DE4326155B4 - Zahnradstufe mit Zahnspielbeseitigung - Google Patents

Abstract

Zahnradstufe mit mehreren, mit kämmenden schräg verzahnten Zahnrädern bestückten Wellen und mit hydraulischen Kolben-Zylinder-Anordnungen zur Erzeugung axialer Relativbewegungen zwischen kämmenden Zahnrädern, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Welle (1) drehfest und axialfest zwei gleichsinnig schräg verzahnte Zahnräder (2, 3) trägt, die in Kämmeingriff mit zwei drehfest von einer zweiten Welle (6) getragenen, ebenfalls gleichsinnig schräg verzahnten Zahnrädern (4, 5) stehen, von denen nur eines (5) auf der zweiten Welle (6) axial verschiebbar ist, und dass die Kolben-Zylinder-Anordnungen (12), an der zweiten Welle (6) gehalten, mit ihren Kolben (11) auf einer Stirnseite (10) des axial verschiebbaren Zahnrads (5) mit einer zur Erzeugung gegensinniger Flankenberührungen in beiden Paaren (2, 4; 3, 5) jeweils kämmender Zahnräder ausreichenden Kraft aufliegen, und dass die Kolben-Zylinder-Anordnungen (12) in einen zwischen den Zahnrädern (4 und 5) liegenden Flansch (19) an der zweiten Welle (6) eingearbeitet sind, die Zuführkanäle (14, 16, 18) für ein hydraulisches Druckmedium aufweist, wobei ein...

Description

• Die Erfindung betrifft eine Zahnradstufe gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
• Bekanntlich erstellt das Zahnflankenspiel beispielsweise in Getrieben dadurch eine unerwünschte Geräuschquelle dar, daß insbesondere bei Änderungen der Betriebsbedingungen der jeweiligen Zahnradstufe in laufende Folge Flankenberührungen neu auftreten bzw. aufgehoben werden. Daher sind bereits mechanisch arbeitende Zahnflankenverspannsysteme bekannt geworden, bei denen durch eine Federvorspannung zwischen zwei axial getrennten Paaren von kämmenden Zahnrädern ein Wechsel der Flankenberührung vermieden wird. Nachteilig ist bei derartigen Systemen jedoch die Notwendigkeit, die statische vorspannung höher als das maximale dynamische Moment zu wählen. Daraus resultieren zusätzliche Lagerund Bauteilbelastungen sowie unerwünschte Reibleistungsverluste.
• Für einen Sonderfall ist aus der DE-AS 15 52 222 , F 16 H 57/12, eine Zahnradstufe mit den gattungsgemäßen Merkmalen bekannt geworden, bei der also die Zahnspielbeseitigung und damit die Geräuschunterbindung letztlich auf hydraulischem Wege erfolgt. Es handelt sich dabei um eine Spielausgleichsvorrichtung für den Antrieb eines Werkzeugmaschinenschlittens, der eine Zahnstange aufweist, an der zwei mit jeweils einer Welle drehfest verbundene Zahnräder angreifen. Der Antrieb dieser beiden Wellen er folgt über zwei Zwischenwellen von einer gemeinsamen Antriebswelle her, die zwei gegensinnig schräg verzahnte Zahnräder trägt, die ihrerseits mit ebenfalls schräg verzahnten Zahnrädern auf den beiden Zwischenwellen kämmen. Diese die beiden gegenläufig schräg verzahnten Zahnräder drehfest tragende Antriebswelle ist mittels einer hydraulischen Kolben-Zylinder-Anordnung axial verschiebbar, wodurch unter Ausnutzung der Eigenschaften der Schrägverzahnungen eine Spielbeseitigung, und zwar in beiden Drehrichtungen dieser Welle, erreicht werden soll.
• Diese bekannte Spielausgleichsvorrichtung setzt also, wie eingangs bemerkt, einen Spezialfall, nämlich mit zwei über Zahnräder an einer längs verschiebbaren Zahnstange angreifenden Wellen, voraus, die von einer einzigen Welle her angetrieben werden sollen. Sieht man einmal von dem Vorsehen der erwähnten Zwischenwellen ab, so erfordert die bekannte Spielausgleichsvorrichtung die Existenz von insgesamt drei Wellen.
• Weiterhin ist im Stand der Technik eine Zahnradstufe bekannt ( DE 38 03 427 A1 ), die ein „zweigeteiltes Zahnrad" aufweist. Hierbei ist nur ein Teil dieses zweigeteilten Zahnrades axial. verschiebbar angeordnet, wozu am Kopfende der entsprechenden Welle eine Einstellvorrichtung angeordnet ist. Weiterhin ist im Stand der Technik eine Zahnradstufe bekannt ( DE-PS-427881 ), die im wesentlichen auch „zweigeteilte Zahnräder" aufweist. Hierbei ist ein Teilzahnrad axial verschiebbar angeordnet, wobei in einer Nut bzw. Ausnehmung eine entsprechende Feder vorgesehen bzw. angeordnet ist. Aufgrund der Anordnung der Feder in Verbindung mit der Ausnehmung lassen sich die beiden Teilzahnräder „besonders nah" zueinander anordnen, ohne dass also ein entsprechend großer Zwischenraum vorgesehen ist.
• Die zuvor genannten bzw. im Stand der Technik bekannten Zahnradstufen sind noch nicht optimal ausgebildet. Einerseits sind die hier verwendeten „zweigeteilten Zahnräder" komplex bzw. erfordern einen hohen Montageaufwand, andererseits kann deren Funktionsweise durch ein Nachlassen der Federkräfte durchaus beeinträchtigt werden..
• Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Zahnradstufe anzugeben, bei der einerseits der Montageaufwand verringert ist, andererseits eine möglichst gleichbleibende Funktionsweise gewährleistet ist.
• Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht in den Merkmalen des Patentanspruches 1. Für eine bevorzugte Ausbildung der Erfindung darf auf den nachgeordneten Anspruch bzw. die nachfolgende Beschreibung verwiesen werden: Der Aufwand an Wellen ist also auf zwei Wellen reduziert. Auch finden zwei Paare von Zahnrädern Verwendung, die gleichsinnige Schrägverzahnungen aufweisen, wodurch sich ebenfalls der Aufwand an individuellen Bauteilen verringert. Weiterhin ist die Lagerung der zweiten Welle dadurch vereinfacht, dass nicht die gesamte zweite Welle mit beiden von ihr getragenen schräg verzahnten Zahnrädern axial auf hydraulischem Wege verschoben wird, sondern nur eines dieser beiden Zahnräder.
• Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung erläutert, die eine Seitenansicht, teilweise im Längsschnitt, der interessierenden Teile der Zahnradstufe wiedergibt.
• Drehfest auf der bei 1 angedeuteten ersten Welle sitzen die beiden gleichsinnig schräg verzahnten Zahnräder 2 und 3, die auch axial unverschiebbar sind. Sie kämmen mit den beiden ebenfalls gleichsinnig schräg verzahnten Zahnrädern 4 und 5 auf der zweiten Welle 6, die bei 7 und 8 gelagert ist. Beispielsweise handelt es sich bei der zweiten Welle 6 um eine angetriebene Welle.
• Während das in der Figur linke Schräg verzahnte Zahnrad 4 auch axial fest mit der eigentlichen zweiten Welle 6 verbunden ist – hier ist das Zahnrad 4 einstückig mit der Welle 6 gefertigt –, ist das Zahnrad 5 über die Kerbverzahnung 9 zwar drehfest, aber axial verschieblich auf der zweiten Welle 6 angeordnet. Die axiale Stellung dieses Zahnrads wird einerseits durch die zwischen den schrägen Flanken der Zahnräder 3 und 5 wirkenden Axialkräfte und andererseits durch entgegengerichtete Axialkräfte bestimmt, die die auf der in der Figur linken Stirnfläche 10 aufliegenden Kolben 11 der Kolben-Zylinder-Anordnungen 12 auf das Zahnrad 5 ausüben. Die Druckräume 13 dieser Kolben-zylinder-Anordnungen 12, die vorzugsweise gleichmäßig über den Umfang verteilt angeordnet sind, stehen über Querkanäle 14 und das Rückschlagventil 15 mit dem in die zweite Welle 6 zentral eingearbeiteten Zufuhrkanal 16 für ein hydraulisches Druckmedium, zweckmäßigerweise aus der Schmierölversorgung des Getriebes, in Strömungsverbindung. Begrenzte Leckspalte 17 sorgen für eine allmähliche Druckentlastung.
• Durch die demgemäß hydraulisch erfolgende Axialverschiebung des Zahnrads 5 entgegen den von den Zahnflanken übertragenen Axialkräfte relativ zu der axialen Stellung des Zahnrads 4 erfolgt dadurch ein Ausgleich des Flankenspiels, daß in den beiden Zahnradpaaren 3, 5 und 2, 4 einander entgegengesetzte Flanken berührungen erzeugt werden. Betrachtet man den Extremfall eines Wechsels der Drehrichtung, kommt es durch diesen Effekt also nicht zu einem Wechsel der Flankenberührung und demgemäß nicht zu einem Stoßvorgang. Lediglich die Drehmomentübertragung verlagert sich zwischen den beiden Zahnradpaaren 3, 5 und 2, 4. Die beim Wechsel der Drehrichtung, d. h. bei einer Richtungsumkehr des zu übertragenden Moments, auftretenden Axialkräfte, die über die Kolben-Zylinder-Anordnungen 12 auf die zweite Welle 6 übertragen werden müssen, werden durch das Rückschlagventil 15 aufgefangen, so daß in dieser Phase das hydraulische Druckmedium in den Zylinderräumen 13 und den Querkanälen 14 hohe Kräfte vom Zahnrad 5 auf die Welle 6 übertragen kann. Der Abbau dieses hohen Drucks erfolgt über die erwähnten Leckspalte 17.
• Wie ersichtlich, erfolgt die Speisung dieses Hydrauliksystems über Querkanäle 18 vom Lager 8 her. Wichtig für die Ausbildung der Lager ist, daß sie in der Lage sind, die durch die Schrägverzahnungen übertragenen Axialkräfte aufzunehmen. Durch Anordnung eines der Lager 7 um den die Kolben-Zylinder-Anordnungen 12 aufnehmenden Flanschbereich 19 der Welle 6 herum ergibt sich eine minimale Baulänge der beschriebenen Zahnradstufe.

Claims (2)

1. Zahnradstufe mit mehreren, mit kämmenden schräg verzahnten Zahnrädern bestückten Wellen und mit hydraulischen Kolben-Zylinder-Anordnungen zur Erzeugung axialer Relativbewegungen zwischen kämmenden Zahnrädern, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Welle (1) drehfest und axialfest zwei gleichsinnig schräg verzahnte Zahnräder (2, 3) trägt, die in Kämmeingriff mit zwei drehfest von einer zweiten Welle (6) getragenen, ebenfalls gleichsinnig schräg verzahnten Zahnrädern (4, 5) stehen, von denen nur eines (5) auf der zweiten Welle (6) axial verschiebbar ist, und dass die Kolben-Zylinder-Anordnungen (12), an der zweiten Welle (6) gehalten, mit ihren Kolben (11) auf einer Stirnseite (10) des axial verschiebbaren Zahnrads (5) mit einer zur Erzeugung gegensinniger Flankenberührungen in beiden Paaren (2, 4; 3, 5) jeweils kämmender Zahnräder ausreichenden Kraft aufliegen, und dass die Kolben-Zylinder-Anordnungen (12) in einen zwischen den Zahnrädern (4 und 5) liegenden Flansch (19) an der zweiten Welle (6) eingearbeitet sind, die Zuführkanäle (14, 16, 18) für ein hydraulisches Druckmedium aufweist, wobei ein Lager (7) um den die Kolben-Zylinder-Anordnungen (12) aufnehmenden Flanschbereich der Welle (6) herum angeordnet ist.
2. Zahnradstufe nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch mit zumindest einem Rückschlagventil (15) bestückte, zu den Kolben-Zylinder-Anordnungen (12) führende Zuführkanäle (14, 16, 18) für ein hydraulisches Druckmedium.