DE102008030496B4

DE102008030496B4 - Baugruppe mit Stirnverzahnung

Info

Publication number: DE102008030496B4
Application number: DE102008030496.4A
Authority: DE
Inventors: Dr. Fischer Raphael; Roland Langer; Peter Niebling
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2008-06-26
Filing date: 2008-06-26
Publication date: 2022-12-08
Anticipated expiration: 2028-06-27
Also published as: DE102008030496A1

Abstract

Baugruppe, insbesondere Radlageranordnung,mit einem ersten Drehpartner (1) undmit einem zweiten Drehpartner (4),wobei der erste Drehpartner (1) eine erste Stirnverzahnung (2) und der zweite Drehpartner (4) eine zweite Stirnverzahnung (2) aufweist, und wobei die erste und die zweite Stirnverzahnung (2) derart ineinander greifen, dass die zwei Drehpartner (1,4) in Bezug auf eine gemeinsame Drehachse (Z) im Normalbetrieb drehfest miteinander gekoppelt sind, und die Stirnverzahnung (2) in Bezug auf die Drehachse (Z) radial verlaufende Zähne (3) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnflanken (II/IV) der Zähne (3) in einem radialen und axialen Verlauf ballig ausgebildet sind.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Baugruppe, insbesondere eine Radlageranordnung, mit einem ersten Drehpartner und mit einem zweiten Drehpartner, wobei der erste Drehpartner eine erste Stirnverzahnung und der zweite Drehpartner eine zweite Stirnverzahnung aufweist, und wobei die erste und die zweite Stirnverzahnung derart ineinander greifen, dass die zwei Drehpartner in Bezug auf eine gemeinsame Drehachse im Normalbetrieb drehfest miteinander gekoppelt sind.
Stirnverzahnungen werden bei Bauelementen eingesetzt, z.B. um in Bezug auf eine gemeinsame Drehachse eine drehfeste Verbindung zu bilden. Hierbei greift üblicherweise eine erste Stirnverzahnung eines ersten Drehpartners in eine zweite Stirnverzahnung eines zweiten Drehpartners ein, wobei die Zähne der Stirnverzahnungen komplementär zueinander ausgebildet sind und miteinander derart verzahnen, dass die Drehpartner drehfest miteinander verbunden sind.
Ein aus der Patentliteratur bekanntes Anwendungsgebiet betrifft eine Stirnverzahnung für eine antreibbare Radnabe. Die Zähne der Stirnverzahnung der Radnabe sind für einen spielfreien Eingriff in eine der Stirnverzahnung zugewandten Gegenverzahnung derart keilförmig ausgebildet, dass die geometrischen Linien der Stirnverzahnung zentral in einem gemeinsamen Punkt auf der Rotationsachse zusammentreffen und sich die Zähne somit in radialer Richtung auf die Rotationsachse erstrecken. Eine derartige Formgebung der Stirnverzahnung ist auch als Hirth-Verzahnung aus der technischen Literatur bekannt.
So zeigt die Druckschrift DE 10 2005 009 938 A1 eine Stirnverzahnung für ein Radlager, wobei die Stirnverzahnungen zweier Drehpartner miteinander gekoppelt werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Baugruppe, insbesondere eine Radlageranordnung mit einer Stirnverzahnung vorzuschlagen, welche gegenüber bekannten Baugruppen fertigungstechnisch bedingte und/oder funktionsbedingte Vorteile aufweist.
Diese Aufgabe wird durch zahlreiche Varianten einer Baugruppe gemäß den Ansprüchen gelöst. Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind ergänzend zu den Ansprüchen in der nachfolgenden Beschreibung und in den Figuren dargestellt.
Im Rahmen der Erfindung wird eine Baugruppe vorgestellt, welche einen ersten Drehpartner und einen zweiten Drehpartner aufweist, wobei erster Drehpartner und zweiter Drehpartner über eine Stirnverzahnung um eine gemeinsame Drehachse drehfest miteinander verzahnt sind. Die Stirnverzahnungen sind zueinander gewandt und erstrecken sich vorzugsweise in einer Radialebene senkrecht zu der gemeinsamen Drehachse. Bei alternativen Ausführungsformen können die Stirnverzahnungen auch an komplementär zueinander ausgebildeten Konusabschnitten ausgerichtet sein.
Die Baugruppe ist bevorzugt als eine Radlageranordnung ausgebildet, wobei ein Träger einer Wälzkörperlaufbahn, eines Ringes oder eine Scheibe für Wälzkörper als erster Drehpartner mit einem drehmomentübertragenden Element als zweiten Drehpartner verbunden ist. Bei dieser bevorzugten Ausführungsform ist die Stirnverzahnung des Trägers vorzugsweise auf einem Wälznietbund und/oder einem gerade auslaufenden Flansch des Trägers vorzugsweise einstückig und/oder einmaterialig angeordnet und/oder eingeformt.
In der allgemeinsten Ausführungsform der Erfindung können die Zähne der Stirnverzahnung beliebig ausgerichtet sein.
Die Stirnverzahnung, also die erste oder und/oder die zweite Stirnverzahnung, weist radial verlaufende bzw. orientierte Zähne auf. Der Verlauf der Zähne erfolgt zwar von einem größeren Radius um die gemeinsame Drehachse zu einem kleineren Radius der gemeinsamen Drehachse, muss jedoch nicht unbedingt exakt radial verlaufen, sondern kann auch abgewandelte Verlaufsformen aufnehmen. Die Zahnflanken sind in ihrem radialen und axialen Verlauf ballig ausgebildet.
Bei einer Weiterentwicklung der Erfindung weisen in einem Längsschnitt entlang der Umlaufrichtung der Drehachse - auch Abwicklung genannt - die Zähne jeweils eine auf- und eine absteigende Zahnflanke auf, wobei die Zahnflanken eines Zahns asymmetrisch zueinander ausgerichtet sind. Diese bevorzugte Ausführungsform berücksichtigt, dass derartige Baugruppen meist eine Vorzugs-Drehrichtung aufweisen, wobei die unter Drehmoment stärker beanspruchte Flanke steiler gestellt wird als die entlastete Flanke. Bei einer Weiterführung oder Abwandlung der Erfindung kann durch asymmetrische Flankenneigungen auch erreicht werden, dass bei einem vorher definierten Drehmoment ein Überspringen der Zähne der ersten und der zweiten Stirnverzahnung zueinander erfolgt, so dass eine selektive Drehmomentbeschränkung ermöglicht wird. Bei einer konkreten Realisierung sind somit die Neigungswinkel der Zahnflanken gegenüber einer Linie bzw. Geraden, welche parallel zu der Drehachse ausgerichtet und durch den Schnittpunkt der gedachten Verlängerungen der Zahnflanken verläuft, unterschiedlich ausgebildet.
Insbesondere um ein Verhaken der Stirnverzahnungen zu vermeiden ist es bei manchen Ausführungsformen bevorzugt, wenn beide Neigungswinkel ungleich 0°, also mindestens 2°, vorzugsweise mindestens 10° aufweisen.
Die Zahnflanken sind in ihrem radialen und axialen Verlauf ballig ausgebildet. Bei üblichen Stirnverzahnungen sind die Zahnflanken einer Ebene angenähert, wobei bei der Kontaktierung der ersten Stirnverzahnung und der zweiten Stirnverzahnung eine radial verlaufende Linienberührung entsteht. Mit dem Ziel die Lasteinleitung zu optimieren und Potenziale zum Ausgleichung von Formfehlern und Fertigungstoleranzen bereitzustellen, wird die Geometrie der Zahnflanken so gewählt, dass sich zunächst eine Punkt- oder Axiallinienkontakt einstellt, der sich unter Belastung, zum Beispiel unter Vorspannung oder Drehmomentübertragung, in einen Flächenkontakt umwandelt.
Obgleich es möglich ist, dass bei dieser Weiterbildung über die gesamte Zahnflankenlänge in radialer Richtung oder Zahnflankenhöhe in axialer Richtung eine einzige Balligkeit ausgebildet ist, ist es auch im Rahmen der Erfindung, dass die Zahnflanken in radialer und/oder axialer Richtung abwechselnd Verjüngungen und Verdickungen aufweisen. Auch ist eine Kombination von balligen Zahnflanken der ersten Stirnverzahnung mit einer konkaven Ausformung der gegenüberliegenden Zahnflanke der zweiten Stirnverzahnung denkbar, wobei sich - falls die Balligkeit auf die konkave Ausformung abgestimmt ist wieder einen Flächenkontakt bildet. Sind Ausformung und Balligkeit unterschiedlich ausgebildet, können gezielt Punkt- oder Linienkontakte erzeugt werden.
Prinzipiell ist der radiale Verlauf der Zähne nicht auf eine Gerade beschränkt, der radiale Verlauf der Zähne kann im Rahmen der Erfindung auch mindestens eine Krümmung oder sogar mehrere Krümmungen aufweisen, so dass der radiale Verlauf der Zähne wellenförmig ausgebildet ist. Derartige Bauformen können sinnvoll eingesetzt werden, um den Kontakt zwischen der ersten Stirnverzahnung und der zweiten Stirnverzahnung gezielt zu steuern bzw. belastungsgerecht auszulegen.
Bei weiteren Ausführungsvarianten der Erfindung ist der radiale Verlauf der Zähne modellartig durch mehrere Hilfslinien z.B. im Sinne eines Gitternetzmodells darstellbar, wobei die Hilfslinien entlang gleicher oder gleichartiger Bereiche oder Punkte der Zähne verlaufen und wobei die Hilfslinien zu der Drehachse hin zueinander konvergieren, parallel zueinander laufen und/oder sogar voneinander divergieren. Auch sind Mischformen dieser Verläufe möglich. Während die Konvergenz zu der Drehachse der bekannten Hirth-Verzahnung am nahesten kommt, weisen parallel zueinander laufende oder sogar voneinander divergierende Linien interessante Funktionseigenschaften auf. Während bei den konventionellen Hirth-Verzahnungen die Zähne nach radial innen immer filigraner und damit empfindlicher werden, bleibt die Stärke der Zähne bei parallelen Linien bzw. divergierenden Linien gleichstark bzw. wird noch weiter verstärkt, so dass auch die radial inneren Bereiche stark an der Gesamtdrehmomentübertragung mittragen können. Ein weiterer Vorteil ist bei der Fertigung zu sehen, da die Formhaltigkeit der Zähne mit breiteren Innenbereichen einfacher herstellbar ist.
Eine weitere Ausführungsvariante liegt vor, wenn die erste Stirnverzahnung und die zweite Stirnverzahnung unterschiedliche Verzahnungsparameter aufweisen, wobei beispielsweise die Zähne der ersten und der zweiten Stirnverzahnung in Umlaufrichtung unterschiedliche Breiten aufweisen. Diese Variante ist dann sinnvoll, wenn Materialien der beiden Drehpartner unterschiedlicher Festigkeit gepaart werden. Bevorzugt werden am höherfesten Drehpartner die schlankeren Zähne ausgeformt.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Zähne gerundete Zahnspitzen aufweisen, so dass bei einer Überlast der Drehverbindung zwischen dem ersten Drehpartner und dem zweiten Drehpartner die Stirnverzahnungen um einen oder mehrere Zähne in die nächste stabile Lage überspringen können, ohne dass die ansonsten sehr empfindlichen Zahnspitzen verletzt werden. Die Radien der Zahnspitzen werden in Abhängigkeit der Vorspannung, und der Flankenwinkel der Verbindung ausgewählt. Besonders bevorzugt ist hierbei eine Kombination aus asymmetrisch geneigten Zahnflanken und gerundeten Zahnspitzen, so dass der Zahn im Längsschnitt entlang der Umlaufrichtung die Form eines Wellenzuges einnimmt.
Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform der Erfindung weisen die Zähne im Bereich der Zahnspitzen eine radial verlaufende Einkerbung und/oder Einformung auf, welche so ausgebildet ist, dass diese den Zähnen ein elastisches Nachgeben ermöglicht. Diese konstruktive Maßnahme erlaubt einen Ausgleich von Fertigungstoleranzen, da die Zähne durch das elastische Nachgeben Formfehler ausgleichen können. Derartige Einkerbungen oder Einformungen können auf der ersten Stirnverzahnung und/oder auf der zweiten Stirnverzahnung angeordnet sein. Statt einer Einkerbung können auch andere Ausformungen, welche zu einem ähnlich elastischen Verhalten führen, eingesetzt werden.
Bei einer anders ausgerichteten Ausführungsvariante der Baugruppe weist die Stirnverzahnung die Drehachse umlaufende Zähne auf. Dieser Ausführungsform liegt die Überlegung zu Grunde, dass Stirnverzahnungen mit radial verlaufenden Zähnen aufgrund der notwendigen Freiräume zwischen den gepaarten Bauteilen an Zahnspitzen und Zahngrund in radialer Richtung nicht dicht für Fluide, insbesondere Flüssigkeiten sind. Durch den Einsatz einer konzentrischen und/oder koaxialen Verzahnung wird der Nachteil der Dichtigkeit überwunden. Um diese Dichtigkeit zu erreichen ist es bevorzugt, dass die Zähne vollständig die Drehachse umlaufen. Ist eine vollständige Dichtheit nicht erforderlich, können die Zähne in Umlaufrichtung auch unterbrochen und/oder nur abschnittsweise ausgebildet sein. Als Gegenverzahnung bzw. zweite Stirnverzahnung ist eine umlaufende Nut oder Keilnut ausgebildet. Die Flanken der umlaufenden Zähne bzw. der Nut können ebenso Balligkeiten, gerundete Zahnspitzen oder Einformungen etc. aufweisen wie die radial verlaufenden Zähne. Nachdem eine exakt konzentrisch um die Drehachse verlaufende Zahn-Keilnutanordnung nur durch Reibungskräfte gegen eine Relativdrehung um die Drehachse gehalten wird, ist es bei einer Abwandlung bevorzugt, dass die umlaufenden Zähne abweichend von einem konzentrischen Kreis, zum Beispiel als Oval, gewellt, gezackt, etc. geführt sind. Durch diese Modifikation wird die Fähigkeit der Drehmomentübertragung wesentlich erhöht.
Obwohl die Ausführungsvarianten einzeln dargestellt worden sind, liegt es auch im Rahmen der Erfindung, dass die verschiedenen Maßnahmen in Kombination eingesetzt werden können. So ist es beispielsweise möglich bei einem wellenförmigen radialen Verlauf der Zähne eine Balligkeit, eine Verjüngung, eine konkave Ausformung, etc. in den Zahnflanken auch in komplexer Form oder eine gerundete Zahnspitze bzw. eine Zahnspitze mit Ausformung bzw. Einkerbung vorzusehen. Genauso sind diese Maßnahmen auf die die Drehachse umlaufenden Zähne anwendbar.
Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung sowie den beigefügten Figuren. Dabei zeigen:

1 eine schematische dreidimensionale Draufsicht auf eine Stirnverzahnung zur Erläuterung der geometrischen Gegebenheiten;
2 einen Ausschnitt aus der 1;
3 eine Detaildarstellung des Längsschnitts in Umlaufrichtung der Stirnverzahnung eines Zahns;
4 a - 4 c einen schematischen Längsschnitt in Umlaufrichtung durch einen Zahn der Stirnverzahnung in verschiedenen erfindungsgemäßen Ausführungsformen; 5 in ähnlicher Darstellung wie die 4 a - 4 c eine weitere Ausführungsvariante der Zähne der Stirnverzahnung;
6, 7 in ähnlicher Darstellung wie die 4 a - 4 d weitere Varianten der Zähne;
8 eine schematische Darstellung zur Beschreibung des radialen Verlaufs von Zähnen der Stirnverzahnung;
9 eine schematische Draufsicht auf eine Ausführungsvariante von Zähnen der Stirnverzahnung mit Parallelen bzw. nach innen auseinander laufenden Flanken;
10 eine schematische dreidimensionale Darstellung von Zähnen mit parallelen Zahnflanken als eine weitere Ausführungsvariante;
11 13 Drei weitere Ausführungsvarianten in schematischer Draufsicht mit in radialer Richtung gekrümmt verlaufenden Zahnflanken;
14 eine schematische dreidimensionale Draufsicht auf einen Zahn mit einer ballig ausgebildeten Flanke;
15 17 Schematische Draufsichten auf verschiedene Ausführungsvarianten mit ballig, konkav oder gewellt ausgebildeten Zahnflanken;
18, 19 eine schematische Draufsicht auf eine Stirnverzahnung mit konzentrisch umlaufenden Zähnen.

Einander entsprechende Größen oder Teile sind in den Figuren jeweils mit einander entsprechenden Bezugszeichen versehen.
Die 1 zeigt eine schematische dreidimensionale Draufsicht auf einen Drehpartner 1, welcher mit einer Stirnverzahnung 2 versehen ist, wobei nur ein einzelner Zahn 3 der Stirnverzahnung 2 zeichnerisch dargestellt ist. Der Drehpartner 1 kann mit einem zweiten Drehpartner (nicht gezeigt) mit einer zweiten Stirnverzahnung eine drehfeste Verbindung eingehen.
Derartige Baugruppen - bestehend aus dem Drehpartner 1 und dem weiteren Drehpartner - werden beispielsweise bei Radlageranordnungen eingesetzt, wobei der Drehpartner 1 als ein drehmomentübertragendes Element, zum Beispiel eine Gelenkglocke, und der nicht gezeigte andere Drehpartner als ein Träger für eine Laufbahn, Ring oder Scheibe eines Radlagers ausgebildet ist.
Wie sich insbesondere aus den 2 und 3 ergibt, welche einer Detaildarstellung aus der 1 sind, können die Positionen der für die Verzahnungsgeometrie maßgeblichen Punkte durch drei Größen beschrieben werden, nämlich deren axiale Lage (Z-Koordinate, Winkellage (Drehung um die Z-Achse) und Abstand R zur Z-Achse. Die 3 zeigt schematisiert den Querschnitt eines Zahns 3 in allgemeiner Form. Die Geometrie des Zahns 3 wird durch fünf Punkte P1 ... P5 und die dazwischen liegenden Kurvenabschnitte I...V beschrieben. Die Kurvenabschnitte I...V können beispielsweise als ein Kreisbogen oder - je nach Anwendungsziel - auch eine Kurve höherer Ordnung darstellen. Geeignet zur analytischen Beschreibung der einzelnen Kurven ist auch ein Polynom der Form: $\begin{matrix} ƒ (x) & a x^{n} & b x^{n 1} & c x^{n 2} & \dots \end{matrix}$
Durch entsprechende Wahl der Randbedingungen kann aus den Einzelpolynomen eine stetige Kurve zusammengesetzt werden. Je nach Komplexität der gewünschten Zahngeometrie können auch mehr als vier Bereiche definiert werden. In der Darstellung in der 3 bezeichnen die Linienzüge II und IV die Zahnflanken und der Linienzug III die Zahnspitze.
Die 4a 4d zeigen jeweils in einer schematischen Querschnittdarstellung Ausführungsvarianten für Zahnformen des Zahns 3. Zunächst zeigt die 4 a ein herkömmliches Zahnprofil in symmetrischer Ausführung. Die 4 b zeigt dagegen eine angepasste Querschnittform, welche insbesondere für asymmetrische Belastungen geeignet ist. So ist der Neigungswinkel alpha 1 gegenüber einer Parallelen zu der Z-Achse des Zahnflankenabschnitts II betragsmäßig größer als der Neigungswinkel alpha 2 des gegenüberliegenden Zahnflankenabschnitts IV. Die asymmetrische Form des Zahns 3 wird zum einen eingesetzt, wenn eine Vorzugsdrehrichtung gegeben ist, wobei die unter Drehmoment stärker beanspruchte Flanke IV steiler als die entlastete Flanke II gestellt wird. Ebenso kann eine selektive Drehmomentbeschränkung ermöglicht werden, wobei die Flankenneigung so gewählt wird, dass bei einem vorher bestimmten Drehmoment ein Überspringen der Zähne 3 erfolgt.
Die 4 c zeigt eine Abwandlung des Zahns 3 in der 4a, wobei die Zahnspitze III des Zahns 3 abgerundet ist, und zwar mit einem Radius, dessen Mittelpunkt circa auf 70 % der Zahnhöhe angeordnet ist. Die Zahnhöhe ist als die Entfernung in axialer Richtung zwischen Zahngrund und Zahnspitze definiert. Derartig gerundete Zahnspitzen III werden eingesetzt, um eine Schonung der Zahnspitzen bei einem Überspringen der Zähne 3 in die nächste stabile Lage bei Überlastung der Baugruppe zu erreichen.
Die 4d zeigt in gleicher Darstellung wie die vorhergehenden Figuren eine Kombination der Merkmale aus den 4b und 4c, wobei der Zahn 3 eine asymmetrische Grundform mit einer gerundeten Zahnspitze zeigt. Die 5 zeigt ebenfalls in einem schematischen Längsschnitt in Umlaufrichtung den Drehpartner 1 in Eingriff mit einem zweiten Drehpartner 4, wobei die Zähne 3 der Drehpartner 1 und 4 jeweils Ausformungen 5 aufweisen, welche sich parallel zur Längserstreckung und/oder in radialer Richtung der Zähne 3 erstrecken. Die Ausformungen 5 sind so dimensioniert, dass die freien Enden der Zähne 3 unter Vorspannung zur Zahnmitte hin zusammengedrückt werden können, um Fertigungstoleranzen auszugleichen und eine bessere Passung der Zähne 3 der Stirnverzahnung 2 des Drehpartners 1 mit den Zähnen 3 der Stirnverzahnung 2 des Drehpartners 4 zu erreichen.
Die 6 zeigt in gleicher Darstellung wie die 5 eine weitere Ausführungsalternative der Stirnverzahnungen 2 der Drehpartner 1, 4, wobei die Zahnflanken der Zähne 3 der Stirnverzahnung des Drehpartners 1 eine ballige Wölbung aufweisen, wohingegen die Flanken der Zähne 3 der Stirnverzahnung des Drehpartners 4 in dem gezeigten Längsschnitt konkav ausgebildet sind. Durch die Anpassung der Radien des gewölbten bzw. konkaven Bereichs kann die Geometrie der Kontaktlinien bzw. Kontaktfläche zwischen den Flanken der Zähne 3 eingestellt werden.
Die 7 zeigt eine weitere Ausführungsalternative der Stirnverzahnungen 2 der Drehpartner 1 und 4, wobei sich die Stirnverzahnungen maßgeblich durch unterschiedliche Zahnbreiten b 1 bzw. b 2 unterscheiden. Diese Variante ist sinnvoll, wenn Materialien unterschiedlicher Festigkeit gepaart werden, wobei am höherfesten Partner die schlankeren Zähne mit der kleineren Breite b2 ausgeformt werden. Die Definition der Breiten b1 und b2 kann sich - wie in der 7 gezeigt - auf die Gesamtbreite beziehen. Bei alternativen Definitionen kann die Gesamtbreite auch in Anlehnung an mathematische Kurvendefinitionen als FWHM (Full-Width-Half-Maximum) festgelegt sein.
Die 8 illustriert in einer schematischen Darstellung, dass der radiale Verlauf der Zähne 3 in ähnlicher Weise wie der Querschnitt (vgl. 2 und 3) durch Hilfslinien oder Kurven S1 ... S6 durch die Punkte P1 bis Pm beschrieben werden kann. So zeigt die 9 in einer schematischen Draufsicht eine Ausführungsform, bei der die Kurven S1 S4 parallel zueinander ausgerichtet sind bzw. sogar nach innen auseinanderlaufen, so dass eine sehr stabile Zahngeometrie entsteht. Das Gegenstück wird entsprechend so geformt, dass sich die gewünschte Anlage der verpaarten Zähne 3 bzw. Zahnflanken (Punkt-, Linien-, Flächenkontakt) einstellt.
Die 10 zeigt die Ausführungsform in der 9 in einer schematischen dreidimensionalen Darstellung, wobei nochmals zu erkennen ist, dass die Zahnflanken II, IV der Zähne 3 nicht auf einen gemeinsamen Punkt in der Verzahnungsmitte zulaufen. Denkbar ist ein paralleler Verlauf bzw. sogar eine höhere Zahnbreite zur Verzahnungsachse Z hin.
Zum Vergleich zeigt die 11 eine herkömmliche Stirnverzahnung nach dem Stand der Technik mit radial gerade verlaufenden Zähnen, welche auf einen gemeinsamen Punkt zusammenlaufen. Für den Fall, dass derartige Kurven S1...Sm einen gekrümmten oder gewinkelten Verlauf aufweisen, können sich Vorteile für die Belastung der Zähne 3 unter Momentenbeaufschlagung ergeben, da sich im Vergleich zu dem geraden Verlauf die Zähne 3 gegeneinander dreidimensional abstützen.
Die 12 zeigt beispielsweise eine Ausführungsvariante, wobei die Zähne 3 bzw. die Kurven S1...S4 um einen Kurvenmittelpunkt gekrümmt sind, der ungefähr auf einer in Zahnmitte liegenden Senkrechten angeordnet ist.
Die 13 zeigt dagegen eine Ausführungsalternative, wobei der Kurvenmittelpunkt im Vergleich zu der Darstellung in 12 zur Verzahnungsmitte hin verschoben angeordnet ist. In analoger Weise ist auch eine Verschiebung des Kurvenmittelpunkts nach radial außen denkbar.
Die 14 zeigt eine schematische dreidimensionale Seitenansicht auf einen Zahn 3, wobei die Verzahnungsflanke II/IV des Zahnes 3 nicht als ebene Fläche, sondern als gekrümmte Fläche ausgebildet ist. Durch geeignete Krümmungen der Verzahnungsflanken II/IV können unterschiedliche Tragbilder erzeugt werden. Hierbei ist - wie graphisch angedeutet - eine Krümmung oder Wölbung in Bezug auf die axiale Richtung und/oder in Bezug auf die radiale Richtung bzw. Mischformen davon im Rahmen der Erfindung. Um die Lasteinleitung zu optimieren und Potenziale zum Ausgleich von Formfehlern und Fertigungstoleranzen bereitzustellen, kann die Geometrie der Zahnflanken II/IV so gewählt werden, dass sich zunächst ein Punkt- oder Axiallinienkontakt einstellt, der sich unter Belastung (Vorspannung, Momentenübertragung) in einen Flächenkontakt umwandelt.
Die 15 bis 17 zeigen Stirnverzahnungen 2 mit unterschiedlichen Wölbungsverläufen an den Zahnflanken II/IV. Beispielsweise zeigt die 15 eine Stirnverzahnung 2 mit konkav geformten Flanken, welche insbesondere als Gegenstück zu der Ausführungsvariante in der 16 mit balligen Flanken dienen kann.
Weitere mögliche Paarungen der Stirnverzahnung der Drehpartner 1 und 4 sind ballig-ballig, so dass ein Punktkontakt entsteht. Wie in der 17 dargestellt ist, ist auch eine komplexe Krümmung der Zähne 3 bzw. der Zahnflanken II/IV im Rahmen der Erfindung, wobei in der Darstellung in der 17 vier Varianten zusammengefasst sind: Denkbar ist zum Beispiel eine Wellenform (jeweils außen in zwei Varianten dargestellt) oder eine Kombination aus Verdickung und Verjüngung in einem Zahn 3. Eine derartige Gestaltung ist als Feinabstimmung für die auftretenden Betriebslasten denkbar.
Die 18 und 19 zeigen jeweils eine schematische Draufsicht auf eine Stirnverzahnung 2, wobei im Gegensatz zu den vorhergehenden Figuren die Zähne 3 in der Längserstreckung nicht radial ausgerichtet sind, sondern die Achse Z umlaufen und vorzugsweise als Endloszahnring ausgebildet sind.
Die Zähne 3 greifen in eine umlaufende Keilnut 6 ein, in der die verpaarten Drehpartner 1, 4 unter Vorspannung hohe Normalkräfte auf die Reibflächen erfahren. Daraus ergibt sich eine hohe Reibkraft, die wiederum die Übertragung höherer Drehmomente als bei reiner Axialanlage erlaubt. Ein wesentlicher Vorteil der Variante in der 18 ist die Dichtheit der Verzahnung in radialer Richtung. Bei einer exakten konzentrischen Anordnung der Zähne 3 bzw. der Keilnuten 6 kann ein Überlastschutz auch dadurch umgesetzt werden, dass sich die Drehpartner 1 und 4 bei Überschreitung eines Grenzdrehmoments gegeneinander verdrehen, wobei aufgrund des konstruktiven Aufbaus eine Verletzung der empfindlichen Zahnspitzen nahezu ausgeschlossen ist. Obwohl in der 18 nur eine Keilnut 6 zur Aufnahme eines Zahnrings gezeigt ist, können auch mehrere Keilnuten 6 bzw. Zahnringe vorgesehen sein, die beispielsweise konzentrisch zueinander angeordnet sind.
Die 19 zeigt eine schematische Draufsicht auf eine konzentrische Stirnverzahnung 2 mit Radialanteil („Wellenlinie). Durch die Zufügung von Radialanteilen kann die Höhe des übertragbaren Drehmoments wesentlich gesteigert werden. Die Anzahl der Wellen ist frei gestaltbar. Im einfachsten Fall beschreibt die Keilnut 6 ein Oval, die Gestaltung kann z.B. bis zu einem eng geteilten Zickzack verfeinert werden. Der Zahnquerschnitt kann analog zu den radial verlaufenden Zähnen 3 ausgeführt werden.
Bezugszeichenliste

1: Drehpartner
2: Stirnverzahnung
3: Zahn
4: Drehpartner
5: Ausformungen
6: Keilnut

Claims

Baugruppe, insbesondere Radlageranordnung, mit einem ersten Drehpartner (1) und mit einem zweiten Drehpartner (4), wobei der erste Drehpartner (1) eine erste Stirnverzahnung (2) und der zweite Drehpartner (4) eine zweite Stirnverzahnung (2) aufweist, und wobei die erste und die zweite Stirnverzahnung (2) derart ineinander greifen, dass die zwei Drehpartner (1,4) in Bezug auf eine gemeinsame Drehachse (Z) im Normalbetrieb drehfest miteinander gekoppelt sind, und die Stirnverzahnung (2) in Bezug auf die Drehachse (Z) radial verlaufende Zähne (3) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnflanken (II/IV) der Zähne (3) in einem radialen und axialen Verlauf ballig ausgebildet sind.
Baugruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Längsschnitt entlang der Umlaufrichtung der Drehachse (Z) die Zähne (3) jeweils eine auf- und eine absteigende Zahnflanke (II, IV) aufweisen, wobei die Zahnflanken (II, IV) eines Zahnes (3) asymmetrisch zueinander ausgerichtet sind.
Baugruppe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Neigungswinkel (alpha1, alpha2) der Zahnflanken (II) eines Zahnes (3) gegenüber einer Linie, welche parallel zu der Drehachse (Z) ausgerichtet und durch den Schnittpunkt der gedachten Verlängerungen der Zahnflanken (II, IV) verläuft, unterschiedlich ausgebildet sind.
Baugruppe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass beide Neigungswinkel (alpha1, alpha2) ungleich 0° ausgebildet sind.
Baugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnflanken (II/IV) Verjüngungen und Verdickungen aufweisen.
Baugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der radiale Verlauf der Zähne (3) mindestens eine Krümmung und/oder Abwinkelung aufweist.
Baugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der radiale Verlauf der Zähne (3) wellenförmig und/oder gezackt ist.
Baugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der radiale Verlauf eines Zahns (3) durch mehrere Hilfslinien (S1...Sm) darstellbar ist, wobei die Hilfslinien (S1..Sm) entlang gleichartiger Bereiche und/oder Punkte (P1...Pm) des Zahns (3) gelegt sind und wobei die Hilfslinien (S1...Sm) zu der Drehachse (Z) hin zueinander konvergieren, parallel zueinander laufen und/oder voneinander divergieren.
Baugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zähne (3) der ersten und der zweiten Stirnverzahnung (2) in Umlaufrichtung unterschiedliche Breiten (b1,b2) aufweisen.
Baugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zähne (3) gerundete Zahnspitzen (III) tragen.
Baugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zähne (3) im Bereich der Zahnspitzen (III) eine in Zahnerstreckung verlaufende Einkerbung und/oder Einformung (5) aufweisen.
Baugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnverzahnung (2) mindestens einen die Drehachse umlaufenden Zahn (3) aufweist.
Baugruppe nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der umlaufende Zahn (3) konzentrisch und/oder koaxial zu der Drehachse (2) verläuft.
Baugruppe nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass der umlaufende Zahn (3) in eine umlaufende Nut, insbesondere Keilnut (6) eingreift.
Baugruppe nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der umlaufende Zahn gewellt und/oder gezackt zu der Drehachse (2) verläuft.