EP2598745A2 - Asymmetrische verzahnung - Google Patents

Asymmetrische verzahnung

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EP2598745A2
EP2598745A2 EP11734149.5A EP11734149A EP2598745A2 EP 2598745 A2 EP2598745 A2 EP 2598745A2 EP 11734149 A EP11734149 A EP 11734149A EP 2598745 A2 EP2598745 A2 EP 2598745A2
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EP
European Patent Office
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tooth
toothing
flank
reduced
backlash
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP11734149.5A
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English (en)
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Inventor
Stefan Tumback
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SEG Automotive Germany GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F16H55/02—Toothed members; Worms
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    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • B23P15/00—Making specific metal objects by operations not covered by a single other subclass or a group in this subclass
    • B23P15/14—Making specific metal objects by operations not covered by a single other subclass or a group in this subclass gear parts, e.g. gear wheels
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    • Y10T74/19949—Teeth

Definitions

  • Tooth width in which the tooth thickness is not reduced, can be designed with a significantly lower backlash, which is significantly below the backlash of 0.3 mm.
  • Starter pinion be made, for example, the tip diameter of the toothing on the starter pinion, however, is not to change. Provided that the stresses occurring in the tooth root of the
  • Figure 3.3 an increasingly trained tooth withdrawal under expression of a
  • the planet carrier 98 will turn in one
  • Planet carrier 98 and the planet wheels 86 are added. Furthermore, the ring gear 95 is arranged in the cup-shaped intermediate bearing 101, which is ultimately closed by a cover 107 relative to the armature 37. Also, the intermediate bearing 101 is supported with its outer circumference on the inside of the pole tube 28. The armature 37 points to that of the commutator 52nd
  • the inner ring 140 which is radially inside the outer ring 132nd is arranged. Between the inner ring 140 and the outer ring 132 clamping body 138 are arranged. The clamp body 138 prevent in
  • the freewheel 137 allows a circumferential relative movement between the inner ring 140 and the outer ring 132 in one direction only.
  • the inner ring 140 is integral with the
  • the starter pinion 22 may alternatively be designed as a straight toothed pinion. Instead of
  • Screws is attached to the drive end plate 19. In the electric
  • an asymmetric toothing 214 will be described below with reference to a single tooth 202.
  • the single tooth 202 may be a tooth of a toothing, which may be formed as a straight toothing or as helical toothing.
  • the single tooth 202 of an asymmetrical toothing 214 shown in FIG. 2 can be formed either on the outer toothing of a starting pinion 22 as shown in FIG. 1 or on an outer circumference of a toothed ring 25 for turning on an internal combustion engine.
  • a tooth flank 204 is in one
  • Flank region 228 a tooth flank 204 of the single tooth 202 is a reduced tooth thickness 212.
  • a tooth geometry having a reduced tooth width 208 and reaching the required backlash of at least 0.3 mm is derived from the optimized tooth geometry derived in the first step.
  • the same radius is to be used on the tooth root 222, as in the case of the optimized tooth geometry obtained according to the first method step.
  • the reduced tooth width 208, starting from the original tooth width 206, can be adjusted by setting a smaller profile displacement factor, for example in the manufacture of the
  • the embodiment variant shown in FIG. 3.1 furthermore has a shoulder 238 on the single tooth 202, which in this embodiment variant is embodied on the flank of the single tooth 202 facing away from the driving tooth flank 204.
  • Item 230 designates in this embodiment of a single tooth 202, the end face of the Andrehritzels 22 or the front side of a ring gear 25, the teeth by individual teeth 202, which have an asymmetric toothing according to the invention proposed solution includes.
  • FIG. 3.2 shows a further possible embodiment of the asymmetrical toothing, in which in the upper region of the Single tooth, preferably in the area between the tip circle 216 and the pitch circle 218 a bilateral tooth withdrawal 232 has occurred.
  • the tooth width 210 decreases again in the region of the tip circle 216 of the single tooth 202 according to the embodiment in FIG. 3.2.

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Verzahnung, insbesondere zwischen einem Andrehritzel (22) und einem Zahnkranz (25) einer Verbrennungskraftmaschine. Die Verzahnung ist als Gerad- oder Schrägverzahnung ausgeführt und umfasst eine Anzahl miteinander kämmende Einzelzähne (202). Die Zahndicken der Einzelzähne (212) sind asymmetrisch, insbesondere ein- oder beidseitig reduziert oder verbreitert ausgebildet.

Description

Beschreibung Titel
Asymmetrische Verzahnung
Stand der Technik DE 37 30 939 A1 bezieht sich auf ein Motoranlassergetriebe. Dieses dient dem
Anlassen eines Motors mit einem Anlasserzahnrad, wobei das
Motoranlassergetriebe eine Anzahl von zentrifugal wirkenden Fliehgewichten aufweist. Dieses dient dem Anlassen eines Motors mit einem Anlasserzahnrad, wobei das Motoranlassergetriebe eine Anzahl von zentrifugal wirkenden Fliehgewichten aufweist. Diese befinden sich ringförmig innerhalb einer kreisförmigen Aussparung eines Kupplungselementes von denen jedes eine Schrägfläche aufweist. Diese liegt an einer konischen Fläche eines
angetriebenen Kupplungselementes an, wobei die Fliehgewichte derart wirken, dass sie unter der Zentrifugalkraft das treibende Kupplungselement axial verschieben.
Aus DE 37 30 939 A1 geht ein Ritzel hervor, dessen Einzelzähne ein Bezug auf die axiale Länge des Ritzels gekürzte Zahnbreiten aufweisen. Bei einer herkömmlichen Gerad- oder Schrägverzahnung für die miteinander kämmende Zahnradkombination Starterritzel und Zahnkranz, wird die
Verzahnung derart ausgelegt, dass sich zwischen dem Starterritzel und dem Zahnkranz ein Verdrehflankenspiel von mindestens 0,3 mm einstellt. Das Flankenspiel ist erforderlich, um den Einspurvorgang zu ermöglichen. Bei dem Verdrehflankenspiel handelt es sich um das Spiel, das zwischen dem
eingespurten Starterritzel und dem Zahnkranz der Verbrennungskraftmaschine gemessen wird. Ein Verdrehflankenspiel in der Größenordnung von mindestens 0,3 mm ist jedoch für die Laufruhe der miteinander kämmenden Verzahnungen des Starterritzels und des Zahnkranzes nachteilig, da die Geräuschentwicklung einer Verzahnung vom Flankenspiel der miteinander kämmenden Verzahnungen abhängt. Dies führt zu einem technischen Konflikt, so dass es erforderlich ist, das Geräuschverhalten einer Verzahnung zu optimieren.
Offenbarung der Erfindung
Der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung folgend wird vorgeschlagen, eine asymmetrische Verzahnung auszubilden, so dass das Geräuschniveau miteinander kämmender Verzahnungen verbessert werden kann, ohne ein sicheres Einspuren vom Starterritzel in die Verzahnung des Zahnkranzes zu gefährden oder gar zu beeinträchtigen. Die asymmetrische Verzahnung ist dabei derart gestaltet, dass die Zahndicke entweder des Starterritzels oder des
Zahnkranzes über einen Bereich der Zahnbreite im vorderen Bereich des Zahnrades - dies bedingt die Asymmetrie - reduziert wird. Innerhalb dieses vorderen Bereichs der Verzahnung des Zahnrades oder der Zahnräder liegenden Abschnittes der Verzahnung beträgt das Verdrehflankenspiel beispielsweise
0,3 mm. Demzufolge ermöglicht die Ausgestaltung der Verzahnung als asymmetrische Verzahnung, dass die Verzahnung über die verbleibende
Zahnbreite, bei der die Zahndicke nicht reduziert ist, mit einem deutlich geringeren Flankenspiel, welches signifikant unter dem Verdrehflankenspiel von 0,3 mm liegt, ausgelegt werden kann. Durch die Ausbildung der asymmetrischen
Verzahnung im Flankenbereich des Zahnrades der Verzahnung, sei es der Außenverzahnung des Starterritzels, sei der Außenverzahnung des Zahnkranzes in Kombination mit dem deutlich geringeren Flankenspiel auf dem verbleibenden Bereich der Zahnbreite, wird einerseits das Einspuren des Starterritzels in die Verzahnung des Zahnkranzes abgesichert und andererseits das Geräuschniveau der Verzahnung spürbar reduziert.
Alternativ kann bei der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung der gleiche Effekt dadurch erzielt werden, dass eine Verbreiterung des Zahns im hinteren Bereich der Verzahnung vorgenommen wird. Dies hat den Vorteil, dass der Zahn hinsichtlich seiner Dicke nicht geschwächt wird.
In beiden Fällen ist auf einen gleichmäßigen Übergang zwischen den Bereichen, in denen unterschiedliche Zahnbreiten vorliegen, zu achten. Im Extremfall kann sich der Übergangsbereich über die komplette Breite der Verzahnung erstrecken.
Die Änderung der Zahndicke erfolgt in jedem Falle an der getriebenen Flanke des Ritzels, so dass die treibende Flanke eines jeweiligen Einzelzahns die Last über die gesamte Breite der Verzahnung verteilen kann.
Bei der Auslegung der erfindungsgemäß vorgeschlagenen asymmetrischen Verzahnung ist zu beachten, dass die Sicherheit hinsichtlich der
Flankenpressung und der auftretenden Zahnfußspannungen im Fußkreis der einzelnen Zähnen sowohl im Bereich der reduzierten Zahndicke, d.h. im vorderen Bereich der Verzahnung, als auch in dem Bereich, der in normaler Zahndicke ausgeführt ist, eingehalten und nicht überschritten wird. Die Auslegung der erfindungsgemäß vorgeschlagenen asymmetrischen Verzahnung hat derart zu erfolgen, dass einerseits die Reduzierung des Verdrehflankenspiels angestrebt wird und zugleich die Absicherung des Einspuren des Starterritzels in die
Verzahnung des Zahnkranzes bei einem Verdrehflankenspiel von mindestens 0,3 mm eingehalten wird.
Um diesen beiden Randbedingungen Rechnung zu tragen, ist die
Verzahnungsgeometrie dahingehend zu optimieren, dass die Sicherheit in Bezug auf die auftretenden Spannungen im Zahnfuß und an der Zahnflanke
gewährleistet bleibt und das Verdrehflankenspiel, ausgehend von den
Toleranzen der Lagerungen der Zahnräder minimiert wird. Ausgehend von der optimierten Verzahnungsgeometrie wird eine Verzahnungsgeometrie abgeleitet, die eine reduzierte Zahnbreite im vorderen Bereich, d.h. im Einspurbereich von Zahnkranz und Starterritzel aufweist, mit einem geforderten Verdrehflankenspiel von 0,3 mm oder mehr. Dabei ist der gleiche Zahnfußradius zu verwenden, wie bei der optimierten Verzahnungsgeometrie. Die Reduzierung der Zahnbreite kann durch das Einstellen eines anderen Profilverschiebungsfaktors am
Starterritzel beispielsweise vorgenommen werden, der Kopfkreisdurchmesser der Verzahnung am Starterritzel ist hingegen nicht zu ändern. Unter der Voraussetzung, dass die im Zahnfuß auftretenden Spannungen der
Verzahnungsgeometrie mindestens gleich einer Referenzverzahnung ist, dann wird die optimierte Verzahnungsgeometrie zugelassen. Ist dies nicht der Fall, ist bei der optimierten Verzahnungsgeometrie eine Modulerhöhung vorzunehmen und die sich an diese anschließenden Auslegungsschritte nochmals zu wiederholen. In einer weiteren vorteilhaften Ausprägung des der Erfindung zugrunde liegenden Gedankens, kann ein vorderer Teil eines Ritzelzahns mit einem zurückgesetzten Absatz versehen werden. Entlang der Länge dieses zurückgesetzten Absatzes ist der Zahn demnach deutlich dünner, weist jedoch nach wie vor auf der getriebenen Flanke eine Abiauffläche auf. Diese geometrische
Ausführungsvariante erleichtert den Einspurvorgang für den Fall, dass die Umfangsgeschwindigkeit des motorseitigen Zahnkranzes größer ist als die des starterseitigen Ritzels. Dies ist beispielsweise beim Einspuren in einen auslaufenden Verbrennungsmotor von Vorteil.
Die erfindungsgemäß vorgeschlagenen Ausgestaltungen einer asymmetrischen Verzahnung können sowohl am starterseitigen Ritzel als auch am motorseitigen Zahnkranz ausgebildet sein. Es ist auch denkbar, einzelne Merkmale der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung, so zum Beispiel eine
Einspurschräge, der Absatz am Zahn sowie eine über die Zahnlänge
veränderliche Zahnbreite auf die miteinander kämmenden Zahnpartner, d.h. auf das Ritzel wie auch auf die Zahnkranzverzahnung aufzuteilen, so dass einzelne Charakteristika der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung am Ritzel und andere am Zahnkranz realisiert werden können oder in Weiterbildung der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung einzelne Merkmale an beiden miteinander kämmenden Zahnpartnern, d.h. am Ritzel und am Zahnkranz zu finden sind.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend eingehender
beschrieben.
Figur 1 zeigt eine Startvorrichtung in einem Längsschnitt,
Figur 2 einen Zahn mit einer erfindungsgemäß vorgeschlagenen
asymmetrischen Verzahnung im vorderen Bereich mit reduzierter Zahnbreite,
Figur 3 zeigt eine Konfiguration eines Einzelzahns, Figur 3.1 die Ausprägung einer Zahnverbreiterung im rückwärtigen Teil des Einzelzahnes,
Figur 3.2 eine beidseitig erfolgte Zahnrücknahme an einem Einzelzahn und
Figur 3.3 eine verstärkt ausgebildete Zahnrücknahme unter Ausprägung eines
Absatzes im vorderen Bereich des Einzelzahns.
Ausführungsvarianten
Figur 1 zeigt eine Startvorrichtung 10 in einem Längsschnitt.
Die Startvorrichtung 10 weist beispielsweise einen Startermotor 13 und einen Vorspuraktor 16, so zum Beispiel ein Relais oder ein Starterrelais auf. Der Startermotor 13 und der elektrische Vorspuraktor 16 sind an einem
gemeinsamen Antriebslagerschild 19 befestigt. Der Startermotor 13 dient funktionell dazu, ein Andrehritzel 22 anzutreiben, wenn es in den Zahnkranz 25 der in Figur 1 nicht dargestellten Brennkraftmaschine eingespurt ist.
Der Startermotor 13 weist als Gehäuse ein Polrohr 28 auf, das an seinem Innenumfang Polschuhe 31 trägt, die jeweils von einer Erregerwicklung 34 umwickelt sind. Die Polschuhe 31 umgeben wiederum einen Anker 37, der ein aus Lamellen 40 aufgebautes Ankerpaket 43 und eine in Nuten 46 angeordnete Ankerwicklung 49 aufweist. Das Ankerpaket 43 ist auf eine Antriebswelle 44 aufgepresst. An dem dem Andrehritzel 22 abgewandten Ende der
Antriebswelle 13 ist des Weiteren ein Kommutator 52 angebracht, der unter anderem aus einzelnen Kommutatorlamellen 55 aufgebaut ist. Die einzelnen Kommutatorlamellen 55 sind in bekannter Weise mit der Ankerwicklung 49 derartig elektrisch verbunden, dass sich bei der Bestromung der
Kommutatorlamellen 55 durch Kohlebürsten 58 eine Drehbewegung des Ankers 37 im Polrohr 28 einstellt. Eine zwischen dem elektrischen Antrieb 16 und dem Startermotor 13 angeordnete Stromzufuhr 61 versorgt im Einschaltzustand sowohl die Kohlebürsten 58 als auch die Erregerwicklung 34 mit Strom. Die Antriebswelle 13 ist kommutatorseitig mit einem Wellenzapfen 64 in einem Gleitlager 67 abgestützt, welches wiederum in einem Kommutatorlagerdeckel 70 ortsfest gehalten ist. Der Kommutatorlagerdeckel 70 wiederum wird mittels Zuganker 73, die über den Umfang des Polrohrs 28 verteilt angeordnet sind (Schrauben, beispielsweise zwei, drei oder vier Stück) im Antriebslagerschild 19 befestigt. Es stützt sich dabei das Polrohr 28 am Antriebslagerschild 19 ab und der Kommutatorlagerdeckel 70 am Polrohr 28.
In Antriebsrichtung gesehen, schließt sich an den Anker 37 ein Sonnenrad 80 an, das Teil eines Umlaufgetriebes wie zum Beispiel eines Planetengetriebes 83 ist. Das Sonnenrad 80 ist von mehreren Planetenrädern 86 umgeben, üblicherweise drei Planetenräder 86, die mittels Wälzlagern 89 auf Achszapfen 92 abgestützt sind. Die Planetenräder 86 wälzen in einem Hohlrad 95 ab, das im Polrohr 28 außenseitig gelagert ist. In Richtung zur Abtriebsseite hin schließt sich an die Planetenräder 86 ein Planetenträger 98 an, in dem die Achszapfen 92
aufgenommen sind. Der Planetenträger 98 wird wiederum in einem
Zwischenlager 101 und einem daran angeordneten Gleitlager 104 gelagert. Das Zwischenlager 101 ist derartig topfförmig ausgestaltet, das in diesem sowohl der
Planetenträger 98 als auch die Planetenräder 86 aufgenommen sind. Des Weiteren ist im topfförmigen Zwischenlager 101 das Hohlrad 95 angeordnet, das letztlich durch einen Deckel 107 gegenüber dem Anker 37 geschlossen ist. Auch das Zwischenlager 101 stützt sich mit seinem Außenumfang an der Innenseite des Polrohrs 28 ab. Der Anker 37 weist auf dem vom Kommutator 52
abgewandten Ende der Antriebswelle 13 einen weiteren Wellenzapfen 1 10 auf, der ebenfalls in einem Gleitlager 113 aufgenommen ist. Das Gleitlager 1 13 wiederum ist in einer zentralen Bohrung des Planetenträgers 98 aufgenommen. Der Planetenträger 98 ist einstückig mit der Abtriebswelle 116 verbunden. Die Abtriebswelle 116 ist mit ihrem vom Zwischenlager 101 abgewandten Ende 1 19 in einem weiteren Lager 122, welches im Antriebslagerschild 19 befestigt ist, abgestützt.
Die Abtriebswelle 1 16 ist in verschiedene Abschnitte aufgeteilt: So folgt auf dem Abschnitt, der im Gleitlager 104 des Zwischenlagers 101 angeordnet ist, ein
Abschnitt mit einer Geradverzahnung 125 (Innenverzahnung), die Teil einer Wellen-Nabe-Verbindung ist. Die Wellen-Nabe-Verbindung 128 ermöglicht das axial geradlinige Gleiten eines Mitnehmers 131. Der Mitnehmer 131 ist ein hülsenartiger Fortsatz, der einstückig mit einem topfförmigen Außenring 132 des Freilaufs 137 verbunden ist. Der Freilauf 137 (Richtgesperre) umfasst des
Weiteren den Innenring 140, der radial innerhalb des Außenringes 132 angeordnet ist. Zwischen dem Innenring 140 und dem Außenring 132 sind Klemmkörper 138 angeordnet. Die Klemmkörper 138 verhindern in
Zusammenwirkung mit dem Innen- und dem Außenring eine Relativdrehung zwischen dem Außenring und dem Innenring in einer zweiten Richtung. Mit anderen Worten: Der Freilauf 137 ermöglicht eine umlaufende Relativbewegung zwischen dem Innenring 140 und dem Außenring 132 nur in eine Richtung. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Innenring 140 einstückig mit dem
Andrehritzel 22 und dessen Schrägverzahnung 143, die als
Außenschrägverzahnung ausgeführt ist, ausgeführt. Das Andrehritzel 22 kann alternativ auch als geradverzahntes Ritzel ausgeführt sein. Statt
elektromagnetisch erregter Polschuhe 31 mit Erregerwicklung 34, könnten auch permanentmagnetisch erregte Pole eingesetzt werden.
Der elektrische Vorspuraktor 16 bzw. der Anker 168 haben darüber hinaus auch die Aufgabe, mit einem Zugelement 187 einen im Antriebslagerschild 19 drehbeweglich angeordneten Hebel zu bewegen. Der Hebel 190, üblicherweise als Gabelhebel ausgeführt, umgreift mit zwei hier nicht dargestellten„Zinken" zwei Scheiben 193 und 194 an ihrem Außenumfang, um einen zwischen diesen eingeklemmten Mitnehmerring 197 zum Freilauf 137 hin gegen den Wderstand der Feder 200 zu bewegen und dadurch das Andrehritzel 22 in den Zahnkranz 25 einzuspuren.
Nachfolgend wird auf den Einspurmechanismus näher eingegangen. Der elektrische Vorspuraktor 16 weist einen Bolzen 150 auf, der einen elektrischen Kontakt darstellt und im Falle des Eingebautseins im Fahrzeug an den Pluspol einer elektrischen Starterbatterie, die in der Darstellung gemäß Figur 1 nicht dargestellt ist, angeschlossen ist. Der Bolzen 150 ist durch einen Deckel 153 des Vorspuraktors 16 hindurchgeführt. Ein zweiter Bolzen 152 ist ein Anschluss für den elektrischen Startermotor 13, der über die Stromzufuhr 61 (dicke Litze) versorgt wird. Dieser Deckel 153 schließt ein Gehäuse 156 aus Stahl ab, welches mittels mehrerer Befestigungselemente 159 (so zum Beispiel
Schrauben) am Antriebslagerschild 19 befestigt ist. In dem elektrischen
Vorspuraktor 16 befindet sich eine Schubeinrichtung 160 zur Ausübung einer Zugkraft auf den Gabelhebel 190 sowie eine Schalteinrichtung 161. Die
Schubeinrichtung 160 umfasst eine Wcklung 162, die Schalteinrichtung 161 eine Wicklung 165. Die Wcklung 162 der Schubeinrichtung 160 und die Wicklung 165 der Schalteinrichtung 161 bewirken jeweils im eingeschalteten Zustand ein elektromagnetisches Feld, welches verschiedene Bauteile durchströmt. Die Wellen-Nabe-Verbindung 128 kann statt mit einer Geradverzahnung 125 auch mit einer Steilgewindeverzahnung ausgestattet sein. Es sind dabei
Kombinationen möglich, wonach a) das Andrehritzel 22 schräg verzahnt ist und die Wellen-Nabe-Verbindung 128 eine Geradverzahnung 125 aufweist, oder b) das Andrehritzel 22 ist schräg verzahnt ausgebildet und die Wellen-Nabe- Verbindung 128 mit einer Steilgewindeverzahnung versehen oder c) das
Andrehritzel 22 ist geradverzahnt und die Wellen-Nabe-Verbindung 128 ist mit einer Steilgewindeverzahnung versehen.
Figur 2 zeigt anhand eines Verzahnungszahns die erfindungsgemäß
vorgeschlagene asymmetrische Verzahnung mit teilweise reduzierter Zahnbreite im vorderen Bereich der Verzahnung.
Der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung folgend, wird nachfolgend eine asymmetrische Verzahnung 214 anhand eines Einzelzahnes 202 beschrieben. Bei dem Einzelzahn 202 kann es sich um einen Zahn einer Verzahnung handeln, die als Geradverzahnung oder als Schrägverzahnung ausgebildet sein kann. Der in Figur 2 dargestellte Einzelzahn 202 einer asymmetrischen Verzahnung 214 kann entweder an der Außenverzahnung eines Andrehritzels 22 gemäß der Darstellung in Figur 1 ausgebildet sein oder aber an einem Außenumfang eines Zahnkranzes 25, zum Andrehen einer Verbrennungskraftmaschine. Bei dem in Figur 2 dargestellten Einzelzahn 202 ist eine Zahnflanke 204 in einer
Zahnbreite 206 ausgebildet. Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass an der
Zahnflanke 204, gemäß der Darstellung in Figur 2 innerhalb eines
Förderbereiches 228, der sich ausgehend von einer Stirnseite 230 des
Einzelzahnes 202 erstreckt, entlang einer reduzierten Zahnbreite 208 eine reduzierte Zahndicke 212 erzeugt wird. Die reduzierte Zahndicke 212 erstreckt sich ausgehend von der Stirnseite 230 des Einzelzahnes 202 entlang der reduzierten Zahnbreite 208 bis hin zu einem Übergangsflankenbereich 226. Innerhalb dieses Übergangsflankenbereich 226 an der Zahnflanke 204 geht die reduzierte Zahndicke 212 allmählich in eine ursprüngliche Zahndicke 210 über. Dies bedeutet, dass an der Zahnflanke 204 die asymmetrische Verzahnung 214 ausgebildet wird. Durch die asymmetrische Verzahnung 214 kann das beim Kämmen der
Einzelzähne 202 von Andrehritzel 22 und Zahnkranz 25 der
Verbrennungskraftmaschine derart verbessert werden, ohne dass die
Absicherung eines sicheren Einspurens des Andrehritzels 22 in die
Außenverzahnung des Zahnkranzes 25 gefährdet wäre. Die erfindungsgemäß vorgeschlagene asymmetrische Verzahnung 214 ist derart gestaltet, dass die Zahndicke 210 innerhalb des Flankenbereiches 228 des Einzelzahnes 202 - ausgehend von der Stirnseite 230 des Andrehritzels 22 oder des Zahnkranzes 25 - gesehen, über die reduzierte Zahnbreite 208 nur einseitig an der Zahnflanke 204 des Einzelzahnes 202 ausgeführt wird, so dass innerhalb dieses
Flankenbereiches 228 eine Zahnflanke 204 des Einzelzahnes 202 eine reduzierte Zahndicke 212 vorliegt. Entlang dieses Flankenbereiches 228, charakterisiert durch die reduzierte Zahndicke 212 und durch die reduzierte Zahnbreite 208, trägt ein angestrebtes Verdrehflankenspiel, beispielsweise 0,3 mm. Dies bewirkt, dass die Verzahnung über den verbleibenden Teil
Zahnbreite 206 - abzüglich der reduzierten Zahnbreite 208 - mit einem deutlich geringeren Verdrehflankenspiel, das unter 0,3 mm liegt, ausgelegt wird. Durch die Kombination beider Maßnahmen, d.h. der Ausbildung der asymmetrischen Verzahnung 214 im Flankenbereich 228 des Einzelzahnes 208, bezogen auf die Stirnseite 230 und der Verringerung des Flankenspieles entlang der
Zahnbreite 206 abzüglich der reduzierten Zahnbreite 208, wird einerseits ein sicheres Einspuren des Andrehritzels 22 in den Zahnkranz 25 gesichert zum anderen Geräuschniveau der Verzahnung spürbar reduziert. Der Vollständigkeit halber sei erwähnt, dass am Einzelzahn 202 der
asymmetrischen Verzahnung 214 ein Kopfkreis 216 des Einzelzahnes 202 mit Bezugszeichen 216 ein Teilkreis des Einzelzahnes mit dem Bezugszeichen 218 und der Fußkreis mit Bezugszeichen 220 identifiziert ist. Kritisch ist ein Bereich innerhalb eines Zahnfußes 222 des Einzelzahnes, dessen mechanische
Belastung beim Kämmen der Einzelzähne 202 der asymmetrisch ausgelegten
Verzahnung 214 nicht überschritten werden darf. Mit Bezugszeichen 226 ist der Übergangsflankenbereich bezeichnet, innerhalb dessen die reduzierte
Zahndicke 212 in die ursprüngliche Zahndicke 210 übergeht.
Bei der Auslegung der beschriebenen asymmetrischen Verzahnung 214 ist zu berücksichtigen, dass die Sicherheit zur Flankenpressung und zur auftretenden Spannung im Bereich des Zahnfußes 220 sowohl auf dem Bereich mit reduzierter Zahndicke 212 eingehalten wird als auch auf dem Bereich, der in der nicht reduzierten, d.h. der ursprünglichen Zahndicke 210 ausgebildet ist. Zur Auslegung der erfindungsgemäß vorgeschlagenen asymmetrischen
Verzahnung 214 wird daher folgende Verfahrensweise angegeben:
Bei der Auslegung einer geräuschoptimierten, zum Beispiel als
Geradverzahnung ausgebildeten asymmetrischen Verzahnung 214, wird die Reduzierung des Verdrehflankenspieles der Zahnflanken 204 der
Einzelzähne 202 angestrebt. Gleichzeitig damit, soll zur Absicherung des sicheren Einspurens des Andrehritzels 22 in die Verzahnung des
Zahnkranzes 25 zumindest ein Verdrehflankenspiel von 0,3 mm eingehalten werden. Um diese gegenläufigen Effekte zu beherrschen, wird bei der Auslegung der Verzahnung folgendes Vorgehen vorgeschlagen:
Als erster Schritt erfolgt die Auslegung einer optimierten Verzahnungsgeometrie zum Einhalten einer Fußspannungssicherheit am Zahnfuß 222 und entsprechend einer Fußrundung 224 und einer Einhaltung maximalen Flankenspannungen, die an den Zahnflanken 204 der Einzelzähne 202 auftreten können. Bei der im ersten Schritt auszulegenden optimierten Verzahnungsgeometrie soll das
Verdrehflankenspiel entsprechend der Lagertoleranzen minimiert werden.
In einem weiteren zweiten Auslegungsschritt wird aus der im ersten Schritt abgeleiteten optimierten Verzahnungsgeometrie eine Verzahnungsgeometrie mit reduzierter Zahnbreite 208 und Erreichen des geforderten Verdrehflankenspiels von zumindest 0,3 mm abgeleitet. Dabei ist der gleiche Radius am Zahnfuß 222 zu verwenden, wie bei der gemäß des ersten Verfahrenschrittes erhaltenen optimierten Verzahnungsgeometrie. Auf die reduzierte Zahnbreite 208, ausgehend von der ursprünglichen Zahnbreite 206, kann durch das Einstellen eines kleineren Profilverschiebungsfaktors zum Beispiel bei der Fertigung des
Andrehritzels 22 vorgenommen werden. Ein Querdurchmesser des
Kopfkreises 216 des Einzelzahnes 202 der asymmetrischen Verzahnung 214 ist dabei nicht zu ändern. Stellt sich bei einem dritten, einer Bewertung dienenden Verfahrensschritt heraus, dass die Sicherheit am Zahnfuß 222 der Verzahnungsgeometrie mindestens gleich der der Referenzverzahnung ist, dann wird die im ersten
Verfahrensschritt ermittelte optimierte Verzahnungsgeometrie zugelassen.
Ist bei dem dritten, eine Bewertung durchführenden Verfahrensschritt 5 gewährleistet, dass die Sicherheit im Zahnfuß 222 die Verzahnungsgeometrie gemäß des vorliegenden Auslegungsschrittes mindestens gleich der der Referenzverzahnung ist, dann kann die im ersten Verfahrensschritt ermittelte optimierte Verzahnungsgeometrie zugelassen werden. Ist dies hingegen zu vermeiden, sollte bei dem ersten Verfahrensschritt ermittelten und ausgelegten l o optimierten Verzahnung eine Modulerhöhung der Auslegung der Verzahnung vorgenommen werden und die sich daran anschließenden beiden
Verfahrensschritte, d.h. der zweite und der dritte Verfahrensschritte nochmals wiederholt werden.
In den Darstellungen gemäß der Figuren 3, 3.1 , 3.2 und 3.3 sind verschiedene Ausprägungen von Einzelzahngeometrien dargestellt. Der Darstellung gemäß Figur 3 ist eine Ausprägung gemäß des Standes der Technik zu entnehmen, der gemäß ein Einzelzahn 202, den Fußkreis 220 aufweisend einen Zahnfuß 222 umfasst. Mit Bezugszeichen 204 ist die treibende Flanke des Einzelzahns 202
20 bezeichnet. Die Zahndicke mit Bezugszeichen 210 identifiziert. Eine Stirnseite des in Figur 3 in perspektivischer Draufsicht dargestellten Einzelzahnes 202 ist durch Bezugszeichen 230 identifiziert. Der Darstellung gemäß Figur 3.1 ist zu entnehmen, dass der dort dargestellte Einzelzahn 202 eine verbreiterte Zahndicke 240 aufweist, welche die Zahndicke 210 des Einzelzahnes 202
25 übersteigt. Die„normale" Zahndicke ist in der Ausführungsvariante gemäß Figur
3.1 durch Bezugszeichen 210 identifiziert. Die in Figur 3.1 dargestellte Ausführungsvariante weist des Weiteren einen Absatz 238 am Einzelzahn 202 auf, die in dieser Ausführungsvariante auf der der treibenden Zahnflanke 204 abgewandten Flanke des Einzelzahns 202 ausgeführt ist. Position 230 bezeichnet auch in dieser Ausführungsvariante eines Einzelzahnes 202 die Stirnseite des Andrehritzels 22 oder auch die Stirnseite eines Zahnkranzes 25, dessen Verzahnung durch Einzelzähne 202, die gemäß der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung eine asymmetrische Verzahnung aufweisen, umfasst.
35 Der Darstellung gemäß Figur 3.2 ist eine weitere Ausführungsmöglichkeit der asymmetrischen Verzahnung zu entnehmen, bei der im oberen Bereich des Einzelzahnes, bevorzugt in dem Bereich zwischen dem Kopfkreis 216 und dem Teilkreis 218 eine beidseitige Zahnrücknahme 232 erfolgt ist. Durch die beidseitige Zahnrücknahme 232 bedingt, nimmt die Zahnbreite 210, vergleiche Darstellungen gemäß der Figuren 3 und 3.1 im Bereich des Kopfkreises 216 des Einzelzahnes 202 gemäß der Ausführungsvariante in Figur 3.2 nochmals ab.
Auch bei dieser Ausführungsvariante ist im Bereich der Stirnseite 230 der Absatz 238 ausgebildet, dessen Abschluss durch den Zahnfuß 222 gegeben ist. Die Zahnbreite im Bereich des Kopfkreises 216 gemäß der Ausführungsvariante 3.2 liegt unterhalb der Zahndicke 210 und bei beidseitig ausgebildeter
Zahnrücknahme 232 nochmals unterhalb der ohnehin bereits ersten reduzierten
Zahndicke 212.
Figur 3.3 schließlich zeigt eine weitere Ausführungsmöglichkeit der
erfindungsgemäß vorgeschlagenen asymmetrischen Verzahnung. Wie aus der perspektivischen Darstellung gemäß Figur 3.3 hervorgeht, ist bei dieser
Ausführungsmöglichkeit eine starke Zahnrücknahme 234, insbesondere eine einseitige Zahnrücknahme 234 an der der treibenden Flanke 204
gegenüberliegenden, nachlaufenden Zahnflanke des Einzelzahns 202 ausgeführt. Diese Zahnrücknahme 234 ist in der Darstellung gemäß Figur 3.3 durch die gestrichelte Darstellung angedeutet. Position 236 bezeichnet eine gegenüber der ersten reduzierten Zahndicke 212 nochmals reduzierte zweite Zahndicke 236. Im vorderen Bereich, d.h. im Bereich der Stirnseite 230 des Einzelzahnes 202 gemäß der Darstellung in Figur 3.3 ist analog zu den vorstehend dargestellten Ausführungsvarianten gemäß der Figuren 3.1 und 3.2 der Absatz 238 auf der nachlaufenden Zahnflanke, der treibenden Zahnflanke 204 gegenüberliegend ausgeführt.
Der zurückgesetzt ausgebildete Absatz 238 gemäß der Darstellungen in den Figuren 3.1 , 3.2 und 3.3 erleichtert den Einspurvorgang insbesondere für den Fall, dass die Umfangsgeschwindigkeit des motorseitigen Zahnkranzes 25 größer ist als die des starterseitigen Andrehritzels 22. Dies kann insbesondere Vorteile beim Einspuren eines Andrehritzels 22 in die auslaufende
Verbrennungskraftmaschine mit sich bringen.

Claims

Ansprüche
1. Verzahnung zwischen einem Andrehritzel (22) und einem Zahnkranz (25) einer Verbrennungskraftmaschine, wobei die Verzahnung miteinander kämmende Einzelzähne (202) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass Zahndicken (210, 212) der Einzelzähne (202) asymmetrisch, ein- oder beidseitig reduziert oder verbreitert ausgeführt sind.
2. Verzahnung gemäß des vorhergehenden Anspruches, dadurch
gekennzeichnet, dass eine Zahndicke (210) in einem Flankenbereich (228) an einer Stirnseite (230) des Andrehritzels (22) oder des Zahnkranzes (25) in reduzierten Zahndicken (212, 236) oder in einer verbreiterten Zahndicke (240) ausgeführt ist.
3. Verzahnung gemäß dem vorhergehenden Anspruch, dadurch
gekennzeichnet, dass die reduzierten Zahndicken (212, 236) entlang einer reduzierten Zahnbreite (208) ausgehend von der Stirnseite (230) des Einzelzahns (202) ausgeführt sind.
4. Verzahnung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass ein Verdrehflankenspiel im Flankenbereich (228) der in der reduzierten Zahndicke (212, 236) entlang der reduzierten Zahnbreite (208) ausgeführt ist, größer als 0,3 mm ist.
5. Verzahnung gemäß des vorhergehenden Anspruches, dadurch
gekennzeichnet, dass das Verdrehflankenspiel außerhalb des
Flankenbereiches (228) minimiert ist, insbesondere < 0,3 mm beträgt.
6. Verzahnung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Zahnflanke (204), an der die reduzierte
Zahndicke (212) entlang der reduzierten Zahnbreite (208) ausgeführt ist, einen Übergangsflankenbereich (226) umfasst, innerhalb dessen die reduzierten Zahndicken (212, 236) gleichmäßig stetig in die Zahndicke (210) übergehen. Verzahnung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an den Einzelzähnen (202) eine einseitige
Zahnrücknahme (234) oder eine beidseitige Zahnrücknahme (236) ausgeführt ist.
Verzahnung gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Übergangsflankenbereich (226) über die gesamte Zahnflanke (204), insbesondere der nachlaufenden Zahnflanke (204) des Einzelzahns erstreckt.
Verzahnung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Einzelzahn (202) an der Stirnseite (230) einen zurückgesetzten Absatz (238) aufweist, der in die Zahnflanke (204) übergeht.
Verfahren zur Auslegung einer Verzahnung, insbesondere einer
asymmetrischen Verzahnung (214) gemäß der vorhergehenden Ansprüche mit nachfolgenden Verfahrensschritten: a) Auslegung einer Verzahnung zur Einhaltung zumindest von Zahnfuß und Flankensicherheit mit einem Verdrehflankenspiel < 0,3 mm, b) Auslegung einer Verzahnungsgeometrie mit reduzierter Zahnbreite (208) zum Erreichen des Verdrehflankenspiels von 0,3 mm unter Beibehaltung des Radius des Zahnfußes (222) gemäß Verfahrensschritt a) und c) bei Erreichen einer Sicherheit im Zahnfuß (222), die einer Sicherheit des Zahnfußes (222) einer Verzahnung gemäß Verfahrensschritt a) entspricht wird die Verzahnung gemäß Verfahrensschritt a) gelassen.
Verfahren gemäß dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass gemäß Verfahrensschritt b) die Reduzierung der Zahnbreite (206) durch Wahl eines kleineren Profilverschiebungsfaktors am Andrehritzel (22) oder am Zahnkranz (25) vorgenommen wird, und der Durchmesser des Kopfkreises (216) der Verzahnung unverändert bleibt.
12. Verfahren gemäß einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei Nichterreichen der Sicherheit im Zahnfuß (222) gemäß Verfahrensschritt c) und gemäß Verfahrensschritt (a) eine Modulerhöhung vorgenommen wird und die Verfahrensschritte b) und c) erneut durchlaufen werden.
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