EP4146957A1 - Gear having at least two rows of teeth offset axially and in the direction of rotation - Google Patents

Abstract

The invention relates to a gear (1) having at least two rows of circumferential teeth offset axially and in the direction of rotation. For the purpose of a precise and cost-effective production, according to the invention, the gear (1) has gear wheels (5, 6) which are structurally identical to one another. Adjusting elements (7, 8) for setting the offset of the gear wheels (5, 6) in the direction of rotation, and asymmetric teeth for transmitting particularly high loads are described in embodiments.

Description

Zahnrad mit zumindest zwei axial und in Drehrichtung versetzten Zahnreihen Gear with at least two rows of teeth offset axially and in the direction of rotation

Die Erfindung betrifft ein Zahnrad mit zumindest zwei axial und in Drehrichtung versetzten Reihen an Umfangszähnen, wobei das Zahnrad mit untereinander bauglei chen Zahnscheiben versehen ist, entsprechend dem Oberbegriff des Anspruches 1. The invention relates to a gearwheel with at least two rows of circumferential teeth that are axially offset and in the direction of rotation, the gearwheel being provided with toothed disks bauglei one below the other, according to the preamble of claim 1.

Zahnräder mit mehreren in Drehrichtung (entlang des Umfangs) versetzten Zahnreihen haben gegenüber einreihigen Zahnrädern den Vorteil, dass sich mehr Zahnpaare gleichzeitig im Eingriff befinden können, sodass sowohl die übertragbare Leistung als auch die Laufruhe verbessert werden kann. Im Stand der Technik findet man beispielsweise ein „molded staggered tooth gear“ der Mesta Machine Company aus 1913 mit weit über 10 Metern Durchmesser im Internet unter: https://www.***.com/search?q=Molded+staggered+tooth+gear&rlz=lClCHBD_de AT853AT853&tbm=isch&source=iu&ictx=l&fir=150DW3gNXBzxlM%253A%252C 0bi4EEA0twyfkM%252C_&vet= 1 &usg=AI4_- kTZ3AhqhozE_v2ZNCHbG6ZWMih2pw&sa=X&ved=2ahUKEwjIxpygpIXnAhU9xMGears with several rows of teeth offset in the direction of rotation (along the circumference) have the advantage over single-row gears that more pairs of teeth can be in mesh at the same time, so that both the transferable power and the smoothness can be improved. In the prior art, for example, a “molded staggered tooth gear” from the Mesta Machine Company from 1913 with a diameter well over 10 meters can be found on the Internet at: https://www.***.com/search?q=Molded+staggered+tooth+ gear & rlz = lClCHBD_de AT853AT853 & tbm = isch & source = iu & ictx = l & fir = 150DW3gNXBzxlM% 253A% 252C 0bi4EEA0twyfkM% 252C_ & vet = 1 & usgXWIX = 1 & usgWIX 2QWIX = KTCHEb2G6hZhN = AI4_- kTCHZ3 &6hZh

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Verschiedentlich werden derartige Zahnräder auch bei Zahnradpumpen bzw. Zahnrad motoren verwendet, um den Förderstrom bzw. die Antriebsleistung möglichst gleichmäßig zu gestalten, wie in der EP 0004 119 A2 angegeben. Various gears of this type are also used in gear pumps or gear motors in order to make the delivery flow or the drive power as uniform as possible, as indicated in EP 0004 119 A2.

Generell ist in diesem Zusammenhang festzuhalten: Die bedeutendste Verzahnungsart im Maschinenbau ist die Evolventenverzahnung. Sie gilt als robuster, optimaler Kompromiss, wenn es darum geht, die Gleitreibung zwischen den im Eingriff stehenden Zähnen zu minimieren, Zahnfuß- und Flankentragfähigkeit sicherzustellen, Drehmoment gleichmäßig zu übertragen, und die besonders beim Fahrzeugbau auftretenden Lastwechsel zu verkraften. Entscheidend für ihren vielfältigen Einsatz ist auch die kostengünstige präzise Herstellungsweise im Walzfräsverfahren. Zur Steigerung der übertragbaren Drehmomente ohne Verzicht auf Laufruhe wird angestrebt, möglichst viele Zahnpaare gleichzeitig an der Momentübertragung zu beteiligen. Bei den üblichen Eingriffswinkeln (17,5° bis 20°) ist eine Profilüberdeckung von 2 oder darüber hinaus mit der in vieler Hinsicht vorteilhaften, geradverzahnten Evolventenverzahnung jedoch praktisch nicht realisierbar. Bei Belastung mit hohen Drehmomenten macht sich zudem bei der geradverzahnten Evolventenverzahnung der oberhalb des Wälzpunkts liegende, stoßende Zahneingriffsbeginn durch entsprechende Geräuschentwicklung und verschärfte Abrasion bemerkbar. In der Regel wird daher bei hohen Lasten auf Schrägverzahnungen ausgewichen. Das zieht, wegen des dabei entstehenden axialen Schubes, oftmals aufwändigere Lagerungen der Achsen nach sich, verursacht mehr Reibung und ist insgesamt wesentlich aufwändiger in der Herstellung. In general, it should be noted in this context: The most important type of gear in mechanical engineering is the involute gear. It is considered a robust, optimal compromise when it comes to minimizing the sliding friction between the meshing teeth, ensuring tooth root and flank load-bearing capacity, transmitting torque evenly, and coping with the load changes that occur particularly in vehicle construction. The cost-effective, precise manufacturing method using the hobbing process is also decisive for their wide range of uses. In order to increase the torque that can be transmitted without foregoing smooth running, the aim is to have as many pairs of teeth as possible participate in the torque transmission at the same time. With the usual pressure angles (17.5 ° to 20 °), however, a profile overlap of 2 or more with the straight-toothed involute toothing, which is advantageous in many respects, is practically impossible. When loaded with high torques, in the straight-toothed involute toothing, the start of butting tooth engagement lying above the pitch point becomes noticeable through corresponding noise development and increased abrasion. As a rule, helical gears are used for high loads. Because of the resulting axial thrust, this often results in more complex bearings for the axles, causes more friction and is significantly more complex to manufacture overall.

Es besteht daher ein Bedarf an Zahnrädern bzw. einem generischen Zahnrad, das mit einfachen, baugleichen Teilen herstellbar ist, auch ohne Schrägverzahnung eine hohe Profilüberdeckung ermöglicht, bei hohen Lasten einen reibungs- und geräuscharmen Zahneingriff sicherstellt, und optimales Zahnflankenspiel besser aufrechterhalten kann, als das bei bisherigen Verzahnungen, einschließlich Schrägverzahnungen der Fall ist. There is therefore a need for gear wheels or a generic gear wheel that can be manufactured with simple, structurally identical parts, enables a high profile overlap even without helical gearing, ensures low-friction and low-noise tooth engagement at high loads, and can maintain optimal tooth flank backlash better than that is the case with previous gears, including helical gears.

Es ist Aufgabe und Ziel der Erfindung, ein solches Zahnrad anzugeben. It is the object and aim of the invention to provide such a gear.

Das Ziel wird mit den im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 angegebenen Merkmalen erreicht; mit anderen Worten: Mehrere Zahnscheiben, die axial und in Drehrichtung beweglich passgenau auf eine Welle aufgezogen sind und bevorzugt an den einander zugewandten Seitenflächen Positionierelemente aufweisen, die zu Formschluss führen können, werden mittels Zugelement(en) an einer Manschette befestigt, die mit dieser Welle formschlüssig verbunden ist, wobei die Zahnscheiben sich bei Ausübung der Zugkraft untereinander axial und in Drehrichtung, sowie auch an der Manschette, auf solche Weise selbst positionieren, dass der erwünschte Versatz in Drehrichtung erreicht wird, und in Bezug zu einem verzahnten Komplementärteil das Zahnflankenspiel feinreguliert werden kann. The goal is achieved with the features specified in the characterizing part of claim 1; In other words: A plurality of toothed disks, which are axially and movably in the direction of rotation, precisely fitted onto a shaft and preferably have positioning elements on the mutually facing side surfaces that can lead to a form fit, are fastened to a sleeve by means of tension element (s), which is connected to this shaft is positively connected, the toothed washers position themselves axially and in the direction of rotation, as well as on the sleeve, when the tensile force is exerted, in such a way that the desired offset in the direction of rotation is achieved, and the tooth flank play is finely regulated in relation to a toothed complementary part can.

Durch die Benutzung von einzelnen Zahnscheiben wird die Herstellung wesentlich vereinfacht und verbilligt. Aufgrund des auf mehrere Zahnscheiben aufgespaltenen Verzahnungsmoduls bei mehrreihigen Zahnrädern, können größere Zahndicken und - lücken verwendet werden, und der Eingriffsbeginn der Zähne für beide Drehrichtungen der jeweils unter Last stehenden Zahnflankenpaare kann somit in den Bereich des idealen Wälzpunktes verlegt werden. Daraus ergibt sich ein stoßfreier und geräuscharmer Eingriffsbeginn, der die Laufruhe bisheriger Verzahnungen übertrifft. Bei einander benachbarten Zahnscheiben kann zudem zwischen den Zahnflanken der involvierten Hirth-Verzahnungen ein regulierbarer Spalt vorgesehen werden, der eine Feinregulierung des Flankenspiels der Umfangsverzahnungen der Zahnräder ermöglicht. The use of individual toothed disks makes production much easier and cheaper. Due to the split into several toothed disks Tooth module in multi-row gears, larger tooth thicknesses and gaps can be used, and the start of engagement of the teeth for both directions of rotation of the respective tooth flank pairs under load can thus be relocated to the area of the ideal pitch point. This results in a smooth and low-noise start of engagement that exceeds the smoothness of previous gears. In the case of toothed disks adjacent to one another, an adjustable gap can also be provided between the tooth flanks of the Hirth gears involved, which allows fine adjustment of the backlash of the circumferential gears of the gears.

Mit Geradverzahnung ist in verschiedener Hinsicht weniger Reibung und Verschleiß, und auch höhere Traglast realisierbar, als mit Getrieben, die auf Schrägverzahnungen aufbauen. Außerdem können die erfindungsgemäßen Zahnräder, aufgrund ihres Aufbaus aus untereinander baugleichen Zahnscheiben, kostengünstig im Guss- und Wälzfräsverfahren, oder in einem beliebigen anderen Herstellungsverfahren für Großserienproduktion nach dem gegebenen Stand der Technik hergestellt werden. With straight teeth, less friction and wear and tear, and also a higher load capacity, can be achieved in various respects than with gears that are based on helical teeth. In addition, the gears according to the invention, due to their construction from toothed disks of identical construction, can be manufactured inexpensively in the casting and hobbing process, or in any other manufacturing process for large-scale production according to the given state of the art.

Wegen der mit der Hirth-Verzahnung verbundenen Steigung (10 mm axialer Weg können, je nach Steigung zwischen 0,5 und 2 mm Spielausgleich bewirken) kann auch die Hirth-Verzahnung mit für diesen Zweck ausreichender Präzision im Gussverfahren ohne zwingend nachfolgende, spanabhebende Nachbearbeitung hergestellt werden. Because of the pitch associated with the Hirth serration (10 mm axial path can compensate for play between 0.5 and 2 mm, depending on the pitch), the Hirth serration can also be manufactured with sufficient precision for this purpose in the casting process without mandatory subsequent machining will.

Unter den Begriff „Zahnscheibe“ im Sinne der Erfindung fallen in der Beschreibung und den Ansprüchen alle mit Zähnen versehenen, funktional gleichen Bauteile, einteilig oder zusammengesetzt, also z.B.: auch Bauteile, die abschnittsweise Zähne tragen, ringförmige Zahnträger, und Zahnscheiben mit unendlichem Radius (= Zahnstangen). Eine Zahnscheibenkombination, die aus zwei Zahnscheiben für die beiden Drehrichtungen besteht, wird im Folgenden als „Doppelzahnscheibe“ bezeichnet. In the description and the claims, the term "toothed washer" in the context of the invention includes all components with teeth, functionally identical, one-piece or assembled, e.g. also components that have teeth in sections, ring-shaped tooth carriers, and toothed disks with an infinite radius ( = Racks). A toothed pulley combination, which consists of two toothed pulleys for both directions of rotation, is referred to below as a "double toothed pulley".

Ferner wird in der Beschreibung und in den Ansprüchen stets die Bezeichnung „Hirth- Verzahnung“ verwendet, doch lassen sich bei der Grundidee der Erfindung dafür alle formschlüssigen Elemente verwenden, die ausreichend passgenau und mechanisch beanspruchbar auf den Seitenflächen der Zahnscheiben 3 angebracht werden können, um den gewünschten Versatz zwischen benachbarten Zahnscheiben herzustellen. Alle derartigen, formschlüssigen Elemente fallen in der Beschreibung und den Ansprüchen unter den Begriff „Hirth-Verzahnung“. Furthermore, the term "Hirth toothing" is always used in the description and in the claims, but in the basic idea of the invention, all form-fitting elements can be used that can be attached to the side surfaces of the toothed pulleys 3 with sufficient accuracy and mechanical stress, to produce the desired offset between adjacent toothed pulleys. All such positive-locking elements fall under the term "Hirth coupling" in the description and claims.

Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern kann verschiedentlich abgewandelt werden. So können die Hirth- Verzahnungen bei kämmenden Paketen bei beiden Zahnscheibenpaketen gleich ausgeführt werden, wenn dies von der Toleranz und Belastung möglich ist, was die Herstellungskosten senkt und die Lagerhaltung vereinfacht. Wenn zuverlässig in den unterschiedlichen Richtungen unterschiedliche Belastungsspitzen auftreten, kann die Dicke der Zahnscheiben dem angepasst werden, oder es wird für die „leichte“ Richtung ein übliches Zahnradpaar mit dem erfindungsgemäßen Paket für die „schwere“ Richtung kombiniert. The invention is not limited to the illustrated and described exemplary embodiments, but can be modified in various ways. Thus, the Hirth toothing in meshing packages can be made the same for both toothed pulley packages if this is possible in terms of the tolerance and load, which lowers manufacturing costs and simplifies storage. If different load peaks reliably occur in the different directions, the thickness of the toothed washers can be adapted, or a conventional gear pair is combined with the package according to the invention for the “heavy” direction for the “easy” direction.

Generell können die selbstpositionierenden Eigenschaften der erfindungsgemäßen Zahnscheiben nicht nur für die im Folgenden genauer beschriebenen neuartigen, asymmetrischen Zahn-Geometrien, sondern auch für konventionelle, symmetrische Evolventenverzahnungen genutzt werden. Außerdem können die beschriebenen, auf der Welle beweglichen und an einer Manschette zu befestigenden Zahnscheiben auch ohne selbstpositionierende seitliche Ausformungen auf erfindungsgemäße Weise verwendet werden, um mit Massenfertigungstoleranzen behaftete Zahnscheiben auf einfache Weise passgenau mit optimalem Spiel zu montieren: So kann zu diesem Zweck, beispielsweise, jede einzelne Zahnscheibe bei der Montage auf die dafür vorgesehene Welle aufgezogen werden, sodann „mit Anschlag“ an die Zahnflanken der Komplementärverzahnung vormontiert, und anschließend mittels entsprechenden, alle Zahnscheiben durchstoßenden Schrauben, Bolzen, etc., mit der Manschette verbunden werden. Prinzipiell können alle industriellen Verfahren (Kleben, Schweißen, Honen, etc.) für die Befestigung der Zahnscheiben in der erfindungsgemäßen Position untereinander, und mit der Manschette eingesetzt werden. In general, the self-positioning properties of the toothed pulleys according to the invention can be used not only for the novel, asymmetrical tooth geometries described in more detail below, but also for conventional, symmetrical involute gears. In addition, the described toothed disks, which are movable on the shaft and to be fastened to a sleeve, can also be used in the manner according to the invention without self-positioning lateral formations, in order to easily fit toothed disks with mass production tolerances with optimal play: For this purpose, for example, Each individual toothed disk is pulled onto the intended shaft during assembly, then preassembled “with a stop” on the tooth flanks of the complementary toothing, and then connected to the sleeve using the appropriate screws, bolts, etc. that pierce all toothed disks. In principle, all industrial processes (gluing, welding, honing, etc.) can be used for fastening the toothed lock washers in the position according to the invention with one another and with the sleeve.

Schließlich ist festzuhalten, dass zur Minderung der von Verzahnungen angeregten Torsionsschwingungen auch die erfindungsgemäße Kombination von Zahnscheiben auf ein-und-der-selben Welle, die sich zu Verzahnungskombinationen mit unterschiedlichen Gesamtmoduln aufaddieren, Verwendung finden kann. Finally, it should be noted that the combination of toothed disks according to the invention is also used to reduce the torsional vibrations excited by the toothing one-and-the-same shaft, which add up to tooth combinations with different overall modules, can be used.

Im Detail wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die nachfolgenden Figuren beschrieben, dabei zeigt bzw. zeigen: die Fig.1 ein erfindungsgemäßes Zahnrad mit Komplementärzahnrad, und einen Schnitt durch zwei Doppelzahnscheiben, die Fig. 2 Graphiken zur Genese zur stoßfreien Evolventen-Geradverzahnung und ihre Umsetzung mit einer Doppelzahnscheibe und die Fig. 3 ein erfindungsgemäßes Zahnrad, ein Gegenzahnrad kämmend, in Draufsicht und die Funktionsweise der Spielregulierung. The invention is described in detail on the basis of an exemplary embodiment with reference to the following figures, in which: Straight teeth and their implementation with a double toothed disk and FIG. 3 shows a gear wheel according to the invention, meshing with a counter gear, in plan view and the mode of operation of the backlash regulation.

Bezugszeichenliste: List of reference symbols:

1 Zahnrad 20 Zahnkörper „Abtrieb“ 1 gear 20 tooth body "output"

2 Komplementär-Zahnrad 21 Kopf-Zahnflanke 2 complementary gear 21 head-tooth flank

3 Welle 22 Wälzpunkt 3 shaft 22 pitch point

4 Manschette 23 Fuß-Zahnflanke 4 cuff 23 foot tooth flank

5 Zahnscheibe 24 Eingriffsgeraden-Punkt 5 Toothed lock washer 24 point of meshing line

6 Zahnscheibe 25 Eingriffsgeraden-Ende 6 tooth lock washer 25 straight line end

7 Hirth-Verzahnung 26 Zahnscheibe, Antrieb unter Last7 Hirth serration 26 Toothed pulley, drive under load

8 Hirth-Verzahnung 27 Zahnscheibe, mitlaufend 8 Hirth serration 27 Toothed washer, revolving

9 Doppel-Zahnscheibe 2 (Schnitt) 28 Doppelzahnscheibe Abtrieb9 Double pulley 2 (section) 28 Double pulley output

10 Doppel-Zahnscheibe 1 (Schnitt) 29 Zahnscheibe Abtrieb unter Last10 Double pulley 1 (section) 29 Toothed pulley output under load

11 Zahnkopf-Bereich (Balken) 30 Doppelzahnscheibe Antrieb11 Tooth tip area (beam) 30 Double tooth pulley drive

12 Größe der Zahnlücke 31 Zahnrad fest verzahnt 12 Size of the tooth gap 31 Fixed toothed gear

13 Größe der Zahnlücke 32 Zahnrad mit Spielregulierung13 Size of the tooth gap 32 Gear with backlash regulation

14 Größe der Zahnlücke 33 Verzahnung zu Detail 1/3214 Size of the tooth gap 33 Toothing to detail 1/32

15 Gegen-Manschette mit Gewinde 34 Verzahnung zu Detail 2/3215 Counter-sleeve with thread 34 Toothing to detail 2/32

16 Federelement 35 Verzahnung zu Detail 1/3116 Spring element 35 toothing for detail 1/31

17 Evolventen Zahnprofil „Fuß“ 36 Verzahnung zu Detail 2/3117 Involute tooth profile "foot" 36 Toothing detail 2/31

18 Evolventen Zahnprofil „Kopf‘ 37 Hirth-Verzahnung 31 18 Involute tooth profile "head‘ 37 Hirth serration 31

19 Zahnkörper „Antrieb“ 38 Hirth-Verzahnung 32 Fig. 1 19 Tooth body "drive" 38 Hirth serration 32 Fig. 1

Gezeigt wird ein erfindungsgemäßes Zahnrad 1, kämmend mit einem zweiten, ebenfalls erfindungsgemäßen Zahnrad 2, beide an ihren Wellen 3 mit sogenannten „Manschetten“ 4 befestigt, sowie ein Schnitt durch vier sogenannte „Zahnscheiben“ 5, 6, entlang einer vor den Achsen 3 liegenden Ebene die Hirth-Verzahnungen 7, 8 schneidend, graphisch angezeigt durch die Linie A. Shown is a gear 1 according to the invention, meshing with a second gear 2, also according to the invention, both attached to their shafts 3 with so-called “cuffs” 4, as well as a section through four so-called “toothed disks” 5, 6, along one in front of the axes 3 Plane intersecting the Hirth serrations 7, 8, graphically indicated by the line A.

Auf der Welle 3 ist die Manschette 4 drehfest angeordnet, gegebenenfalls einteilig mit ihr ausgebildet. Grundsätzlich beliebig viele, bei der beispielshaften, hier gezeigten Darstellung jeweils drei Doppel-Zahnscheiben 9, 10 pro Zahnrad 1, 2, sind frei auf der Welle 3 beweglich, in Folge axial hintereinander angeordnet. Die Zahnscheiben 5, 6 weisen auf beiden Flanken Hirth-Verzahnungen 7, 8 auf, so wie die Manschette 4, auf ihrer den Zahnscheiben 5, 6 zugewandten Seite. Im Umfang weisen die Zahnscheiben 5, 6 Zähne auf, die zur Unterscheidung von denen der Hirth-Verzahnung „Umfangszähne“ genannt werden. Die Hirth-Verzahnung ist so an den Zahnscheiben angebracht, dass sie, nach entsprechender, erfindungsgemäßer Vorpositionierung und nachfolgendem axialen Zusammenziehen der aufgereihten Zahnscheiben bis hin zum Formschluss, die Umfangsverzahnung aller Zahnscheiben um denjenigen Teil des Zahnradmoduls in der Drehrichtung verschiebt, der erforderlich ist, um eine gleichmäßige Verteilung aller Umfangszähne und damit auch gleich große Zahnlücken zwischen allen nacheinander eingreifenden Umfangszähnen zu erreichen. Bei dem in Fig.l dargestellten Ausführungsbeispiel, mit je drei Doppelzahnscheiben 9, 10 pro dargestelltem Zahnrad, beträgt der erforderliche Teilmodul-Versatz 12, 13, 14 ein Drittel des Betrags der Umfangszahnteilung. Zur Verdeutlichung des Versatzes sind vier Zahnkopfbereiche der Doppel -Zahnscheiben 9, 10 in der dreidimensionalen Darstellung graphisch als BalkenOn the shaft 3, the sleeve 4 is arranged in a rotationally fixed manner, if necessary formed in one piece with it. Basically any number, in the exemplary illustration shown here, three double toothed disks 9, 10 per gear 1, 2, are freely movable on the shaft 3, and are arranged axially one behind the other. The toothed disks 5, 6 have Hirth serrations 7, 8 on both flanks, as does the sleeve 4 on its side facing the toothed disks 5, 6. The toothed disks have 5, 6 teeth in their circumference, which are called “circumferential teeth” to distinguish them from those of the Hirth tooth system. The Hirth serration is attached to the toothed disks in such a way that, after the corresponding prepositioning according to the invention and subsequent axial contraction of the lined up toothed disks up to the form fit, it shifts the circumferential toothing of all toothed disks by that part of the gear wheel module in the direction of rotation that is required by to achieve an even distribution of all circumferential teeth and thus also tooth gaps of the same size between all circumferential teeth engaging one after the other. In the embodiment shown in Fig.l, with three double toothed disks 9, 10 per illustrated gear, the required partial module offset 12, 13, 14 is a third of the amount of the circumferential tooth pitch. To illustrate the offset, four tooth tip areas of the double toothed pulleys 9, 10 are shown graphically as bars in the three-dimensional representation

11 hervorgehoben, und mit daran anschließenden, gestrichelten Linien die drei untereinander gleichen Abstände 12, 13, 14 dargestellt. 11 highlighted, and with the dashed lines adjoining them, the three equal distances 12, 13, 14 are shown.

Das Zusammenziehen der auf den Wellen 3 beweglichen Zahnscheiben 5, 6 kann erfindungsgemäß mit einem oder mehreren Zugelementen erfolgen, z.B.: mit einer auf der Welle 3 stufenlos verschraubbaren Gegenmanschette 15 von derjenigen Seite aus, die der Manschette 4 gegenüberliegt, und kann auf solche Weise erfolgen, dass alle Zahnscheiben so fest mit der Manschette 4 verbunden werden, dass das von den Umfangszähnen zu übertragende Drehmoment vollständig in die Welle eingeleitet wird. The contraction of the toothed disks 5, 6 movable on the shafts 3 can take place according to the invention with one or more tension elements, e.g. with a counter-collar 15 that can be screwed continuously onto the shaft 3 from the side opposite the collar 4, and can take place in such a way , that all Toothed pulleys are so firmly connected to the sleeve 4 that the torque to be transmitted by the peripheral teeth is completely introduced into the shaft.

Für die Regulierung des Zahnflankenspiels beim Kämmen der in Fig.l dargestellten Umfangsverzahnungen kann ein Federelement (oder ein entsprechender, über Sensoren zu steuernder Stellmotor, bzw. eine Hydraulik) 16 vorgesehen werden, und über einen praktikablen Federweg von 5mm bis maximal 10 mm, mit degressiver Kraft in axialer Richtung auf die Zahnscheiben einwirken. Wie in Fig. 3 dargestellt, kann diese axial wirkende Kraft sodann, mithilfe einer zusätzlichen, um einen Spalt versetzten Positionierung der Hirth-Verzahnungen, in ein in Drehrichtung wirkendes Moment für die Regulierung des Zahnflankenspiels der Umfangsverzahnungen übersetzt werden.A spring element (or a corresponding servomotor to be controlled via sensors, or a hydraulic system) 16 can be provided for regulating the backlash when combing the circumferential toothing shown in FIG A degressive force act on the pulleys in the axial direction. As shown in FIG. 3, this axially acting force can then be translated into a torque acting in the direction of rotation for regulating the backlash of the circumferential toothing with the aid of an additional positioning of the Hirth toothing offset by a gap.

Die Zahnscheiben des Zahnrads 1, mit denen das Zahnflankenspiel reguliert wird, sind aufgrund des axial aufzunehmenden Federwegs geringfügig breiter dimensioniert, als die Zahnscheiben des fest konfigurierten Zahnrads 2. Diese Verbreiterung kann allerdings entfallen, wenn das Komplementärzahnrad über einen spiegelsymmetrischen Aufbau, wie das Zahnrad 1 verfügt, also ebenfalls mit einem Feder-Element ausgestattet ist, oder beim komplementär kämmenden Zahnrad 2 ein einfacherer (ohne Verstellung in Drehrichtung arbeitender) axialer Mitführungsmechanismus installiert ist. The toothed disks of gear 1, with which the tooth flank backlash is regulated, are dimensioned slightly wider than the toothed disks of the permanently configured gear 2 due to the axially absorbable spring deflection has, so it is also equipped with a spring element, or in the complementary meshing gear 2 a simpler (working without adjustment in the direction of rotation) axial entrainment mechanism is installed.

Fig. 2 stellt die Kinematik eines stoßfreien Zahneingriffs für geradverzahnte Evolventenverzahnungen dar, wie sie mit axial und in Drehrichtung versetzten Verzahnungen realisierbar wird. Ausgehend von der üblichen Zahnflankengeometrie geradverzahnter Evolventenverzahnungen 17, 18 werden, einschließlich und beginnend mit dem Wälzpunkt 22 nur diejenigen Zahnflankenabschnitte 21, 23 von den erfindungsgemäßen Zahnkörpern 19, 20 (schraffiert) getragen, die mit und nach dem Durchlaufen des Wälzpunktes 22 kontaktwahrend mit Drehmoment belastet werden. Beginnend mit dem Wälzpunkt 22 als Eingriffspunkt übertragen die Zahnflanken also Momente im Gegenuhrzeigersinn entlang der Position 24, bis sie sich in der Position 25 wieder voneinander lösen. Der Verzicht auf den vor dem Wälzpunkt liegenden Teil der Evolventenverzahnung kann erfolgen, weil zugleich weitere, erfindungsgemäß versetzte Zahnflanken auf der gleichen Welle mitdrehend den permanenten Kontakt von Zahnflanken gewährleisten: Mit gestrichelten Linien im Bereich der Punkte 22, 24, 25 werden diese Zahnflanken angedeutet. Für die in der gleichen Graphik dargestellte Drehrichtung im Gegenuhrzeigerzinn ergibt sich mit drei Zahnscheiben kinematisch ein Profilüberdeckungsfaktor von mindestens Zwei. 2 shows the kinematics of a shock-free tooth engagement for straight-toothed involute toothing, as can be achieved with toothing that is offset axially and in the direction of rotation. Based on the usual tooth flank geometry of straight-toothed involute gears 17, 18, including and starting with the pitch point 22, only those tooth flank sections 21, 23 are carried by the tooth bodies 19, 20 (hatched) that are loaded with torque with and after passing through the pitch point 22 will. Starting with the pitch point 22 as the point of engagement, the tooth flanks thus transmit moments in the counterclockwise direction along position 24 until they separate from one another again in position 25. The part of the involute toothing located in front of the pitch point can be dispensed with because at the same time further tooth flanks, offset according to the invention, ensure permanent contact of tooth flanks on the same shaft: these tooth flanks are indicated by dashed lines in the area of points 22, 24, 25. For the one shown in the same graph Rotation counterclockwise results in a kinematical profile coverage factor of at least two with three toothed pulleys.

Praktischerweise ist der Betrag des Radianten zwischen den Zahnflanken aller Umfangszähne, die in einer Drehrichtung nacheinander zum Eingriff gelangen, identisch. Practically, the amount of the radian between the tooth flanks of all circumferential teeth that come into engagement one after the other in one direction of rotation is identical.

Der in der Praxis unverzichtbare, gleichzeitige, prinzipiell jederzeit belastbare Kontakt mit Zahnflanken für Schubumkehr kann, gemäß der beispielshaften Darstellung, durch die entsprechend kombinierten (aber im allgemeinen nicht einstückigen) Doppelzahn scheiben 28 und 30 hergestellt werden. Beim Rotieren der Zahnscheibe 30 im Gegenuhrzeigersinn als Antriebsrad wird Drehmoment mit sanftem Zahneingriff ab Erreichen des Wälzpunkts 22 auf die Doppelzahnscheibe 28 übertragen, wobei die Zahnscheibe 26 und die kämmende Zahnscheibe 29 der Doppelzahnscheibe lasttragend arbeiten, und die Zahnscheibe 27 mit Kontakt zur Doppel-Zahnscheibe 30 ohne Last mitläuft. Analog wechselt die Belastungsverteilung bei Schubumkehr. Die ohne Last mitlaufenden Zahnscheiben produzieren demnach, trotz der in einer von beiden Drehrichtungen stoßend vollzogenen Zahnflankenbewegung, weder eine verstärkte Abrasion, noch Geräusche. Andere Kombinationen der Drehrichtungen, als dies mit den Doppelzahnscheiben vorgesehen ist, sind auf erfindungsgemäße Art möglich, sofern die erforderliche Verteilung der Kräfte und Momente dem nicht entgegensteht. The indispensable in practice, simultaneous, in principle always resilient contact with tooth flanks for thrust reversal can, according to the exemplary representation, by the correspondingly combined (but generally not one-piece) double tooth discs 28 and 30 are made. When the toothed disk 30 rotates counterclockwise as a drive wheel, torque is transmitted to the double toothed disk 28 with gentle tooth engagement from reaching the pitch point 22, whereby the toothed disk 26 and the meshing toothed disk 29 of the double toothed disk work load-bearing, and the toothed disk 27 is in contact with the double toothed disk 30 runs with no load. Similarly, the load distribution changes when the thrust is reversed. The toothed pulleys, which run without a load, therefore produce neither increased abrasion nor noise, despite the tooth flank movement being carried out in one of the two directions of rotation. Other combinations of the directions of rotation than is provided with the double toothed disks are possible in the manner according to the invention, provided that the required distribution of the forces and moments does not conflict with this.

Der in Kauf zu nehmenden Vergrößerung des erforderlichen Bauraums stehen große Vorzüge bezüglich Reibung, Kühlung und Laufruhe gegenüber, weshalb nicht der Vergleich zu anderen geradverzahnten Zahnrädern, sondern eher zu den ebenfalls vergleichsweise breiten, schrägverzahnten Evolventen-Zahnrädem zu suchen ist. Geht man von einer ungefähr gleichgroßen erforderlichen Kontaktfläche zwischen den Zahnflanken aus, wie bei einem gleich belastbaren Zahnrad mit Schrägverzahnung, so können die erfindungsgemäßen Zahnscheiben relativ klein und schmal gehalten werden, zumal durch den Entfall stoßenden Zahneingriffs, den zwischen den Umfangszahnreihen verbleibenden Zwischenräumen und dem in Verbindung mit Flankenspielregulierung möglichen Einsatz hochfluider Schmierstoffe, eine sehr gute Kühlung für die thermisch hochbelasteten Zahnflanken erreicht werden kann. Schließlich ist aufgrund der ungewöhnlich hohen Profilüberdeckung und der ergänzenden Zahnflankenspieljustierung auch das Aufkommen destruktiver Torsions schwingungen deutlich reduziert - ebenfalls eine Begünstigung für vergleichsweise leichte und damit wieder kompakte Bauweise. The increase in the required installation space, which has to be accepted, is offset by great advantages in terms of friction, cooling and smoothness, which is why the comparison is not to be sought with other straight-toothed gears, but rather with the comparatively wide, helical-toothed involute gears. Assuming an approximately equal required contact area between the tooth flanks, as with an equally resilient gear with helical toothing, the toothed disks according to the invention can be kept relatively small and narrow, especially due to the omission of butting tooth engagement, the gaps remaining between the circumferential rows of teeth and the in Connection with backlash regulation possible use of highly fluid lubricants, very good cooling for the thermally highly stressed tooth flanks can be achieved. Finally, due to the unusually high profile overlap and the additional tooth flank backlash adjustment, the occurrence of destructive torsional vibrations is also significantly reduced - also a benefit for comparatively light and thus again compact construction.

Fig. 3 dient der Darstellung der Spielregulierung zwischen den Zahnflanken der Umfangsverzahnungen kämmender, erfindungsgemäßer Zahnräder. Gezeigt wird in Draufsicht ein Zahnrad mit fest untereinander verzahnten Zahnscheiben 31, sowie ein für die Spielregulierung etwas anders zusammengesetztes Zahnrad 32, beide Zahnräder im Bereich der Umfangsverzahnungen 33, 34, 35, 36 einander kämmend. Das festverzahnte Zahnrad 31 verfügt über Zahnscheiben mit der erfindungsgemäßen Umfangsverzahnung mit asymmetrischen Zähnen, sowie über beidseitig an den Zahnscheiben angebrachte Hirth-Verzahnungen 37, die auch im vergrößerten Detail angezeigt werden, und die formschlüssig miteinander verbunden sind. 3 is used to illustrate the regulation of backlash between the tooth flanks of the circumferential toothing of meshing gears according to the invention. Shown in plan view is a gearwheel with toothed disks 31 firmly interlocked with one another, as well as a somewhat differently composed gearwheel 32 for backlash regulation, both gearwheels meshing with one another in the area of the circumferential teeth 33, 34, 35, 36. The permanently toothed gear 31 has toothed disks with the circumferential toothing according to the invention with asymmetrical teeth, as well as Hirth gears 37 attached to both sides of the toothed disks, which are also shown in enlarged detail and which are positively connected to one another.

Das Zahnrad 31 verfügt über Zahnscheiben, bei denen die Hirth-Verzahnungen in Umfangsrichtung um einen zusätzlichen Spalt versetzt angebracht sind, sodass z.B.: die Zahnflanken 33 und 34 bereits auf den Zahnflanken der Verzahnung 35, 36 aufliegen, bevor der Formschluss der Hirth-Verzahnungen 38 vollständig erfolgt ist, wobei bei den Hirth-Verzahnungen jeweils eine Flanke der zugehörigen Zähne an der Gegenverzahnung aufliegt, und an der anderen Seite der Gegenverzahnung ein Spalt offenbleibt. Die axial wirkende Kraft 39 wird bei dieser Konstellation, übersetzt durch die Steigung der Zähne der Hirth-Verzahnung, in die in Drehrichtung wirkenden Kräfte 40 und 41 umgewandelt. Diese müssten „prinzipiell“ die Schließung des verbliebenenThe gear wheel 31 has toothed disks in which the Hirth teeth are attached offset by an additional gap in the circumferential direction, so that, for example: the tooth flanks 33 and 34 already rest on the tooth flanks of the teeth 35, 36 before the form fit of the Hirth teeth 38 has taken place completely, with one flank of the associated teeth resting on the counter-toothing in each case with the Hirth toothing, and a gap remains open on the other side of the counter-toothing. In this configuration, the axially acting force 39, translated by the pitch of the teeth of the Hirth toothing, is converted into the forces 40 and 41 acting in the direction of rotation. This would "in principle" have to close the remaining one

Spalts bewirken - werden aber von den Zahnflanken der Umsatzverzahnung 33, 34, die bereits an den Umsatzzahnflanken 35, 36 aufliegen, daran gehindert. Cause the gap - but are prevented from doing so by the tooth flanks of the turnover toothing 33, 34, which are already in contact with the turnover tooth flanks 35, 36.

Die Steigung der Hirth-Verzahnungen und die vorzugsweise degressiv wirkende axiale Kraft 39 können dabei so ausgelegt werden, dass einerseits: das Moment, mit dem die Umfangszähne vorgespannt werden, praktisch gegen Null tendiert, aber gleichwohl einen ausreichenden Nachführungseffekt für permanenten Zahnflankenkontakt bei Schubumkehr gewährleistet, und andererseits: jedes Moment, das von den Umfangsverzahnungen her auf die Zahnscheiben zurückwirkt und einen gefährlichen Maximalwert überschreitet, zu einem Ausweichen der Zahnscheiben führen, und somit abgefedert und gedämpft werden kann - eine Aufgabe, die im Auslegungsbeispiel mit Federelement 16 von zielführend geschichteten Tellerfedern übernommen wird. The pitch of the Hirth toothing and the preferably degressive axial force 39 can be designed in such a way that on the one hand: the moment with which the peripheral teeth are pretensioned tends to practically zero, but at the same time ensures a sufficient tracking effect for permanent tooth flank contact when the thrust is reversed, and on the other hand: every moment that the Circumferential toothing acts back on the toothed disks and exceeds a dangerous maximum value, leads to the toothed disks dodging, and thus can be cushioned and damped - a task that is taken over in the design example with spring element 16 by targeted layered disc springs.

Zur Minderung, bzw. der partiellen Glättung der von Verzahnungen angeregten Torsionsschwingungen kann auch eine Kombination von Zahnscheiben 5, 6 mit unterschiedlichen Gesamtmoduln Verwendung finden. A combination of toothed disks 5, 6 with different overall modules can also be used to reduce or partially smooth the torsional vibrations excited by the toothing.

Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte und beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern kann verschiedentlich abgewandelt werden. So können andere Grundformen von Zähnen zur Ausbildung der erfindungsgemäßen Zähne herangezogen werden, es können, wenn zuverlässig in einer Drehrichtung nur geringe Momente zu übertragen sind, die Zahnscheiben für diese Drehrichtung dünner als die für die andere Drehrichtung ausgebildet sein, und dergleichen mehr. The invention is not limited to the illustrated and described exemplary embodiment, but can be modified in various ways. So other basic shapes of teeth can be used to form the teeth according to the invention, if only small torques are reliably transmitted in one direction of rotation, the toothed disks for this direction of rotation can be made thinner than those for the other direction of rotation, and the like.

In der Beschreibung und den Ansprüchen werden die Begriffe „vorne“, „hinten“, „oben“, „unten“ „innen“, „außen“ und so weiter in der landläufigen Form und, wo anwendbar, unter Bezugnahme auf den Gegenstand in seiner üblichen Gebrauchslage gebraucht. In the description and claims, the terms “front”, “rear”, “top”, “bottom”, “inside”, “outside” and so on are used in their current form and, where applicable, with reference to the subject matter in its usual position of use.

In der Beschreibung und den Ansprüchen bedeutet „im Wesentlichen“ eine Abweichung von bis zu 10 % des angegebenen Wertes, wenn es physikalisch möglich ist, sowohl nach unten als auch nach oben, ansonsten nur in die sinnvolle Richtung, bei Gradangaben (Winkel und Temperatur) sind damit ± 10° gemeint. In the description and claims, "essentially" means a deviation of up to 10% of the specified value, if it is physically possible, both downwards and upwards, otherwise only in the sensible direction, for degrees (angle and temperature) this means ± 10 °.

Der Begriff: „Kombination“ bzw. „Kombinationen“ steht, soferne nichts anderes angegeben, für alle Arten von Kombinationen, ausgehend von zwei der betreffenden Bestandteile bis zu einer Vielzahl oder aller derartiger Bestandteile, der Begriff: „enthaltend“ steht auch für „bestehend aus“. Unless otherwise stated, the term: “combination” or “combinations” stands for all types of combinations, starting from two of the constituents concerned up to a large number or all of such constituents, the term: “containing” also stands for “consisting the end".

Die in den einzelnen Ausgestaltungen und Beispielen angegebenen Merkmale und Varianten können mit denen der anderen Beispiele und Ausgestaltungen frei kombiniert und insbesondere zur Kennzeichnung der Erfindung in den Ansprüchen ohne zwangläufige Mitnahme der anderen Details der jeweiligen Ausgestaltung bzw. des jeweiligen Beispiels verwendet werden. Insbesondere können die verschiedenen Arten von Justierelementen mit den verschiedenen Arten von Zahnformen frei kombiniert werden. The features and variants specified in the individual configurations and examples can be freely combined with those of the other examples and configurations and in particular are used to characterize the invention in the claims without necessarily taking along the other details of the respective embodiment or the respective example. In particular, the different types of adjustment elements can be freely combined with the different types of tooth shapes.

Claims

Patentansprüche: Patent claims:

1. Zahnrad (1), mit zumindest zwei sowohl axial, wie auch in der Drehrichtung versetzten Reihen an Umfangszähnen, dadurch gekennzeichnet, dass das Zahnrad untereinander baugleiche Zahnscheiben (5, 6) aufweist. 1. Gear (1), with at least two rows of circumferential teeth offset both axially and in the direction of rotation, characterized in that the gear has toothed disks (5, 6) which are identical to one another.

2. Zahnrad (1), nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Betrag des Radianten zwischen den Zahnflanken aller Umfangszähne, die in einer Drehrichtung nacheinander zum Eingriff gelangen, identisch ist. 2. Gear (1), according to claim 1, characterized in that the amount of the radian between the tooth flanks of all circumferential teeth that come into engagement one after the other in one direction of rotation is identical.

3. Zahnrad 1, nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahn scheiben (5, 6) mit Ausformungen für eine Selbstpositionierung, bzw. mit integrierten Montagelehren versehen sind. 3. Gear 1, according to claim 1 or 2, characterized in that the toothed disks (5, 6) are provided with formations for self-positioning, or with integrated assembly jigs.

4. Zahnrad 1 nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnscheiben (5, 6) kraftschlüssig, oder formschlüssig mit einer Welle verbunden sind. 4. Gear 1 according to claim 3, characterized in that the toothed disks (5, 6) are non-positively or positively connected to a shaft.

5. Zahnrad 1 nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnscheiben (5, 6) drehbar und verschiebbar auf einer gemeinsamen Welle angeordnet sind, und durch Spannelemente (15, 16) mit einer drehfest mit der Welle verbundenen Manschette verbunden sind. 5. Gear 1 according to claim 4, characterized in that the toothed disks (5, 6) are rotatably and displaceably arranged on a common shaft, and are connected by clamping elements (15, 16) to a sleeve connected to the shaft in a rotationally fixed manner.

6. Zahnrad nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnscheiben (5, 6) an ihren Seitenflächen Ausformungen aufweisen, die so beschaffen und positioniert sind, dass durch die axiale Einwirkung der Spann- Elemente (15, 16) die in Drehrichtung gegebene Position der von den Zahnscheiben (5, 6) getragenen Zahnreihen mit einer Toleranz von ± 0,3 mm pro Zahnscheibe oder darunter feinjustiert wird. 6. Gear according to one of claims 1 to 3, characterized in that the toothed disks (5, 6) on their side surfaces have formations which are designed and positioned so that the axial action of the clamping elements (15, 16) in the direction of rotation of the rows of teeth carried by the toothed disks (5, 6) is fine-tuned with a tolerance of ± 0.3 mm per toothed disk or less.

7. Zahnrad nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausformungen Hirth-Verzahnungen (7, 8) sind. 7. Gear according to claim 6, characterized in that the formations are Hirth teeth (7, 8).

8. Zahnrad nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Umfangszähne der Zahnscheiben (5, 6) asymmetrisch ausgebildet sind, in nur in einer Drehrichtung Momente übertragen, und für jede Drehrichtung des Zahnrads zumindest zwei untereinander gleiche Zahnscheiben (5, 6) vorgesehen sind. 8. Gear wheel according to one of the preceding claims, characterized in that the circumferential teeth of the toothed disks (5, 6) are designed asymmetrically, transmit moments in only one direction of rotation, and for each direction of rotation of the gear wheel at least two identical toothed disks (5, 6) are provided.

9. Zahnrad nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Umfangszähne von Zahnscheiben nur den Zahnflankenabschnitt des bei und/oder oberhalb des Wälzpunkts (22) liegenden Kopfbereichs einer Evolventenverzahnung aufweisen. 9. Gear according to claim 8, characterized in that the peripheral teeth of toothed disks have only the tooth flank section of the head region of an involute toothing located at and / or above the pitch point (22).

10. Zahnrad nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Umfangszähne von Zahnscheiben nur den Zahnflankenabschnitt des bei und/oder unterhalb des Wälzpunkts (22) liegenden Fußbereichs einer Evolventenverzahnung aufweisen. 10. Gear according to claim 8, characterized in that the circumferential teeth of toothed disks have only the tooth flank section of the foot region of an involute toothing lying at and / or below the pitch point (22).

11. Zahnrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Teilmoduln von Gruppen mehrerer Zahnscheiben zu unterschiedlichen Gesamtmoduln addieren. 11. Gear according to claim 1, characterized in that the sub-modules of groups of several toothed pulleys add up to different overall modules.

12. Zahnradgetriebe, dadurch gekennzeichnet, dass es zumindest eine Paarung von Zahnrädern entsprechend einem der Ansprüche 1 bis 11 aufweist. 12. Gear transmission, characterized in that it has at least one pair of gears according to one of claims 1 to 11.