DE19548609A1 - Zahnradgetriebe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Zahnradgetriebe, insbesondere zur Verwendung bei einem Schrittmotor, mit einem Ritzel als An­ triebsrad und mit einem vom Ritzel beaufschlagbaren Abtriebsrad sowie mit einer ersten und einer zweiten Lagerplatte, in welcher die Drehachsen des Antriebsrads und des Abtriebsrades jeweils gelagert sind.

Es ist allgemein bekannt, daß bei der Übertragung von Kräften und Momenten mittels Zahnrädern aufgrund fertigungsabhängiger Toleranzen sowie wegen gebrauchsabhängigen Verschleißes ein gewisses Spiel der im gemeinsamen Eingriff miteinander befindli­ chen Zähne beziehungsweise deren Zahnflanken nicht ausge­ schlossen werden kann. Spielbehaftete Übertragungselemente, das heißt die Zähne, aber beeinträchtigen die Lauf ruhe und/oder die Genauigkeit der Kraftübertragung. Außerdem tritt bei einer Dreh­ richtungsänderung ein sog. toter Gang auf. Es liegt daher stets im Interesse des Anwenders, spielfreie Paarungen von Zahnrädern zu schaffen, um die genannten Nachteile zu vermeiden.

Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Zahnradgetriebe der eingangs genann­ ten Art zu schaffen, welches bei einfacher Gestaltung und ko­ stengünstiger Herstellbarkeit die Auswirkung des toleranz- und/oder verschleißbedingten Verdrehflankenspiels eines Zahnrad­ paares verhindert bzw. vermeidet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestal­ tungen und Verbesserungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die Erfindung basiert auf der Idee, dem Abtriebsrad ein zusätz­ liches Zahnrad mit übereinstimmender Verzahnungsgeometrie ko­ axial zuzuordnen, wobei ein Winkelversatz vorgesehen ist, der größer oder gleich dem Winkel des maximalen toleranzbedingten Verdrehflankenspiels der Verzahnung ist und das ausgehend von dieser Position entgegen der Rückstellkraft einer Federeinrich­ tung soweit verdreht werden kann, bis beide Verzahnungen fluch­ ten, d. h. die Zahnflanken zur Deckung gelangen. In diesem Zu­ stand sind sowohl das Zahnrad als auch das Abtriebsrad vom ein­ greifenden Antriebsrad beaufschlagt.

Mit der erfindungsgemäßen Gestaltung des Zahnradgetriebes wird auf einfache Weise erreicht, daß ein vorhandenes Zahnspiel zwi­ schen dem Antriebsrad einerseits und dem Abtriebsrad anderer­ seits ausgeglichen wird, indem das zusätzliche Zahnrad eine elastische Verdrehung gegenüber dem Abtriebsrad ausführt, wo­ durch die Zahnflanken des Antriebsrads einerseits und des Ab­ triebsrades beziehungsweise des zusätzlichen Zahnrades anderer­ seits in Anlage aneinander kommen. Dies wird insbesondere da­ durch erreicht, daß die Zahnbreite des Antriebsrads mindestens der gemeinsamen Zahnbreite des Abtriebsrades und des zusätz­ lichen Zahnrades entspricht, so daß rein geometrisch sicher­ gestellt ist, daß beide kraftaufnehmenden Zahnräder vom An­ triebsrad gleichzeitig mit dem Antriebsrad zusammenarbeiten.

Bevorzugt wirkt die Federeinrichtung in beiden Drehrichtungen, so daß der Zahnspielausgleich auch bei einer Drehrichtungsumkehr wirksam ist. Dies ist insbesondere bei der Verwendung des Zahn­ radgetriebes als Anzeigeinstrument in Kraftfahrzeugen von großer Bedeutung, bei denen beispielsweise bei einer Schwankung des anzuzeigenden Betriebszustandes eine häufige Drehrichtungsumkehr gegeben ist. Gerade dort kommt es darauf an, den vom Zahnrad­ getriebe betätigten Zeiger ruhig und zitterfrei zu bewegen.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Zahnrad in Bezug auf das Abtriebsrad axial verschiebbar gelagert. Die Axialverschiebung erfolgt gegen die rückstellenden Wirkung der Federeinrichtung, die beispielsweise als Druckfeder oder Feder­ scheibe zwischen dem Zahnrad und der Lagerplatte angeordnet ist und das Zahnrad axial in Richtung auf das Abtriebsrad hin zwingt. Weiterhin sind sowohl am Zahnrad als auch am Abtriebsrad Kopplungselemente vorgesehen, die die Axialverschiebung des Zahnrads mit der relativen Verdrehbewegung zwischen dem Zahnrad und dem Abtriebsrad zwangskoppeln. Der maximale Verdrehwinkel zwischen dem Zahnrad und dem Abtriebsrad korrespondiert somit mit einem maximalen Verschiebeweg des Zahnrads in axialer Rich­ tung. Der Vorteil einer derartigen Konfiguration liegt insbeson­ dere darin, daß die eingangs beschriebene elastische Verdrehung von Zahnrad und Antriebsrad konstruktiv einfach zu lösen ist. Insbesondere ergeben sich Vorteile bei der Massenfertigung, da sämtliche Bauteile lediglich aufeinandergestellt werden müssen.

Bevorzugt ist beispielsweise am Abtriebsrad ein kegelförmiger Zapfen in axialer Ausrichtung und in exentrischer Anordnung vorgesehen. Diese greift in eine korrespondiere axiale Einfor­ mung am Zahnrad ein.

Die konische Gestaltung des Zapfens einerseits wie auch der azimutale Versatz zueinander sorgen für ein axiales Auswandern des zusätzlichen Zahnrades, sobald das Antriebsrad eingreift und dabei versucht, die Zahnflanken des Abtriebsrades und des Zahn­ rades in Deckung miteinander zu bringen, da in Ruhestellung der genannte Versatz um das maximal beherrschbare Verdrehflanken­ spiel besteht. Das heißt mit anderen Worten, daß ein größeres als dieses maximale Verdrehflankenspiel entsprechend dem Winkel α nicht ausgeglichen werden kann. Es ist somit die Kompensation des maximalen Verdrehflankenspiels möglich.

Vorteilhafterweise durchgreift die zylindrische Einformung das zusätzliche Zahnrad und bildet eine Ausnehmung. Im Sinne einer einfachen Montierbarkeit des Systems kann es günstig sein, daß die Einformung als eine zylindrische Bohrung mit einer Anfasung ausgebildet ist und als Montagehilfe beim Fügungsprozeß dient.

Um die Zentrierwirkung zu verbessern, das heißt, um eine mög­ lichst gleichförmige Ansteuerung des zusätzlichen Zahnrades zu gewährleisten, können in Weiterbildung der Erfindung am Ab­ triebsrad mehrere kegelförmige Zapfen auf einem Kreis gleichför­ mig verteilt angeordnet sein, denen korrespondierende Einformun­ gen am zusätzlichen Zahnrad zugeordnet sind.

Die Zahl der kegelförmigen Zapfen am Abtriebsrad und der korre­ spondierenden Einformungen am zusätzlichen Zahnrad kann abhängig von der Größe des Abtriebsrades auch größer sein, zum Beispiel acht, um so einen möglichst gleichförmigen Spielausgleich si­ cherzustellen.

Ein besondere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß das Zahnrad zwischen dem Abtriebsrad und der oberen Lagerplatte angeordnet ist, wobei in weiterer Ausgestaltung der Erfindung das Zahnrad auf eine am Abtriebsrad konzentrisch angeformte Lagerbüchse aufgeschoben ist und von dieser geführt ist.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform, insbesondere für die Großserienfertigung, bei der das Antriebsrad, das Abtriebsrad und das zusätzliche Zahnrad als Massenschüttgut zur Verarbeitung gelangen, sind das Antriebsrad, das Abtriebsrad und das zusätz­ liche Zahnrad als Kunststofformteile ausgebildet. Dabei können das Abtriebsrad und das zusätzliche Zahnrad einen Durchmesser von <10 mm aufweisen.

Anhand eines in der schematischen Zeichnung dargestellten Aus­ führungsbeispiels sollen die Erfindung, vorteilhafte Ausgestal­ tungen und Verbesserungen der Erfindung sowie besondere Vorteile der Erfindung näher erläutert und beschrieben werden.

Es zeigt

Fig. 1 ein zusätzliches Zahnrad in Draufsicht,

Fig. 2 ein Abtriebsrad in Draufsicht,

Fig. 3 ein erfindungsgemäßes Zahnradgetriebe im Längs­ schnitt,

Fig. 4 einen Querschnitt durch die Anordnung gemäß Fig. 3 entlang Schnittlinie IV-IV und

Fig. 5 eine Ausschnittvergrößerung aus Fig. 4.

In Fig. 1 ist ein zusätzliches Zahnrad 10 in Draufsicht dar­ gestellt, das gemeinsam mit einem in Fig. 2 ebenfalls in Drauf­ sicht gezeigten Abtriebsrad 12 in einem in Fig. 3 im Längs­ schnitt wiedergegebenen Zahnradgetriebe 14 montiert ist, wobei das zusätzliche Zahnrad 10 auf einer am Abtriebsrad 12 angeform­ ten Achshülse aufgeschoben ist, wie in Fig. 3 zu erkennen ist.

In das zusätzliche Zahnrad 10 ist auf seiner Radfläche eine Ausnehmung 16 eingeformt, die mit einem am Abtriebsrad angeform­ ten kegelförmigen Zapfen 18 achsen- und radiengleich korrespon­ diert. Hierbei ist die Zahngeometrie, insbesondere die Zahn­ teilung des zusätzlichen Zahnrades 10 zwar identisch mit der des Abtriebsrades 12, jedoch gegenüber dieser um einen Winkel α azimutal, das heißt am Umfang, versetzt. Dies wird deutlich durch Vergleich der jeweils durch die eingeformte Ausnehmung 16 beziehungsweise durch den angeformten Zapfen 18 gehenden Tei­ lungsachsen und der diese rechtwinklig schneidenden Hochachsen.

In Fig. 3 ist ein aus den beiden bereits behandelten Zahnrädern 10, 12 sowie aus einem als Antriebsrad 20 dienenden Ritzel und zwei die Zahnräder 10, 12, 20 zu deren Lagerung zwischen sich nehmenden Lagerplatten 22, 24 gebildetes Zahnradgetriebe 14 gezeigt. Wie dieser Darstellung ferner zu entnehmen ist, besitzt der Zapfen 18 die Form eines Kegels, während die Ausnehmung 16 am zusätzlichen Zahnrad 10 eine Zylinderbohrung ist, deren Durchmesser dem Fußdurchmesser des Zapfens 18 entspricht. Wird das zusätzliche Zahnrad 10 angehoben, so daß es sich vom Ab­ triebsrad 12 um das Maß "x" entfernt, kann es aufgrund der Durchmesserunterschiede des konischen Zapfens 18 bei dieser Höhe gegenüber der gleichbleibenden Zylinderbohrung 16 um den bereits erwähnten Versatzwinkel α drehen, so daß die Zahnflanken der beiden angetriebenen Zahnräder 10, 12 zur Deckung kommen.

Zusätzlich zu den beiden angetriebenen Zahnrädern 10, 12 ist mit diesen axial fluchtend eine Federeinrichtung 26 zwischen dem zusätzlichen Zahnrad 10 und der oberen Lagerplatte 22 angeord­ net. Diese Federeinrichtung 26 wird von einer als Druckfeder wirksamen Federscheibe gebildet, welche sich an der oberen La­ gerplatte 22 abstützt und das zusätzliche Zahnrad 10 gegen das Abtriebsrad 12 mit einer Kraft "F" beaufschlagt.

In Verbindung mit der kegelförmigen Gestaltung des wenigstens einen Zapfens 18, der in die Ausnehmung 16 am zusätzlichen Zahn­ rad 10 eingreift, resultiert eine azimutale Rückstellkraft, welche das zusätzliche Zahnrad 10 in seine Ausgangsstellung, das heißt in seine gegenüber dem Abtriebsrad 12 um den Winkel α versetzte Position beaufschlagt.

Außerdem zeigt Fig. 3, daß die Zahnbreite des Antriebsrades 20 wenigstens die Zahnbreite des zusätzlichen Zahnrades 10 und des Abtriebsrades 12 aufweist, wobei auch die axiale Auslenkung des zusätzlichen Zahnrades 10 berücksichtigt ist.

In Fig. 4 ist ein Querschnitt durch das in Fig. 3 gezeigte Ge­ triebe 14 entlang der Schnittlinie IV-IV wiedergegeben, aus welcher Darstellung der Versatz des obenliegenden zusätzlichen Zahnrades 10 gegenüber dem darunter befindlichen Abtriebsrad 12 ersichtlich ist. Dies speziell wird verdeutlicht in der in Fig. 5 gezeigten Ausschnittvergrößerung der Eingriffsbereiche des Antriebsrades 20 und des Abtriebsrades 12 beziehungsweise des zusätzlichen Zahnrades 10. Dabei zeigt sich, daß das Ritzel 20 bei jeder Drehrichtung am Abtriebsrad 12 und auch bei Drehrich­ tungsumkehr - verursacht durch die Verspannung der Abtriebsräder gegeneinander - auch am zusätzlichen Zahnrad 10 stets anliegt.

Mit der Erfindung ist demzufolge eine auf eine einfache Art sehr wirksame Zahnspiel-Ausgleichsvorrichtung geschaffen, welche einfach gestaltet und kostengünstig, zum Beispiel als Kunst­ stopfspritzteil herstellbar ist.

Claims (14)

1. Zahnradgetriebe, insbesondere zur Verwendung bei einem Schrittmotor, mit einem Ritzel als Antriebsrad und mit einem vom Antriebsrad beaufschlagten Abtriebsrad sowie mit einer ersten und einer zweiten Lagerplatte, in welcher die Drehachsen des Antriebsrads und des Abtriebsrades jeweils gelagert sind, gekennzeichnet durch ein zusätzliches Zahn­ rad (10), das

• - ebenfalls vom Antriebsrad (20) beaufschlagbar ist,
• - eine mit dem Abtriebsrad (12) übereinstimmende Verzah­ nungsgeometrie aufweist,
• - koaxial zum Abtriebsrad (12) und gegenüber diesem um einen Winkel (α) verdreht angeordnet ist, wobei der Winkel (α) dem Winkel des maximalen toleranzbedingten Verdrehflankenspiels des Zahnradgetriebes (14) ist, und
• - gegenüber dem Abtriebsrad (12) entgegen der Rückstell­ kraft einer Federeinrichtung (26) verdrehbar ist.

2. Zahnradgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Federeinrichtung (26) in beiden Drehrichtungen und damit auch damit auch bei Drehrichtungsumkehr wirksam ist.

3. Zahnradgetriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Zahnrad (10) in Bezug auf das Antriebs­ rad (12) gegen die Wirkung der Federeinrichtung (26) axial verschiebbar ist und daß am Zahnrad (10) und am Abtriebs­ rad (12) Kopplungselemente (16, 18) vorhanden sind derart, daß eine relative Verdrehbewegung zwischen dem Zahnrad (10) und dem Abtriebsrad (12) mit einer Axialverschiebung des Zahnrades (10) einhergeht.

4. Zahnradgetriebe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Federeinrichtung (26) eine Druckfeder, vorzugs­ weise eine Federscheibe, ist.

5. Zahnradgetriebe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Zahnrad (10) zwischen dem Abtriebsrad (12) und der oberen Lagerplatte (22) gelagert ist und daß die Druck­ feder (26) zwischen dem Zahnrad (10) und der (oberen) Lagerplatte (22) wirkend angeordnet ist.

6. Zahnradgetriebe nach einem der vorherigen Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß das Zahnrad (10) auf eine am Ab­ triebsrad (12) konzentrisch angeformte Lagerbüchse aufge­ schoben und von dieser geführt ist.

7. Zahnradgetriebe nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß am Abtriebsrad (12) wenigstens ein exentrisch angeordneter kegelförmiger Zapfen (18) in axialer Ausrichtung vorgesehen ist, der in eine korrespon­ dierende Einformungen (16) am Zahnrad (10) eingreift.

8. Zahnradgetriebe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Einformung (16) als zylindrische Bohrung, vorzugs­ weise mit einer Anfasung, ausgebildet ist.

9. Zahnradgetriebe nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die zylindrische Einformung (16) das Zahnrad (10) axial vollständig durchsetzt und eine Ausnehmung bildet.

10. Zahnradgetriebe nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß am Abtriebsrad (12) mehrere kegelför­ mige Zapfen (18) auf einem Kreis gleichförmig verteilt angeordnet sind, denen in gleicher Anzahl korrespondieren­ de Einformungen (16) am Zahnrad (10) zugeordnet sind.

11. Zahnradgetriebe nach einem der vorherigen Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß das Antriebsrad (20), das Ab­ triebsrad (12) und das Zahnrad (10) als Kunststofformteile ausgebildet sind.

12. Zahnradgetriebe nach einem der vorherigen Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß das Antriebsrad (20), das Ab­ triebsrad (12) und das zusätzliche Zahnrad (10) als Mas­ senschüttgut zur Verarbeitung gelangen.

13. Zahnradgetriebe nach einem der vorherigen Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß das Abtriebsrad (12) und das Zahnrad (10) eine Größenordnung von <12 mm aufweisen.

14. Zahnradgetriebe nach einem der vorherigen Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß der Winkel α etwa 2° beträgt.