1. No category

NO/EP2580493
(12) Oversettelse av
(11) NO/EP 2580493 B1
europeisk patentskrift
(19)
NORGE
NO
(51) Int Cl.
F16H 55/08 (2006.01)
B23F 9/00 (2006.01)
F16H 1/00 (2006.01)
Patentstyret
(21)
Oversettelse publisert
2015.04.20
(80)
Dato for Den Europeiske
Patentmyndighets
publisering av det meddelte
patentet
2014.12.17
(86)
Europeisk søknadsnr
11733563.8
(86)
Europeisk innleveringsdag
2011.05.27
(87)
Den europeiske søknadens
Publiseringsdato
2013.04.17
(30)
Prioritet
2010.05.27, DE, 102010021771
(84)
Utpekte stater
AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB
GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO
PL PT RO RS SE SI SK SM TR
(73)
Innehaver
Schottel GmbH, Mainzer Strasse 99, 56322 Spay/Rhein, DE-Tyskland
Technische Universität Dresden Fakultät Maschinenwesen Institut für
Maschinenelemente und Maschinenkonstruktion, Münchner Platz 3, 01062
Dresden, DE-Tyskland
(72)
Oppfinner
POTTS, Michael, Lübsche Strasse 6, 23966 Wismar, DE-Tyskland
SCHLECHT, Berthold, Grüner Weg 7, 23942 Tankenhagen, DE-Tyskland
SENF, Michael, Bergstraße 12, 01454 Radeberg, DE-Tyskland
SCHAEFER, Steffen, Hempelstraße 1, 01069 Dresden, DE-Tyskland
HUTSCHENREITER, Birgit, Robinienstraße 77, 01458 Ottendorf-Okrilla, DETyskland
(74)
Fullmektig
Bryn Aarflot AS, Postboks 449 Sentrum, 0104 OSLO, Norge
(54)
Benevnelse
(56)
Anførte
publikasjoner
Belastningsoptimaliserte konisk tannhjul tenner
WO-A-2004/102036
DE-A- 2 320 340
US-A- 2 311 006
US-A- 6 050 883
NO/EP2580493
1
Belastningsoptimaliserte koniske tannhjultenner
Oppfinnelsen angår et tannhjul i en transmisjon med koniske tannhjul, hvis
tenner hver omfatter en belastningsflanke og en bakre flanke, og en fremstillingsmetode
5
for dette. Dokumentet DE 2320340 A innenfor samme fagområde viser et tannhjul ifølge
innledningen til krav 1.
Vanligvis foregår utformingen av tanngeometrien for koniske tannhjul
symmetrisk i forhold til en gjennom tannhjulets midtpunkt og i radial retning gjennom
tannen forløpende symmetriakse. Dette er begrunnet i at tannhjul vanligvis konstrueres
10
og fremstilles likt for begge dreieretninger (forover og bakover).
Avhengig av dreieretningen har en enkelt tann ved overføring av dreiemomentet
en belastningsflanke som står i inngrep og overfører dreiemomentet til den motstående
tannens belastningsflanke, og en bakre flanke. En tanns bakre flanke kommer ved
omdreiningen av tannhjulet delvis eller over hodet ikke i kontakt med den etterfølgende
15
motstående tannen i det tannhjulet som ligger an mot tannhjulet i inngrep, dersom det
ikke foreligger noen endring av dreieretningen.
I praksis er det ved tannhjulstransmisjoner ikke nødvendig å endre
dreieretningen. Allikevel blir de enkelte tennenes flanker i et tannhjul fremstilt identiske
og i stor grad bearbeidet.
20
For å øke et tannhjuls maksimalt mulige kraftoverføring foreligger det flere
alternativer. På den ene side kan overflaten varmebehandles for å unngå skader på
tannflankene. Skader på tannflankene oppstår eksempelvis ved utillatelig høye trykk.
Derfor foredles blant annet i tilslutning til fremstillingen tannens overflategeometri, det vil
si ved overflatebehandling eller herding. På den annen side optimeres ifølge andre
25
alternativ tannformen hvis basisprofil er normert gjennom DIN 867.
Det er oppfinnelsens oppgave å optimalisere et konisk tannhjul av den
innledningsvis nevnte type slik at bæreevnen forbedres og at det kan overføres et større
dreiemoment til det koniske tannhjulet.
Disse oppgaver løses ifølge oppfinnelsen med trekkene i krav 1.
30
Tannhodets tversgående linje dannes med snittet gjennom snittplanet i rett
vinkel til tannhjulets rotasjonsakse og tannhjulets radialt fjernest liggende tannflate
(tannhodeflate).
Erfaringsmessig har tennene en materialtilleggsmengde på belastningsflanken
for forsterkning av belastningsflanken. Med materialtilleggsmengde forstås her
NO/EP2580493
2
foreliggende tannmateriale som ved symmetribetraktning av tannen med hjelp av en
radial tannakse kun foreligger på en side av symmetriaksen. Den radiale tannaksen
forløper for det første gjennom punktet som ligger på tannhodets tversgående linje og
som deler tannhodets tversgående linje i to like store deler og forløper for det andre
5
gjennom tannhjulets midtpunkt.
Denne materialtilleggsmengde er anordnet i belastningsflankens nedre
henholdsvis indre område, især innenfor den nedre totredjedel eller den nedre
trefjerdedel av belastningsflanken.
Det er spesielt fordelaktig når tangenten til et hvilket som helst punkt på
10
belastningsflanken, især på delesirkelen og rullesirkelen, er flatere enn den tilsvarende
tangenten til bakflanken. Tangenten på belastningssiden omslutter med den radiale
tannaksen dermed en større vinkel (ß) enn den på bakflanken.
Fordelen med en slik asymmetrisk tannprofil er en økt dreiemomentoverføring
som ved en forstørrelse av belastningsflankens krumningsradius bevirker en
15
forminskning av presset mot flanken. Risikoen for en skade på tannen, især av
flankeområdet, blir dermed mindre.
Ifølge oppfinnelsen foreligger fremdeles en mulighet til å gjennomføre en
variasjon av inngrepsvinkelen på belastningssiden langs tennenes langsgående linje.
Ved valg av en større inngrepsvinkel på tannhælen i forhold til tanntåen kan det
20
realiserbare vinkelområde forstørres. På denne måte motvirker man faren for at tennene
blir spissere, især i tå området. Inngrepsvinklene kan utføres slik variert at fra tannhælen
til tanntåen, inngrepsvinkelen kan avta med en verdi i et område fra 0 grad til 8 grader,
især med en verdi på 5 grader.
Fortrinnsvis foreslås å utføre inngrepsvinkelen størst mulig slik at
25
belastningsflankens inngrepsvinkel (α) utgjør 25 til 45 grader, fortrinnsvis 30 til 40
grader.
Publikasjonene DE 10 2005 016746 A1 og JP 09032908 A viser likeledes
asymmetriske tannformer. I motsetning til foreliggende oppfinnelse har disse en
materialtilleggsmengde på tannens bakflanke. Dette forekommer fortrinnsvis ved
30
hypoidfortanninger hvor det fremkommer forkjellige tannformer ved en akseforskyvning.
En materialtilleggsmengde på bakflanken fører ikke til en økning av flankens bæreevne,
men kan, avhengig av omstendighetene, til og med føre til en nedsettelse. I praksis
utføres hypoidhjul for å utlikne ulike glide- og inngrepsforhold mellom belastnings- og
bakflankene.
NO/EP2580493
3
Mens de aktuelle klassiske fremstillingsprosessene begrenser
produksjonsfrihetsgradene og i stor grad er optimert til samtidig å fremstille flere tenner i
et tannhjul samtidig, kan man med en punktnøyaktig fremstilling av tannhjulet med hjelp
av en frese- eller slipemaskin omfattende verktøy med fire eller flere akser, gjennomføre
5
en individuell utforming av tennene.
I tillegg kommer også friheten ved fremstillingen av tannformen. Bortsett fra en
oktoideform hvis inngrepslinje tilsvarer en tilnærmet linje, kan en tannform med
kuleformet kurve fremstilles, som bidrar til å gjøre opplagringen ytterligere uømfintlig.
Spesielt gunstig benyttes disse koniske tannhjul for store transmisjoner, slik de
10
eksempelvis benyttes ved transmisjoner for ror propeller.
Utførelseseksempler for oppfinnelsen er vist på tegningene og beskrives
nærmere i det etterfølgende.
Figur 1 viser et riss av tannen med symmetriakse og materialtilleggsmengde
Figur 2 viser et riss av en tann langs tannflanken med forskjellige inngrepsvinkler
15
Figur 3 viser et snitt av tannprofilen med mindre endringer av inngrepsvinkelen på
tannhælen og tanntåen i forhold til basisprofilen
Figur 4 viser et riss av tannprofilen med store endringer av inngrepsvinkelen på
tannhæl og tanntå i forhold til basisprofilen.
Figur 1 viser det koniske tannhjulet 1 som omfatter flere tenner 2 på sin koniske
20
mantelflate fordelt over dens omkrets, som hver omfatter en belastningsflanke 3 og en
bakflanke 4. Belastningsflankene 3 og bakflankene 4 på to tenner 2 ved siden av
hverandre er forbundet med tannfotområdet 5 som også betegnes "tannlukebunn".
Da det for tannhjulene foreligger en foretrukket dreieretning for
dreiemomentoverføringen, har belastningsflankene 3 og bakflankene 4 forskjellige
25
funksjoner som er forankret i en forskjellig geometri.
Belastningsflanken 3 overtar dreiemomentoverføringen i normal drift og er
dimensjonert konstruktivt med en stor inngrepsvinkel (α) 6. Belastningsflankens 3
inngrepsvinkel (α) 6 utgjør her 25 til 45 grader, fortrinnsvis 30 til 40 grader. Bakflanken 4
er utformet med en mindre inngrepsvinkel. På grunn av den flatere tangenten 7 på et
30
hvilket som helst punkt på belastningsflanken 3, her vist på dele- henholdsvis
rullesirkelen, i forhold til bakflankens 4 tangent 8, får tannen en asymmetrisk
tanngeometri.
På grunn av den asymmetriske geometrien bortfaller ved denne nye
tannutforming den typiske tannmidtlinjen slik den foreligger ved kjent symmetrisk
NO/EP2580493
4
tanngeometri. Denne erstattes av en "radial tannakse" 9 som forløper gjennom
tannhjulets midtpunkt M1 og det tannhodehalverende punktet A1. Det
tannhodehalverende punktet A1 deler den tversgående linje 23 gjennom tannhodet i to
like store deler. Tangentene til belastnings- og bakflankene omslutter med denne radiale
5
tannaksen hver vinkel ß 10. Bakflankens 4 tangent 8 er steilere enn belastningsflankens
3 tangent 7. Således omslutter belastningsflankens 3 tangent 7 med den radiale
tannaksen 9 en større vinkel ß 10 enn bakflankens 4 tangent 8 med den radiale
tannaksen 9.
Trekker man denne radiale tannaksen 9 videre for en sammenlikning mellom
10
belastningsflanken 3 og bakflanken 4 fremkommer tydelig materialtilleggsmengden 11
på belastningsflankens 3 side. Da øker tydelig materialtilleggsmengden 11 i
fortanningens nedre henholdsvis indre område, altså mot tannfotområdet 5.
Belastningsflankens 3 materialtilleggsmengde 11 varierer avhengig av tanngeometrien
og inngrepsvinkelen α 6 og kan angis med en faktor f i tallområdet større enn 1,0 til 1,5.
15
Figur 2 viser den eksempelvise utformingen av en tann 2 langs tannens bredde
12 fra tannhælen 13 frem til tanntåen 14. Tannlengden 15 er da på grunn av
fortanningens utførelsesform med krum tannlangsgående linje dimensjonsmessig større
enn tannbredden 12. Tegningen viser at inngrepsvinkelen α 6 på en tannflanke,
tannhælen 13 (inngrepsvinkelen αhæl 16) kan være forskjellig fra tanntåen 14
20
(inngrepsvinkelen αtå 17). Tannflankens område mellom tannhælen 13 og tanntåen 14
har således langs tannlengden 15 varierende inngrepsvinkler α 6 som fra tannhælen 13
frem til tanntåen 14 blir mindre langs tannflanken. Dermed ligger differansen mellom
inngrepsvinkelen 6 fra tannhælen 16 til tanntåen 17 i størrelsesområdet fra 0 grad til 8
grader, fortrinnsvis ved 5 grader. Tannhælens 13 tangent forløper i forhold til tangenten
25
på tannhælen 14 flatere og omslutter således en større vinkel ßhæl 18 enn ßtå 19 på
tanntåen.
Figur 3 viser den optimaliserte tannformen 20 med en materialtilleggsmengde
11. Materialtilleggsmengden 11 er anordnet i belastningsflankens 3 nedre henholdsvis
indre område. Materialtilleggsmengden 11 på belastningssiden 3 er forholdsvis liten i
30
forhold til hele tannens materialmengde. Dette viser tilbake til den lille forskjellen mellom
standardbasisprofilens 21 inngrepsvinkler og den optimaliserte tannformen 20.
Inngrepsvinkelen α 6 i standardbasisprofilen 21 er på belastningsflanken 3 αz = 20
grader lik den på bakflanken 4 αs = 20 grader.
NO/EP2580493
5
Figur 3 viser videre tennenes 2 optimaliserte tannformen 20 i en utførelse lik en
kuleformet kurve. Denne utførelsesformen kan ikke fremstilles med den foreslåtte
tanngeometrien med klassiske fremstillingsprosesser som rullefresing eller skaving. Den
optimaliserte tannformen kan imidlertid produseres med en fire- eller flerakseprosess,
5
især en prosess med fem akser. Kun dermed kan verktøyet gjennomføre punktnøyaktig
den tredimensjonale materialavtaking som kreves for tennenes 2 optimaliserte tannform
20. Produksjonsprosessene er i denne sammenheng især sliping og/eller fresing.
Figur 4 viser en annen utførelse av tannflanken med en tydelig større
materialtilleggsmengde 11 enn det er vist på figur 3. Dette viser tilbake til den større
10
differansen mellom inngrepsvinklene fra standardbasisprofilen 21 og den optimaliserte
tannformen 20. Inngrepsvinkelen α 6 i standardbasisprofilen 21 er på belastningsflanken
3 αz = 20 grader lik den på bakflanken 4 med αs = 20 grader. Inngrepsvinkelen α 6 på
den optimaliserte tannformen 20 er på belastningsflanken 3 αz = 35 grader og forskjellig
fra den på bakflanken 4 αs = 18,5 grader. Figur 4 viser således at med en forstørrelse av
15
inngrepsvinkelen α 6 vil tannhodets 22 hodetykkelse bli mindre. Figuren sammenlikner
således den optimaliserte tannformen 20 med en standardbasisprofils 21 tannhode.
Figur 4 viser likeledes tennenes 2 optimaliserte tannform 20 i en utførelse lik en
kuleformet kurve på tennenes 2 belastningsside 3.
En ikke vist utførelsesvariant har så store inngrepsvinkler at det må
20
gjennomføres en modifikasjon av kantområdet i tannhodets område. På denne måte
skal det unngås at det oppstår en gjennomherding som generelt kan oppstå under en
tanntykkelse 0,3 x m. Dette er viktig for å unngå skader på tannhodet. En slik
modifikasjon av kantområdet kan gjennomføres som en hodeavrunding langs
tannhodets langsgående linje eller som en konisk hodeforkortelse på tanntærne.
25
En ytterligere ikke vist utførelsesform omfatter anordningen av
materialtilleggsmengden 11 innenfor den nedre totredjedel eller den nedre trefjerdedel
av belastningsflanken 3.
NO/EP2580493
6
Patentkrav
1. Konisk tannhjul (1) for en transmisjon med koniske tannhjul, hvis tenner (2)
5
hver har en belastningsflanke (39 og en bakflanke (4), hvor tennene (2) har en
skråfortannet eller buefortannet flankelinje, hvor tennene (2) har en oktoideform eller en
kulekurveform og hvor tennene (2) har en materialtilleggsmengde (11) på
belastningsflanken (4) for forsterkning av belastningsflanken (4), slik at aksen (9)
gjennom tannhodets tversgående linje (23) forløper gjennom det tannhodehalverende
10
punktet A1 og gjennom tannhjulets midtpunkt, og tennene (2) har en asymmetri,
karakterisert ved at tannflankenes inngrepsvinkel (6) langs tennene (2) kan varieres
slik at tannflankenes inngrepsvinkler (6) avtar langs tennene (2) fra tannhælen (13) til
tanntåen (14).
2. Konisk tannhjul (1) ifølge krav 1, karakterisert ved at tennene (2) som har en
15
skråfortannet eller buefortannet flankelinje, har en krum tannlangsgående linje.
3. Konisk tannhjul (1) ifølge et av de forannevnte krav, karakterisert ved at
tennenes øvre område som kommer i inngrep har en oktoidetannform eller en
kulekurvetannform.
4. Konisk tannhjul (1) ifølge et av de forannevnte krav, karakterisert ved at
20
tannflankenes inngrepsvinkler (6) langs tennene (2) er slik variable at fra tannhælen (13)
til tanntåen (14) inngrepsvinkelen (6) avtar med en størrelse i et område fra 0° til 8°, især
til en størrelse på 5°.
5. Konisk tannhjul (1) ifølge et av de forannevnte krav, karakterisert ved at
belastningsflankens (3) inngrepsvinkel α (6) utgjør 25 til 45 grader, fortrinnsvis 30 til 40
25
grader.
6. Konisk tannhjul (1) ifølge et av de forannevnte krav, karakterisert ved at
materialtilleggsmengden (11) er anordnet i belastningsflankens (3) nedre henholdsvis
indre område.
7. Konisk tannhjul (1) ifølge et av de forannevnte krav, karakterisert ved at
30
materialtilleggsmengden (11) er anordnet i den nedre totredjedel eller den nedre
trefjerdedel av belastningsflanken (3).
8. Konisk tannhjul (1) ifølge et av de forannevnte krav, karakterisert ved at
tangenten (7) til et hvilket som helst punkt på belastningsflanken (3), især på
delesirkelen og rullesirkelen, er flatere enn den tilsvarende tangenten på bakflanken (4)
NO/EP2580493
7
og at tangenten dermed, med den radiale tannaksen (9), omslutter en større vinkel ß
(10) enn på bakflanken (4).
9. Konisk tannhjul (1) ifølge et av de forannevnte krav, karakterisert ved at
tannhjulet har en modul m i området 3 til 30.
10. Konisk tannhjul (1) ifølge et av de forannevnte krav, karakterisert ved at
5
tannhodet (22) har en kantmodifikasjon, især en variabel hodeavrunding langs
tannhodets langsgående linje eller en avkorting av hodet ved tanntåen for å sikre en
tannhodetykkelse større enn 0,3 x m.
11. Fremgangsmåte for fremstilling av et konisk tannhjul (1) ifølge et av de
10
forannevnte krav, karakterisert ved at tanngeometrien blir fremstilt med en fire- eller
flerakseprosess, især en femakseprosess.
12. Fremgangsmåte for fremstilling av et konisk tannhjul (1) ifølge et av de
forannevnte krav, karakterisert ved at fremstillingsprosessene er sliping og/eller
fresing.
15
13. Fremgangsmåte for fremstilling av et konisk tannhjul (1) ifølge et av de
forannevnte krav, karakterisert ved at tanngeometrien fremstilles ved punktnøyaktig
tredimensjonal materialavtaking.
14. Fremgangsmåte for fremstilling av et konisk tannhjul (1) ifølge et av de
forannevnte krav, karakterisert ved at ved den punktnøyaktige materialavtaking av
20
tennenes (2) tannflanker, får disse form av en kulekurve, især i de områder som kommer
i inngrep.
15. Fremgangsmåte for fremstilling av en konisk tannhjulstransmisjon ifølge et
av de forannevnte krav, karakterisert ved at den benyttes for fremstilling av
skipsfremdriftstransmisjoner, især ror propelltransmisjoner, fortrinnsvis
25
undervannstransmisjoner for gondoldrift.
NO/EP2580493
FIG. 1
NO/EP2580493
FIG. 2
NO/EP2580493
FIG. 3
NO/EP2580493
FIG. 4