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Die Erfindung betrifft ein Verspannzahnrad für ein Zahnradgetriebe, mit einem ersten Teilzahnrad und einem koaxial zu dem ersten Teilzahnrad angeordneten und bezüglich des ersten Teilzahnrads drehbar gelagerten zweiten Teilzahnrad, wobei das erste Teilzahnrad und das zweite Teilzahnrad eine gemeinsame Drehachse aufweisen und mittels einer Federanordnung in Umfangsrichtung bezüglich der Drehachse gegeneinander verspannt sind, wobei die Federanordnung mehrere Zugfedern aufweist, die einerseits an einem der Teilzahnräder befestigt sind und andererseits an dem jeweils anderen der Teilzahnräder formschlüssig angreifen.
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Aus dem Stand der Technik ist beispielsweise die Druckschrift
US 4,739,670 bekannt. Diese beschreibt einen Zahnspielreduzierer für ein Zahnradgetriebe, welcher ein Hauptzahnrad und ein Hilfszahnrad aufweist, die ein antreibendes Zahnrad oder ein angetriebenes Zahnrad in dem Zahnradgetriebe ausbilden.
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Weiterhin offenbart die Druckschrift
DE 10 2013 110 396 A1 eine Zahnradanordnung mit einem Hauptzahnrad und einem gegenüber diesem relativ in Umfangsrichtung verdrehbaren Zahnrad, mit Federelementen, mit denen das verdrehbare Zahnrad in Umfangsrichtung gegen das Hauptzahnrad vorgespannt ist, wobei die Federelemente einerseits mit dem Hauptzahnrad und andererseits dem verdrehbaren Zahnrad verbunden sind, und wobei die Federelemente jeweils eine Längsmittelachse aufweisen, die schräg verlaufend zu einer axialen Stirnfläche des verdrehbaren Zahnrades angeordnet sind.
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Ein weiteres geteiltes Zahnrad zur Vermeidung von Spiel bei Eingriff eines Gegenzahnrads wird von der Druckschrift
EP 2 158 418 B1 beschrieben.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verspannzahnrad für ein Zahnradgetriebe vorzuschlagen, welches gegenüber bekannten Verspannzahnrädern Vorteile aufweist, insbesondere einerseits einfach aufgebaut ist und andererseits trotz des einfachen Aufbaus über eine Umdrehung des Verspannzahnrads hinweg ein konstantes oder zumindest nahezu konstantes Verspannmoment zwischen den beiden Teilzahnrädern realisiert.
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Dies wird erfindungsgemäß mit einem Verspannzahnrad für ein Zahnradgetriebe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht. Dabei ist vorgesehen, dass zumindest einige der Zugfedern voneinander verschiedene Erstreckungen aufweisen.
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Das Verspannzahnrad ist vorzugsweise Bestandteil des Zahnradgetriebes. Das Verspannzahnrad kämmt bevorzugt mit einem weiteren Zahnrad des Zahnradgetriebes, wobei das Verspannzahnrad und das weitere Zahnrad derart zueinander angeordnet sind, dass das weitere Zahnrad sowohl mit dem ersten Teilzahnrad als auch dem zweiten Teilzahnrad des Verspannzahnrads kämmt beziehungsweise in Eingriff steht. Das Verspannzahnrad dient dem Ausgleich von Drehungleichförmigkeiten zwischen dem Verspannzahnrad und dem weiteren Zahnrad, um einen kontinuierlichen Kontakt der Zähne der Zahnräder zu gewährleisten.
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Kommt es zu einem Abheben und Wiederauftreffen der Zähne der Zahnräder, beispielsweise aufgrund von Drehmomentschwankungen, so führt dies zumindest zu störenden Geräuschen. Um ein solches Abheben und das darauf folgende Wiederauftreffen zu vermeiden, sind die beiden Teilzahnräder koaxial zueinander angeordnet und in Umfangsrichtung gegeneinander verspannt, nämlich mithilfe der Federanordnung. Das Verspannen der Teilzahnräder erfolgt derart, dass ein Zahn des ersten Teilzahnrads an einen einen Zahnzwischenraum begrenzenden ersten Zahn des weiteren Zahnrads und ein Zahn des zweiten Teilzahnrads an einen denselben Zahnzwischenraum begrenzenden zweiten Zahn des weiteren Zahnrads gedrängt wird.
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In anderen Worten werden die Zähne des ersten Teilzahnrads und des zweiten Teilzahnrads derart voneinander fortgedrängt, dass sie auf gegenüberliegenden Seiten des Zahnzwischenraums an dem ersten Zahn und dem zweiten Zahn des weiteren Zahnrads anliegen, vorzugweise permanent anliegen. Um ein einwandfreies Kämmen der beiden Teilzahnräder mit dem weiteren Zahnrad zu gewährleisten, kann es - optional - vorgesehen sein, dass die beiden Teilzahnräder Verzahnungen mit identischen Verzahnungsparametern aufweisen. Die Verzahnung des ersten Teilzahnrads ist in diesem Fall insoweit mit der Verzahnung des zweiten Teilzahnrads identisch ausgestaltet.
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Für einen ordnungsgemäßen Betrieb des Zahnradbetriebes ist es von Bedeutung, dass die Federanordnung optimal dimensioniert ist. Bei einer Unterdimensionierung der Federanordnung, also bei einer zu kleinen Federkraft zwischen dem ersten Teilzahnrad und dem zweiten Teilzahnrad, kann es weiterhin zu dem Abheben beziehungsweise Wiederauftreffen kommen. Ist hingegen die Federanordnung überdimensioniert, also die Federkraft zu groß, so entsteht eine hohe Reibleistung zwischen dem Verspannzahnrad und dem weiteren Zahnrad und entsprechend eine hohe Verlustleistung, sodass der Wirkungsgrad des Zahnradgetriebes reduziert wird.
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Aus diesem Grund ist es vorgesehen, dass die Federanordnung mehrere Zugfedern aufweist, die über einen Umfang der Teilzahnräder hinweg verteilt angeordnet sind. Die Zugfedern sind jeweils einerseits an dem einen der Teilzahnräder befestigt und greifen andererseits an dem jeweils anderen der Teilzahnräder formschlüssig an. Die Zugfedern werden während einer Verwendung beziehungsweise eines Betriebs des Verspannzahnrads ausschließlich in Zugrichtung beansprucht. Beispielsweise ist - rein optional - die formschlüssige Befestigung der Zugfedern an dem jeweils anderen der Teilzahnräder derart ausgestaltet, dass bei einer Beanspruchung der Zugfedern auf Druck die Zugfedern außer Eingriff mit diesem Teilzahnrad geraten, sodass zumindest über einen bestimmten Drehwinkelbereich hinweg eine freie Verlagerung der Teilzahnräder möglich ist, ohne dass die Zugfedern eine Federkraft bewirken.
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Die Zugfedern können in Umfangsrichtung dieselbe Erstreckung aufweisen. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass zumindest einige der Zugfedern in Umfangsrichtung voneinander verschiedene Erstreckungen aufweisen, insbesondere alle Zugfedern mit voneinander verschiedenen Erstreckungen ausgestaltet sind. Auch können die Zugfedern dieselbe Federkonstante aufweisen oder mit unterschiedlichen Federkonstanten ausgebildet sein. Insbesondere bei einer Ausgestaltung des Verspannzahnrads, bei welchem die Zugfedern untereinander verschiedene Erstreckungen und/oder verschiedene Federkonstanten aufweisen, kann eine besonders gleichmäßige Federkraft beziehungsweise ein konstantes oder zumindest nahezu konstantes Verspannmoment über eine Umdrehung des Verspannzahnrads realisiert sein. Bevorzugt sind die Erstreckungen und/oder die Federkonstanten derart gewählt, dass das Verspannmoment über die Umdrehung hinweg konstant bleibt.
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Die Verwendung der Zugfedern hat den Vorteil, dass das Verspannzahnrad einfach und kostengünstig herstellbar ist. Die über den Umfang verteilte Anordnung der mehreren Zugfedern sorgt hingegen für eine im Wesentlichen von einer Drehwinkelstellung des Verspannzahnrads unabhängige Federkraft, die von den Zugfedern gemeinsam bewirkt wird. Bei Verwendung lediglich einer einzigen Zugfeder kann es vorkommen, dass das von der Federanordnung zwischen den Teilzahnrädern bewirkte Drehmoment von der Drehwinkelstellung des Verspannzahnrads abhängig ist. Dies wird durch die Verwendung der mehreren Zugfedern auf zuverlässige Art und Weise vermieden.
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Die Federanordnung ist bevorzugt derart ausgestaltet, dass das von ihr zwischen den Teilzahnrädern bewirkte Drehmoment beziehungsweise Verspannmoment von einer Drehzahl des Verspannzahnrads unabhängig ist. Bei unterschiedlichen Drehzahlen des Verspannzahnrads wird insoweit das gleiche Verspannmoment zwischen den Teilzahnrädern von der Federanordnung bewirkt.
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Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Zugfedern einstückig und/oder materialeinheitlich mit dem einen der Teilzahnräder ausgebildet sind. Beispielsweise werden die Zugfedern gemeinsam mit dem entsprechenden Teilzahnrad hergestellt, insbesondere durchs Stanzen. Das Teilzahnrad und die Zugfedern liegen insoweit als ein einziges Stanzteil vor. Dies hat den Vorteil einer äußerst einfachen und kostengünstigen Herstellung. Selbstverständlich ist es auch möglich, die Zugfedern separat von dem entsprechenden Teilzahnrad herzustellen und nachträglich an diesem zu befestigen.
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Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Zugfedern die Drehachse gemeinsam in Umfangsrichtung zu mindestens 75 %, mindestens 80 %, mindestens 85 %, mindestens 90 % oder mindestens 95 % umgreifen. Die Zugfedern weisen jeweils eine vergleichsweise große Erstreckung in Umfangsrichtung auf. Beispielsweise umgreift jede der Zugfeder die Drehachse zu mindestens einem der genannten Werte dividiert durch die Anzahl der Zugfedern. Liegen zwei Zugfedern vor, so umgreift also jede der Zugfeder die Drehachse um mindestens 180° multipliziert mit einem der genannten Werte. Sind hingegen drei Zugfedern vorgesehen, so umgreift jede der Zugfedern die Drehachse um mindestens 120° multipliziert mit einem der genannten Werte. Bei vier Zugfedern sind es entsprechend 90° multipliziert mit einem der genannten Werte. Die Zugfedern können voneinander in Umfangsrichtung beabstandet angeordnet sein oder alternativ in Umfangsrichtung unmittelbar aneinander anschließen oder sogar in Überdeckung miteinander stehen. Hierdurch wird eine besonders gute Federwirkung der Zugfeder trotz ihrer einfachen Ausgestaltung erzielt.
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Eine bevorzugte weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Zugfedern jeweils einen Radialvorsprung aufweisen, der an einem Rastelement des jeweils anderen der Zahnräder formschlüssig angreift. Der Radialvorsprung erstreckt sich beispielsweise ausgehend von einem Federbereich der jeweiligen Zugfeder in radialer Richtung nach außen oder in radialer Richtung nach innen. Der Radialvorsprung wirkt mit dem an dem jeweils anderen der Zahnräder vorliegenden Rastelement zusammen, um die Zugfeder mit diesem formschlüssig zu verbinden. Das Rastelement begrenzt insoweit in Umfangsrichtung eine Rastaufnahme des jeweils anderen der Zahnräder, in welche der Radialvorsprung eingreift. Dies ermöglicht eine einfache und kostengünstige Herstellung des Verspannzahnrads.
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Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Zugfedern jeweils über einen Haltesteg verfügen, über den sie an einem Grundkörper des einen der Teilzahnräder befestigt sind und der über einen Federbereich der jeweiligen Zugfeder mit dem Radialvorsprung verbunden ist. Die Zugfedern setzen sich insoweit jeweils aus dem Haltesteg, dem Federbereich und dem Radialvorsprung zusammen. Der Federbereich ist über den Haltesteg mit dem einen der Teilzahnräder verbunden und über den Radialvorsprung an dem jeweils anderen der Teilzahnräder formschlüssig befestigt.
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Der Grundkörper des Teilzahnrads umgreift vorzugsweise die Federanordnung, also alle Zugfedern, in Umfangsrichtung vollständig. Der Grundkörper ist insoweit bevorzugt in Umfangsrichtung durchgehend ausgestaltet. Beispielsweise liegt die Federanordnung in einer Ausnehmung des Grundkörpers vor, wohingegen eine Verzahnung des jeweiligen Teilzahnrads an dem Grundkörper ausgebildet ist, beispielsweise an diesem in Form einer Außenverzahnung vorliegt. Die Zugfedern sind - wie bereits erläutert - besonders bevorzugt einstückig und/oder materialeinheitlich mit dem jeweiligen Teilzahnrad beziehungsweise dem Grundkörper des Teilzahnrads ausgebildet. Die Federbereiche der Zugfedern sind über die Haltestege von dem Grundkörper beabstandet. Hierdurch wird eine besonders effektive Federwirkung erzielt.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Federbereich und der Radialvorsprung in radialer Richtung von dem Grundkörper beabstandet sind, sodass zwischen dem Federbereich und dem Grundkörper ein Schlitz ausgebildet ist. Der Haltesteg erstreckt sich vorzugweise ausgehend von dem Grundkörper in radialer Richtung nach innen, sodass der Federbereich der jeweiligen Zugfeder in radialer Richtung von dem Grundkörper beabstandet angeordnet ist. Hierdurch ist der Schlitz zwischen dem Federbereich und dem Grundkörper ausgebildet. Auf diese Art und Weise wird eine gute Federwirkung des Federbereichs sichergestellt.
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Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass das jeweils andere der Teilzahnräder einen Stützvorsprung aufweist, der in axialer Richtung in den Schlitz eingreift. Der Stützvorsprung verhindert beispielsweise eine übermäßige Verformung des Federbereichs der Zugfedern. vorzugsweise greift in jeden der Schlitze ein solcher Stützvorsprung ein. Der Stützvorsprung füllt den Schlitz in Umfangsrichtung gesehen zu mindestens 50 %, mindestens 75 % oder mindestens 90 % aus. Es kann auch vorgesehen sein, dass der Stützvorsprung den Schlitz in Umfangsrichtung gesehen vollständig ausfüllt. Hierdurch wird eine besonders gute Führung der Zugfedern erzielt. Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Stützvorsprung das Rastelement ausbildet. Das bedeutet, dass die Zugfedern über den jeweiligen Stützvorsprung an dem jeweils anderen der Teilzahnräder formschlüssig angreifen. Diese ermöglicht wiederum eine äußerst einfache und kostengünstige Ausgestaltung des Verspannzahnrads.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Federbereich in Umfangsrichtung gekrümmt ist. Beispielsweise weist der Federbereich in Umfangsrichtung gesehen durchgehend oder zumindest nahezu durchgehend denselben Abstand von einem Innenumfang des Grundkörpers auf. Besonders bevorzugt ist der Stützvorsprung, der sich in die zwischen dem Federbereich und dem Grundkörper ausgebildeten Schlitze hinein erstreckt, analog zu dem Federbereich gekrümmt, weist also besonders bevorzugt dieselbe Krümmung auf, sodass der Federbereich und der Stützvorsprung in Umfangsrichtung parallel oder zumindest im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen. Hierdurch wird eine besonders gute Federwirkung erzielt.
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Schließlich kann im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass der Abstand zwischen dem Haltesteg einer der Zugfedern und dem Radialvorsprung einer anderen der Zugfedern höchstens 5°, höchstens 10°, höchstens 15°, höchstens 20°, höchstens 25° oder höchstens 30° beträgt. Das bedeutet, dass sich die Zugfedern in Umfangsrichtung gesehen nahezu aneinander anschließen oder zumindest lediglich einen vergleichsweise geringen Abstand voneinander aufweisen, welcher höchstens einem der genannten Werte entspricht. Hierdurch wird der zur Verfügung stehende Platz in dem Verspannzahnrad effektiv für die Anordnung der mehreren Zugfedern genutzt, sodass eine besonders gute Federwirkung erzielt wird.
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Die Erfindung betrifft selbstverständlich auch ein Zahnradgetriebe, mit einem Verspannzahnrad und einem mit dem Verspannzahnrad kämmenden weiteren Zahnrad, wobei das Verspannzahnrad gemäß den Ausführungen im Rahmen dieser Beschreibung ausgestaltet und weitergebildet sein kann.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert, ohne dass eine Beschränkung der Erfindung erfolgt. Dabei zeigt die einzige
- Figur eine schematische Darstellung eines Verspannzahnrads für ein Zahnradgetriebe, mit einem ersten Teilzahnrad und einem zweiten Teilzahnrad.
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Die Figur zeigt eine schematische Darstellung eines Verspannzahnrads 1, welches beispielsweise Bestandteil eines Zahnradgetriebes sein kann. Das Verspannzahnrad 1 verfügt über ein erstes Teilzahnrad 2 (hier im Vordergrund dargestellt) und ein zweites Teilzahnrad 3 (hier im Hintergrund dargestellt). Die beiden Teilzahnräder 2 und 3 sind koaxial zueinander angeordnet, nämlich bezüglich zu einer gemeinsamen Drehachse 4. Die beiden Teilzahnräder 2 und 3 sind gegeneinander drehbar angeordnet und mittels einer Federanordnung 5 gegeneinander verspannt.
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Die Teilzahnräder 2 und 3 weisen jeweils eine Verzahnung 6 beziehungsweise 7 auf, wobei die Verzahnung 6 und 7 beispielsweise mit identischen Verzahnungsparametern ausgestaltet sind. Sie können jedoch auch unterschiedliche Verzahnungsparameter aufweisen. Bei Verwendung des Verspannzahnrads 1 in einem Zahnradgetriebe kämmen insoweit beide Teilzahnräder 2 und 3 jeweils mit einem weiteren Zahnrad. Das bedeutet, dass sowohl die Verzahnung 6 als auch die Verzahnung 7 mit einer Verzahnung des weiteren Zahnrads in Eingriff stehen. Durch die Verspannung der Teilzahnräder 2 und 3 gegeneinander mittels der Federanordnung 5 wird hierbei erzielt, dass Zähne der Verzahnungen 6 und 7 permanent an Zähnen der Verzahnung des weiteren Zahnrads anliegen.
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Die Federanordnung 5 verfügt über mehrere Zugfedern 8, in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel über drei Zugfedern 8. Jede der Zugfedern 8 weist einen Federbereich 9 auf, der einerseits über einen Haltesteg 10 an dem ersten Teilzahnrad 2 befestigt ist und andererseits über einen Radialvorsprung 11 an dem zweiten Teilzahnrad 3 formschlüssig angreift. Der Radialvorsprung 11 greift hierzu in eine Rastausnehmung 12 ein, die von einem Rastelement 13 des zweiten Teilzahnrads 3 begrenzt ist. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Rastelement 13 Teil eines Stützvorsprungs 14, der sich in axialer Richtung in einen Schlitz 15 hinein erstreckt, der zwischen dem Federbereich 9 der Zugfedern 8 und einem Grundkörper 16 des ersten Teilzahnrads 2 ausgebildet ist. An dem Grundkörper 16 ist die Verzahnung 6 ausgebildet, nämlich auf der den Zugfedern 8 in radialer Richtung abgewandten Seite des Grundkörpers 16.
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Die dargestellte Ausgestaltung des Verspannzahnrads 1 macht auf vorteilhafte Art und Weise eine Herstellung des ersten Teilzahnrads 2 gemeinsam mit den Zugfedern 8 als Stanzteil möglich. Es ist erkennbar, dass das zweite Teilzahnrad 3 zur unmittelbaren Anordnung auf einer Welle ausgebildet ist und hierzu eine Nabe 17 aufweist. Das erste Teilzahnrad 2 ist hingegen entkoppelt von dieser Welle angeordnet und weist entsprechend keine Nabe auf. Vielmehr ist das erste Teilzahnrad bezüglich des zweiten Teilzahnrads 3 und entsprechend bezüglich der Welle drehbar gelagert.
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Es kann vorgesehen sein, dass die beiden Teilzahnräder 2 und 3 in axialer Richtung gesehen dieselbe Erstreckung aufweisen. Besonders bevorzugt ist jedoch das zweite Teilzahnrad 3 zur Lastübertragung zwischen der Nabe 17 beziehungsweise der Welle sowie dem weiteren Zahnrad vorgesehen und ausgebildet. Hierzu weist das zweite Teilzahnrad 3 in axialer Richtung eine größere Erstreckung auf als das erste Teilzahnrad 2. Das erste Teilzahnrad 2 dient insoweit lediglich zum Verspannen des Verspannzahnrads 1 mit dem weiteren Zahnrad, nicht jedoch einer Kraftübertragung beziehungsweise Drehmomentübertragung.
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Die dargestellte Ausgestaltung des Verspannzahnrads 1 ist einerseits kostengünstig und einfach herstellbar und weist andererseits über eine komplette Umdrehung hinweg ein konstantes oder zumindest nahezu konstantes Verspannmoment auf, welches mittels der Federanordnung 5 bewirkt wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Verspannzahnrad
- 2
- 1. Teilzahnrad
- 3
- 2. Teilzahnrad
- 4
- Drehachse
- 5
- Federanordnung
- 6
- Verzahnung
- 7
- Verzahnung
- 8
- Zugfeder
- 9
- Federbereich
- 10
- Haltesteg
- 11
- Radialvorsprung
- 12
- Rastausnehmung
- 13
- Rastelement
- 14
- Stützvorsprung
- 15
- Schlitz
- 16
- Grundkörper
- 17
- Nabe