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Gebiet der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft eine getriebliche Verbindung mit mindestens zwei
im Zahneingriff befindlichen Zahnrädern, wobei wenigstens
eines der Zahnräder ein Mittel zum Dämpfen von
Geräuschen aufweist.
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Hintergrund der Erfindung
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Es
ist bekannt, dass in getrieblichen Verbindungen mit Verzahnungen
durch Fertigungstoleranzen und Verschleiß Spiel im Zahneingriff
auftritt. Außerdem muss zwischen den Flanken miteinander
im Zahneingriff stehender Zahnräder zunächst Spiel ausgebildet
sein, da getriebliche Verbindungen der Gattung nicht ohne Fehler
sind. Derartige Fehler sind beispielsweise Abweichungen der Abmessungen vom
Nennmaß, Formabweichungen, Rundlauffehler, Achsabstandsfehler,
Teilungsfehler oder Axialverschiebung die bei der Herstellung und
Montage zwangsläufig entstehen und die bei zu kleinem Spiel zum
Klemmen des Zahneingriffs oder bei zu großem Spiel zu vorzeitigen
Verschleiß und Geräuschen führen können.
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Dieses
in Antriebsrichtung zwischen den Zähnen der Verzahnung
zunächst für die Montage nützliche Spiel
sollte jedoch dann im Betrieb der getrieblichen Verbindung im Interesse
der Laufruhe so klein wie möglich sein, damit Geräusche
vermieden werden. Die Geräusche werden von der Fachwelt auch
als Klappern oder Rasseln (letzteres insbesondere bei Losradanordnungen)
bezeichnet. Außerdem leidet die Genauigkeit des Zahneingriffs
unter zu großem Spiel, wodurch im Betrieb wiederum übermäßiger
Verschleiß auftreten kann. Zu großes Spiel macht sich
insbesondere bei Wechselbeanspruchungen wie Drehrichtungswechsel
(durch den sog. toten Gang) und auf- und abschwellenden Drehmomentbelastungen
bzw. Drehzahlen bemerkbar.
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Es
liegt daher schon lange im Interesse der Fachwelt, spielfreie Paarungen
von Zahnrädern oder Vorrichtungen zum Ausgleich der Spiele
zu schaffen. So zeigt
US 1 746
178 ein Zahnrad aus zwei verbundenen Zahnscheiben. Die
Zahnscheiben weisen die gleiche Verzahnungsgeometrie auf und sind
in Umfangsrichtung gegeneinander verdrehbar. Beim Zusammenbau der
getrieblichen Verbindung kann im Zahneingriff das Flankenspiel mittels
Verdrehen der Verzahnung einer Zahnscheibe gegenüber der
anderen ausgeglichen werden. Dieses schon spätestens seit
1927 bekannte Grundprinzip wurde mit möglicherweise komplizierten
Anordnungen bis in die heutige Zeit weiterverfolgt, wie Veröffentlichungen
der Patentliteratur beispielsweise mit
DE 39 01 076 A1 ,
DE 39 34 377 A1 ,
DE 195 48 609 A1 und
DE 197 21 851 A1 belegen.
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Ein
anderes Grundprinzip sieht vor, Klappern bzw. Rasseln durch Reibung
zu dämpfen oder zu verhindern. So zeigt zum Beispiel
DE 103 28 482 A1 eine
Paarung von Zahnrädern, in der jedes der Zahnräder
mit einer sog. Reibumfangsfläche versehen ist. Die Reibumfangsflächen
sind in gegenseitigem Reibkontakt und verzögern bzw. dämpfen
die Schläge zwischen den Zahnflanken. Die dabei dauerhaft
wirkende Reibkraft könnte sich nachteilig auf den Wirkungsgrad
des Getriebes auswirken.
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Eine
nach dem gleichen Grundprinzip arbeitende jedoch dauerhafte Reibung
ausschließende und möglicherweise relativ komplizierte
Vorrichtung ist in
DE
10 2006 058 868 B4 beschrieben. An beiden miteinander im
Eingriff stehenden Zahnrädern sind außerhalb der
Verzahnung sog. Kraftübertragungsmittel angeordnet. Diese
beiden Kraftübertragungsmittel stehen so in Wirkverbindung,
dass diese im Normalfall nicht miteinander im Eingriff stehen, jedoch
im Falle von Geräusch entwickelnden Relativbewegungen dämpfend
aneinander wirken.
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Bei
Geradverzahnungen kommt der Zahn eines Zahnrades zeitgleich immer
nur mit einem Zahn des anderen Zahnrades wirksam zum Eingriff. In
bestimmten dynamischen Betriebszuständen stehen die Zähne
beim Durchlaufen des Flankenspiels kurzzeitig sogar gar nicht miteinander
im Eingriff. Das führt nach Überwindung des Spiels
beim Aufeinandertreffen der Zähne zu Schlägen
und damit zur Geräuschbildung. Der Fachmann sieht deshalb
Zahnpaarungen mit Schrägverzahnungen als ein Mittel um
die Laufruhe zu erhöhen und um die Geräuschentwicklung
zu vermindern. Einer der Vorteile der Schrägverzahnung
wird darin gesehen, dass die Zähne von Schrägverzahnungen
kontinuierlich allmählich miteinander in Eingriff kommen.
Der Angriff eines Zahns am anderen beginnt an einer Seite des jeweiligen
Zahnes und wandert allmählich über die gesamte
Zahnbreite zur anderen Seite. Bei Schrägverzahnungen können
in Abhängigkeit vom Übersetzungsverhältnis
und Verzahnungsdurchmesser gleichzeitig mehr Zahnpaarungen miteinander
wirksam im Eingriff stehen. Durch den allmählichen Eingriff
der Zähne werden die Zähne allmählich
be- und entlastet, so dass es zu keiner Berührungsunterbrechung
durch Spiel zwischen den Zahnrädern kommt und die getriebliche
Verbindung somit geräuscharm läuft.
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Der
Nachteil von Schrägverzahnungen wird insbesondere in den
Axialkraftkomponenten der Zahnkräfte gesehen, die aufgrund
des schrägen Verlaufs der Verzahnung an den Zähnen
entstehen und die in Kippmomenten an den Zahnrädern und
in Axialschub resultieren. Diese Reaktionen werden in der Regel
an den Lagerungen für die Wellen der getrieblichen Verbindung
oder direkt an Lagerungen der Zahnräder (beispielsweise
an denen von Planetengetrieben) aufgenommen. Die Lagerstellen sind schon
durch die zusätzlichen Axialstützen komplizierter
gestaltet. Da die Reaktionskräfte an den Lagern oft relativ
hoch sind, müssen diese außerdem auch noch ausreichend
dimensioniert sein. Auch dadurch erhöhen sich die Kosten
für die Lager. Außerdem kann mehr Bauraum für
die Lagerstellen benötigt werden, was die Getriebe generell
verteuert. Möglicherweise treten in den Lagerungen negativ
auf den Wirkungsgrad des Getriebes auswirkende Leistungsverluste
auf.
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In
EP 1 493 947 A1 wird
deshalb eine Paarung von Zahnrädern mit Schrägverzahnung
vorgeschlagen, in der mindestens eines der Zahnräder mit einem
Druckkamm versehen ist, der axiale Kräfte im Bereich der
Schrägverzahnung aufnimmt. Bei wirksamer Anordnung von
Druckkämmen soll auf Axialstützen verzichtet werden
können. Allerdings entsteht durch die Berührung
des jeweiligen Druckkamms Reibung, die wiederum den Vorteil des
Verzichts auf die Axialstützen teils wieder zunichte machen
könnte.
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Allgemein
sieht der Fachmann als Doppelverzahnungen ausgeführte Schrägverzahnungen oder
Pfeilverzahnungen als ein Mittel zur Kompensation von Axialkräften
und Leistungsverlusten in Lagern an. In beiden Fällen sind
zwei gegenläufige Verzahnungen nebeneinander angeordnet,
von denen die eine links steigend und die andere rechts steigend
ausgeführt ist. Der durch den Schrägungswinkel
beschriebene Verlauf der Flankenlinien der Zähne formiert
die Spitze eines Pfeils und in entgegengesetzte Richtung ein V.
Eine derartige Anordnung ist in
DE 102 54 527 A1 in einem Planetengetriebe
gezeigt. In dem Planetengetriebe weisen Sonne und Planeten miteinander
korrespondierende Doppelverzahnungen (Pfeilverzahnungen) auf um
Axialkräfte im Planetentrieb aufzuheben. Derartige Verzahnungen
sind in der Regel aufwendiger herzustellen und deshalb teuer.
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Beschreibung der Erfindung
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Die
Aufgabe der Erfindung ist es, eine neue Generation von getrieblichen
Verbindungen zu schaffen, die sich einfach und kostengünstig
herstellen lässt.
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Diese
Aufgabe ist mit dem Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst.
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Die
Erfindung sieht eine Betriebliche Verbindung aus mindestens zwei
im Zahneingriff befindlichen Zahnrädern vor, wobei wenigstens
eines der Zahnräder ein Mittel zum Dämpfen von
Geräuschen aufweist. Gemäß Erfindung
weist das Mittel zum Dämpfen von Geräuschen zumindest
mehrere axial nebeneinander angeordnete und die Zahnräder
bildende Zahnscheiben auf. Die einzelnen Zahnscheiben eines Zahnrads
sind mit gleichmäßiger Teilung am Umfang verteilten
einzelnen Zähnen versehen. Die einzelnen Zähne
der Zahnscheiben weisen radial und in Umfangsrichtung um die Zahnradachse
des jeweiligen Zahnrads zumindest gleiche radiale Verzahnungskennwerte
auf. Das betrifft die Anzahl der Zähne, Wälzkreis,
Teilkreis und die Flankenprofile.
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Die
Zahnbreite der Zähne der Zahnscheiben kann von Zahnscheibe
zu Zahnscheibe differieren. Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht
vor, dass Zähne der einzelnen Zahnscheiben bzw. die Zahnscheiben
untereinander die gleiche axiale Breite aufweisen, wie die die der
benachbarten Zahnscheibe im gleichen Zahnrad. In diesem Falle weisen
die Zahnscheiben gegenüber den anderen Zahnscheiben des
gleichen Zahnrads identische Verzahnungsgeometrien auf.
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Die
Flankenlinie der Zähne an der einzelnen Zahnscheibe ist
wahlweise eine parallel oder mit spitzen Winkel zur Zahnradachse
ausgerichtete Gerade. Alternativ sind die Flankenlinien bogenförmig,
alternativ pfeilförmig. Würden die Zähne
der Zahnscheiben zueinander ausgerichtet, ergäbe sich ein
Stirnrad mit Geradverzahnung, das aus mehreren Zahnscheiben zusammengesetzt
ist. Erfindungsgemäß sind jedoch die Verzahnungen
zumindest einzelner Zahnscheiben eines Zahnrades um die Zahnradachse
gegenüber den anderen Zahnscheiben verschwenkt. Dadurch
stehen an dem Zahnrad jeweils die Flanken der Zähne einer
Zahnscheibe gegenüber den Flanken der Zähne der
benachbarten Zahnscheibe in eine Umfangsrichtung hervor, so dass
sich von Flanke zu Flanke eine Stufe ergibt. An der entgegengesetzten
Flanke des selben Zahnes stehen sie dementsprechend zurück.
Es ergeben sich stirnseitig der Verzahnung insgesamt stufenförmige
Verläufe der Flankenlinien der aus mehreren einzelnen Zähnen
zusammengesetzten Gesamtzähne. Vorzugsweise stehen die
Flanken der Zähne einer einzelnen Zahnscheibe gegenüber
den der vorhergehenden Zahnscheibe so hervor, so dass sich längs
des Zahnrads in eine Richtung nach rechts oder links ein stufenförmiger
treppenförmig ansteigender Verlauf der Flankenlinie für
die Gesamtzähne ergibt. Alternativ dazu kann aber auch
die Richtung wechseln, so dass sich auch ein aus einzelnen Stufen
zusammengesetzter bogen- oder pfeilförmiger Verlauf der
Flankenlinien ergibt.
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Es
müssen nicht alle Verzahnungen der benachbarten Zahnscheiben
eines Zahnrads gegeneinander verdreht sein, sondern es ist auch
möglich, dass die Zähne von zwei oder mehr unmittelbar
nebeneinander angeordnete Zahnscheiben zur Bildung einer gemeinsamen
Flankenlinie zueinander ausgerichtet sind. Dabei kann auch die Anzahl
der so zueinander ausgerichteten Zahnscheiben von Stufe zu Stufe
gleich sein oder sich unterscheiden. Vorzugsweise ist jedoch jede
Zahnscheibe gegenüber der benachbarten Scheibe so verdreht,
dass das Flankenprofil von Scheibe zu Scheibe stufenförmig
verläuft.
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Die
Stirnverzahnungen der einzelnen Zähne der Zahnscheiben
eines Zahnrades stehen in getriebliche Verbindung mit den Flankenprofilen
einzelner Stirnverzahnungen an den Zähnen der Zahnscheiben
des anderen Zahnrades, sodass sich in der getrieblichen Verbindung
eine gemeinsame Übersetzung und das gleiche Modul ergibt.
Dabei ist es möglich, dass die Verzahnungen von zwei oder
mehr Zahnscheiben einer Stufe mit nur einer oder mehr Verzahnungen
der Zahnscheiben des anderen Zahnrades im Eingriff stehen.
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Die
Zahnscheiben eines Zahnrades sind untereinander entweder aus dem
gleichen Material, vorzugsweise aus Stahlblech, oder unterscheiden sich
hinsichtlich des Materials und/oder der Beschichtung und/oder ihrer
Härte, Oberflächen usw.. Axial zwischen den einzelnen
Zahnscheiben können auch Distanzscheiben oder Dämpfungsscheiben
angeordnet sein.
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Die
Zahnscheiben sind durch Schrauben, Schweißen, Nieten allgemein
oder in Begleitung mit anderen Formschlussverbindungen aneinander
befestigt bzw. gegen Verdrehen aneinander gesichert.
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Die
Zahnscheiben sind vorzugsweise gestanzt. Die Dicke der Scheiben
ist frei nach den Anforderungen an das Zahnrad wählbar
und liegt beispielsweise bei 0,1 und 2 mm. Die Zahnräder
lassen sich entsprechend kostengünstig herstellen. Axiale Kräfte
in der Verzahnung entstehen nicht oder weder durch entsprechende
Anordnung im Zahnrad aufgehoben, so dass Lager einfacher gestaltet
werden können. Der Verlauf der Zahnräder bewirkt
jedoch eine gewisse Kontinuität im Zahneingriff, die durch fertigungsbedingte
Maß-, Form- und Lageabweichungen der Zahnscheiben eines
Zahnrades untereinander entsteht bzw. unterstützt ist und
welche sich auch gezielt zur Einstellung der Spiele beeinflussen lassen.
Schlagartiges Eingreifen der Zähne wird verhindert und
die Geräuschentwicklung gemindert. Des weiteren ist die
Eigenfrequenz eines Zahnrades aus Zahnscheiben verändert,
wodurch gezielt die Weiterleitung des Körperschalls verringert
wird. Außerdem ist es möglich, Dämpfungsmittel
in Form von Beschichtungen, Federn oder Scheiben zwischen den einzelnen
Zahnscheiben oder Zahnscheibenpaketen eines oder beider Zähnräder
der getrieblichen Verbindung einzusetzen.
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Detaillierte Beschreibung
der Zeichnung
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1 zeigt
ein Ausführungsbeispiel einer getriebliche Verbindung 1 mit
zwei im Zahneingriff befindlichen Zahnrädern 3 und 4. 2 zeigt
eine einzelne Zahnscheibe 3a oder 4a. 3 zeigt
ein Zahnrad, das ein Zahnrad 3 oder Zahnrad 4 sein könnte,
das als Einzelteil stark vergrößert und nicht maßstäblich
dargestellt ist, in der Seitenansicht. 4 zeigt
die stark vergrößerte und nicht maßstäblich
dargestellte Hauptansicht eines Zahnrads 4. 5 zeigt
eine nicht maßstäbliche und stark vergrößerte
Darstellung eines Abschnitts des Zahneingriffs am Wälzkreis
im Schnitt nach 1 entlang der Schnittebene E
und senkrecht von oben betrachtet. 6 zeigt
den Zahneingriff der Zahnräder 3 und 4 perspektivisch.
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1 bis 6 – Gemäß Erfindung
weist das Mittel 5 zum Dämpfen von Geräuschen
zumindest mehrere axial nebeneinander angeordnete Zahnscheiben 3a und 4a auf,
die die Zahnräder 3 und 4 bilden. Die
einzelnen Zahnscheiben 3a bzw. 4a sind mit Zähnen 3b bzw. 4b versehen – das
Zahnrad 4 mit der größeren Anzahl der
Gesamtzähne 10 mit Zähnen 4b des
Zahnrads 4 nach 4, die mit gleicher gleichmäßiger
Teilung mit 36 × Teilungswinkel T = 10° von 360° am
Umfang verteilt sind. Die einzelnen Zähne 3b bzw. 4b des
Zahnrads 3 oder 4 bzw. der Zahnscheiben 3a bzw. 4a weisen
gleiche Verzahnungskennwerte, wie Anzahl der Zähne, Wälzkreis, Teilkreis
auf. In Umfangsrichtung bzw. tangential sind die Flankenprofile 8a und 8b bzw.
Flankenprofile 12a und 12b an den Flanken 8 der
Zähne 3b der Zahnscheiben 3a bzw. an
den Flanken 12 der Zähne 4b gleich.
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Die
Flankenprofile 12a und 12b sind am Beispiel des
Zahnrads 4 in 4 dargestellt und sind durch
den Umriss der einzelnen Zähne 4b in Radialebenen
beschrieben, die senkrecht von der jeweiligen Zahnradachse 6 oder 7 durchstoßen
sind.
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Die
Zahnbreite B der Zahnscheibe 3a bzw. 4a ist in
diesem Fall zueinander und gegenüber den Scheiben des anderen
Zahns gleich. In diesem Falle weisen also die Zahnscheiben 3a bzw. 4a gegenüber den
anderen Zahnscheiben 3a bzw. 4a ihres Zahnrads 3 oder 4 identische
Verzahnungsgeometrien auf, da auch die Zahnbreite B gleich ist.
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Die
Zähne 9 (Gesamtzähne) des Zahnrads 3 oder
die Zähne 10 (Gesamtzähne) des Zahnrads 4 sind
durch die einzelnen axial aufeinander folgenden lamellenförmigen
Zähne 3b bzw. 4b zusammengesetzt. Die
Flankenlinien 13 der Zähne 3b bzw. die Flankenlinien 2 der
Zähne 4b sind Geraden, die parallel zur Zahnradachse 6 bzw. 7 ausgerichtet
sind und so dem Verlauf der Flankenlinie von Stirnrädern mit
Geradverzahnung entsprechen und keine axialen Kräfte erzeugen.
Flankenlinien sind die axial über die Breite der Zähne
orientierten Kontaktlinien (in diesem Fall in der Ebene E), an denen
die Flanken 8 und 12der Zähne im Wälzkontakt
aufeinander treffen und aneinander abwälzen – siehe
dazu den Schnitt nach 5.
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4 und 5 – Erfindungsgemäß sind die
Flanken 8 und 8 der Zähne 3b der
Zahnscheiben 3a eines Zahnrades 3 so um die Zahnradachse 6 gegeneinander
in Umfangsrichtung verschwenkt, dass jeweils die Flankenprofile 8a der
Zähne 3b einer Zahnscheibe 3a gegenüber
den Flankenprofilen 8a der Zähne 3b (5)
einer im Bild rechts benachbarten anderen Zahnscheibe 3a des
selben Zahnrades 3 in die mit dem Richtungspfeil 14 markierte
Umfangsrichtung um das Maß Z hervorstehen – und – dementsprechend
in die mit dem Richtungspfeil 15 markierte Umfangsrichtung
die Flankenprofile 8b um das Maß Z zurückstehen.
Dementsprechend stehen die Flankenlinien 13 der Zähne 3b im
Wälzkontakt um das Maß Z gegenüber der
benachbarten Zahnscheibe 3a vor oder zurück.
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3 und 5 – Es
ergibt sich stirnseitig der Verzahnung ein stufenförmiger
Verlauf der Flanken der Flankenlinie 11, die sich über
die Gesamtzahnbreite L der jeweiligen Gesamtzähne 9 erstreckt. Dargestellt
ist dies am Beispiel des Zahnrads 3 in 3.
Die Flankenprofile 8a der Zähne 3b der
Zahnscheibe 3a stehen gegenüber den Zähnen 3b der
benachbarten Zahnscheibe 3a und die Flankenprofile 8a der
darauffolgenden Zahnscheibe wieder um einen Betrag Z zur vorhergehenden
weiter hervor usw., so dass sich ein stufenförmiger und
insgesamt von rechts nach links oder von links nach rechts treppenförmig
ansteigender Verlauf der Flankenlinie 11 ergibt.
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1 und 5 – In
der getrieblichen Verbindung sind der einzelnen Stirnverzahnungen
der einzelnen Zähne 3b der Zahnscheiben 3a des
Zahnrades 3 im Eingriff mit den Zähnen 4b der
Zahnscheiben 4a des anderen Zahnrades 4.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- getriebliche
Verbindung
- 2
- Flankenlinie
der Zähne 4b der Zahnscheibe 4
- 3
- Zahnrad
- 3a
- Zahnscheibe
- 3b
- Zahn
der Zahnscheibe 3a
- 4
- Zahnrad
- 4a
- Zahnscheibe
- 4b
- Zahn
der Zahnscheibe 4a
- 5
- Mittel
zum Dämpfen
- 6
- Zahnradachse
des Zahnrads 3
- 7
- Zahnradachse
des Zahnrads 4
- 8
- Zahnflanke
des Zahnes 3
- 8a
- Flankenprofil
des Zahnes 3
- 8b
- Flankenprofil
des Zahnes 3
- 9
- Zahn
(Gesamtzahn) des Zahnrads 3
- 10
- Zahn
(Gesamtzahn) des Zahnrads 4
- 11
- Flankenlinie
des Gesamtzahnes
- 12
- Zahnflanke
des Zahnes 4
- 12a
- Flankenprofil
des Zahnes 4
- 12b
- Flankenprofil
des Zahnes 4
- 13
- Flankenlinie
der Zähne 3b an den Zahnscheiben 3a
- 14
- Richtungspfeil
einer Umfangsrichtung
- 15
- Richtungspfeil
einer Umfangsrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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-
Zitierte Patentliteratur
-
- - US 1746178 [0004]
- - DE 3901076 A1 [0004]
- - DE 3934377 A1 [0004]
- - DE 19548609 A1 [0004]
- - DE 19721851 A1 [0004]
- - DE 10328482 A1 [0005]
- - DE 102006058868 B4 [0006]
- - EP 1493947 A1 [0009]
- - DE 10254527 A1 [0010]
