene die erste Aussparung und die zweite Aussparung. Insbesondere können die erste Aussparung und die zweite Aussparung bezüglich einer Drehachse des Zahnrads rotationssymmetrisch, d.h. durch Rotation um die Drehachse aufeinander abbildbar sein.

Wie die erste Aussparung kann die zweite Aussparung zwischen zwei Flanken desselben Zahns durchgehend verlaufen, als Nut ausgebildet sein, zwei Kanten, insbe- sondere eine obere und eine untere Kante einer Flanke des Zahns miteinander verbinden und/oder von einer Kontaktlinie gekreuzt werden.

In einer bevorzugten Weiterbildung ist das erste Zahnrad einstückig ausgeführt.

Ein erster Sensor ist in einer darüber hinaus bevorzugten Weiterbildung in der ersten Aussparung angeordnet. Entsprechend ist in einer darüber hinaus bevorzugten Weiterbildung ein zweiter Sensor in der zweiten Aussparung angeordnet. Der erste Sensor und/oder der zweite Sensor sind bevorzugt eingerichtet, Verformungen des ersten Zahns bzw. des zweiten Zahns zu messen. Als Sensoren eignen sich etwa Dehnungsmessstreifen.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Prüfen des Tragbilds des ersten Zahnrads und des zweiten Zahnrads umfasst die Schritte

- Aufbringen eines Mittels zur Tragbildprüfung auf die Gegenflanke; und

- Fertigen einer ersten Aussparung.

Die erste Aussparung und/oder die zweite Aussparung lassen sich mittels eines Fräsers herstellen. Bei dem Fräser kann es sich etwa um einen Fingerfräser bzw.

Schaftfräser handeln. Der Fingerfräser weist vorzugsweise einen kugelförmigen Kopf auf.

Auch ist es möglich, die erste Aussparung und/oder die zweite Aussparung durch Funkerosion bzw. Senkerosion herzustellen.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt. Übereinstimmende Bezugsziffern kennzeichnen dabei gleiche oder funktionsgleiche Merkmale. Im Einzelnen zeigt:

Fig. 1 eine Zahnflanke mit axial versetzten Nuten;

Fig. 2 überverschiedene Zähne verteilt angeordnete Nuten;

Fig. 3 eine Zahnflanke mit diagonal verlaufender Nut; und

Fig. 4 eine Nut mit Füllung. Eine in Fig. 1 dargestellte Zahnflanke 101 eines Zahnrads weist eine erste Nut 103, eine zweite Nut 105 und eine dritte Nut 107 auf. Die erste Nut 103, die zweite

Nut 105 und die dritte Nut 107 sind parallel zueinander ausgerichtet und verlaufen entlang einer Hochachse der Zahnflanke 101.

In Fig. 1 sind weiterhin eine erste Eingriffslinie 109 und eine zweite Eingriffslinie 111 dargestellt. Die erste Eingriffslinie 109 und die zweite Eingriffslinie 111 kennzeichnen den Verlauf eines Zahnflankenkontakts der Flanke 101 mit der Flanke eines weiteren Zahnrads bei einem Zahnkontakt, der zustande kommt, wenn die beiden Zahnräder miteinander kämmen. Die erste Eingriffslinie 109 kreuzt die erste Nut 103. Die zweite Eingriffslinie 111 kreuzt die zweite Nut 105 und die dritte Nut 107.

In der ersten Nut 103, der zweiten Nut 105 und der dritten Nut 107 ist jeweils ein Dehnungsmessstreifen fixiert. Mit den Dehnungsmessstreifen lassen sich Verformungen der Zahnflanke 101 messen.

Um eine zu starke Schwächung der Zahnflanke 101 durch die drei Nuten 103, 105, 107 zu verhindern, können die Nuten auf mehrere Zähne verteilt werden. Dies veranschaulicht Fig. 2.

In Fig. 2 dargestellt ist ein Zahnrad 201 mit einem ersten Zahn 203, einem zweiten Zahn 205, einem dritten Zahn 207, einem vierten Zahn 209, einem fünften Zahn 211 und einem sechsten Zahn 213. Eine Flanke des ersten Zahns 203 weist eine erste Nut 215 auf, eine Flanke des zweiten Zahns 205 eine zweite Nut 217, eine Flanke des dritten Zahns 207 eine dritte Nut 219, eine Flanke des vierten Zahns 209 eine vierte Nut 221 , eine Flanke des fünften Zahns 211 eine fünfte Nut 223 und eine Flanke des sechsten Zahns 213 eine sechste Nut 225. Von links nach rechts aus der Perspektive von Figur 2 ist die zweite Nut 217 gegenüber der ersten Nut 215 in axialer Richtung des Zahnrads 201 nach rechts versetzt. Die dritte Nut 219 ist entsprechend gegenüber der zweiten Nut 217 axial nach rechts versetzt, ebenso die vierte Nut 221 gegenüber der dritten Nut 219, die fünfte Nut 223 gegenüber der vierten Nut 221 und die sechste Nut 225 gegenüber der vierten Nut 223. Jeder Zahn 203, 205, 207, 209, 211 , 213 des Zahnrads 201 weist somit genau eine Nut 215, 217, 219, 221 , 223, 225 auf. Durch den axialen Versatz der Nuten 215, 217, 219, 221 , 223, 225 ist es dennoch möglich, Belastungen bzw. die aus den Belastungen resultierenden Verformungen an unterschiedlichen axialen Positionen des Zahnrads 201 zu messen.

Fig. 3 zeigt eine Zahnflanke 301 mit einer Nut 301 , die von einer ersten Eingriffslinie 305 und einer zweiten Eingriffslinie 307 gekreuzt wird. Die Nut 301 ist diagonal ausgerichtet und verläuft zur oberen und unteren Kante der Zahnflanke 301 jeweils in einem von 90° abweichenden Winkel. Zu der ersten Eingriffslinie 305 und der zweiten Eingriffslinie 307 hingegen kann die Nut 301 orthogonal ausgerichtet sein.

In Fig. 4 ist ein Zahn 401 dargestellt. Eine Flanke 403 des Zahns 401 weist eine Nut 405 auf. In die Nut ist eine Füllung 407 eingebracht. Diese dient dazu, eine Gegenflanke bei einem Flanken kontakt farblich zu markieren.

Bezugszeichen

101 Zahnflanke

103 erste Nut

105 zweite Nut

107 dritte Nut

109 erste Eingriffslinie

111 zweite Eingriffslinie

201 Zahnrad

203 erster Zahn

205 zweiter Zahn

207 dritter Zahn

209 vierter Zahn

211 fünfter Zahn

213 sechster Zahn

215 erste Nut

217 zweite Nut

219 dritte Nut

221 vierte Nut

223 fünfte Nut

225 sechste Nut

301 Zahnflanke

303 Nut

305 erste Eingriffslinie

307 zweite Eingriffslinie

401 Zahn

403 Flanke

405 Nut

407 Füllung

Claims

Patentansprüche

1. Anordnung mit einem ersten Zahnrad (201) und einem zweiten Zahnrad; wobei das erste Zahnrad (201) und das zweite Zahnrad miteinander kämmen; wobei ein Zahn (203) des ersten Zahnrads (201 ) eine erste Flanke (101 ) und mindestens ein Zahn des zweiten Zahnrad eine Gegenflanke zu der ersten Flanke (101 ) aufweist; und wobei

ein Mittel zur Tragbildprüfung auf die Gegenflanke aufgebracht ist; dadurch gekennzeichnet, dass

die erste Flanke (101 ) eine erste Aussparung (103, 105, 107, 215) aufweist.

2. Anordnung mit einem ersten Zahnrad und einem zweiten Zahnrad; wobei das erste Zahnrad und das zweite Zahnrad miteinander kämmen; und wobei ein Zahn (401 ) des ersten Zahnrads eine erste Flanke (403) und mindestens ein Zahn des zweiten Zahnrad eine Gegenflanke zu der ersten Flanke (403) aufweist; dadurch gekennzeichnet, dass

die erste Flanke (403) eine erste Aussparung (405) aufweist; wobei

in die erste Aussparung (405) eine Füllung (407) eingebracht ist.

3. Anordnung nach einem der vorhergehende Ansprüche; dadurch gekennzeichnet, dass

die erste Aussparung zwischen der ersten Flanke (101 ) und einer zweiten Flanke des Zahns (203) durchgehend verläuft.

4 .Anordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2; dadurch gekennzeichnet, dass die erste Aussparung (103, 105, 107, 215, 407) als Nut ausgebildet ist.

5. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche; dadurch gekennzeichnet, dass

die erste Aussparung (103, 105, 107, 215, 407) zwei Kanten der ersten Flanke (101 , 403) miteinander verbindet.

6. Anordnung nach dem vorhergehenden Anspruch; dadurch gekennzeichnet, das die erste Aussparung (103, 105, 107, 215, 405) eine obere Kante der ersten Flanke (101 , 403) und eine untere Kante der Flanke (101 , 403) miteinander verbindet.

7. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche; dadurch gekennzeichnet, dass

die erste Flanke (101 , 403) ausgebildet ist, entlang mindestens einer Kontaktlinie (109, 111 ) mit der Gegenflanke in Kontakt zu kommen; wobei

die Kontaktlinie (109, 111 ) die erste Aussparung (103, 105, 107, 215, 405) kreuzt.

8. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche; dadurch gekennzeichnet, dass

mindesten eine Flanke eines weiteren Zahns (205) des ersten Zahnrads (201 ) eine zweite Aussparung (217) aufweist; wobei

die erste Aussparung (103, 105, 107, 215, 405) und die zweite Aussparung (217) der Flanke des zweiten Zahns (205) axial versetzt zueinander angeordnet sind.

9. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche; dadurch gekennzeichnet, dass

das Zahnrad (201 ) einstückig ausgeführt ist.

10. Verfahren zum Prüfen des Tragbilds eines ersten Zahnrads (201 ) und eines zweiten Zahnrads; wobei

das erste Zahnrad (201 ) und das zweite Zahnrad miteinander kämmen; wobei ein Zahn (203) des erste Zahnrads (201 ) eine erste Flanke (101 , 403) und mindestens ein Zahn des zweiten Zahnrad eine Gegenflanke zu der ersten Flanke (101 , 403) aufweist; mit den Schritten:

- Aufbringen eines Mittels zur Tragbildprüfung auf die Gegenflanke; und

- Fertigen einer ersten Aussparung (103, 105, 107, 215, 405); wobei

die erste Flanke (101 , 403) die erste Aussparung (103, 105, 107, 215, 405) aufweist.