Getriebe Beschreibung

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Getriebe mit wenigstens einer Getriebestufe umfas- send zwei Zahnräder, die über ein Zwischenzahnrad gekoppelt sind, wobei das Zwischenzahnrad über ein Verstellmittel zur Einstellung des Spiels zu den gekoppelten Zahnrädern verstellbar ist.

Hintergrund der Erfindung

Getriebe umfassen wenigstens eine Getriebestufe, häufig auch mehrere Getriebestufen, wobei jede Getriebestufe wenigstens zwei miteinander kämmende Zahnräder, üblicherweise stirnverzahnte Räder, aufweist. Zum Ausgleich von Wärmedehnung und Toleranzen wird ein solches Getriebe immer mit Zahnflan- kenspiel ausgelegt. Dadurch wird in jedem denkbaren Betriebszustand ein verspannungsfreier Lauf sichergestellt. Solange das am Getriebe anstehende Moment in eine Drehrichtung wirkt, liegen die Zahnflanken der einen Drehrichtung an, die Zahnflanken der entlasteten Seite laufen um das Zahnflankenspie! beabstandet und damit berührungs- und reibungsfrei. Bei Momentenumkehr, also im Lastwechselfall hebt der Verzahnungskontakt auf der bislang belasteten Seite ab, die Verzahnung dreht sich um das Zahnflankenspiel auf die gegenüberliegende Seite und stellt dort den Verzahnungskontakt her. Im Betrieb wirkt sich diese Unstetigkeit durch ein Rucken aus, es entsteht eine Lastüberhöhung und damit verbunden Geräuschentwicklung in der Verzahnung. Soll nun bei Regeleingriff, z. B. bei einer aktiven Schlupfregelung, eine präzise Momenten-, Drehzahl- und/oder Positionsregelung erfolgen, wirkt sich das Flankenspiel nachteilig auf die Regelbarkeit aus. Sobald die geometrisch bestimmte Kopplung zwischen den Verzahnungspartnern aufgehoben ist, nämlich dann, wenn das Flankenspiel überwunden wird, befindet sich der Regelkreis in Undefiniertem Zustand.

Um einen Spielausgleich zu ermöglichen ist es bekannt, zwei Zahnräder einer Zahnradstufe über ein Zwischenzahnrad zu koppeln, wobei dieses Zwischenzahnrad über Verstellmittel mit seiner Drehachse etwas verstellt werden kann, um das Spiel auszugleichen. Ein Beispiel für ein derartiges Getriebe ist aus DE 10 2009 027 509 A1 bekannt. Dort wird, beispielsweise über einen Exzenter oder mittels Federkraft, die Drehachse des Zwischenzahnrads relativ zu den feststehenden Drehachsen der gekoppelten Zahnräder etwas verschoben, so dass sich zwangsläufig eine Veränderung der Achsabstände ergibt und hieraus resultierend ein vorhandenes Spiel zwischen den in Eingriff stehenden Zahnrädern korrigiert respektive die Zahnräder spielfrei gestellt werden können. Bei dem aus DE 10 2009 027 509 A1 bekannten Spielausgleichssystem wird die Verstellkraft immer über eine Feder aufgebracht, sei es dass diese Feder im Wesentlichen unmittelbar auf die zu verstellende Achse wirkt, sei es dass hierüber der beschriebene Exzenter beaufschlagt wird. Das heißt, dass die Verstellung letztlich stets in gleicher Weise erfolgt, eingeleitet über die Feder. Eine Regelung des Spielausgleichs ist hierüber nicht möglich.

Zusammenfassung der Erfindung

Der Erfindung liegt damit das Problem zugrunde, ein Getriebe anzugeben, das einen dem gegenüber verbesserten und einfacheren Spielausgleich ermöglicht.

Zur Lösung dieses Problems ist bei einem Getriebe der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Verstellmittel ein über eine Steuerungseinrichtung ansteuerbarer Linearantrieb mit einem linear verstellbaren Träger ist, an dem das Zwischenzahnrad drehgelagert ist.

Bei dem erfindungsgemäßen Getriebe ist ein aktiv ansteuerbarer Linearantrieb als Verstellmittel vorgesehen, mit einem Träger, der linear verstellbar ist, an dem wiederum das Zwischenzahnrad drehgelagert ist. Über diesen Linearan- trieb kann folglich der Träger und mit ihm das Zwischenzahnrad linear verschoben werden, mithin also die Relativposition des Zwischenzahnrads zu den gekoppelten Zahnrädern zum Ausgleich respektive zur Anpassung des Spiels aktiv verändert werden, und zwar in einer situationsabhängigen Weise, da die Spielverstellung durch entsprechenden Ansteuerung des linearen Triebs situationsabhängig vorgenommen werden kann. Das Zahnflankenspiel kann also bedarfsgerecht eingestellt werden. Im Normalbetrieb sollte sich das Flankenspiel im auslegungsüblichen Rahmen bewegen. In bestimmten Situationen, also im Falle eines Lastwechsels wie auch insbesondere für den zeitkritischen Fall der Schlupfregelung wird nun das Flankenspiel verringert, im Extremfall auf Null, um bei höherer Regelgeschwindigkeit sowohl die Verzahnungslasten als auch das Geräuschniveau in vertretbarem Rahmen zu halten. Da nur wenige zehntel Millimeter zu überbrücken sind, kann das Spiel bei entsprechender Ansteuerung des Linearantriebs in Sekundenbruchteilen auf den gewünschten Wert eingestellt werden. Auch im Normalbetrieb, der zumeist vorliegt, kann ein reibungsoptimiertes Flankenspiel durch entsprechende Einstellung des Zwischenzahnrads eingestellt werden. Auch im Fall des Warmlaufs des Getriebes kann eine bedarfsgerechte Einstellung des Spiels der akustischen Optimierung dienen.

Der Linearantrieb kann ein Linearmotor oder ein Linearaktor sein, in jedem Fall also ein über eine zugeordnete Steuerungseinrichtung ansteuerbares Betriebselement, mit dem bezogen auf den minimalen Verstellweg hochgenau die Achs- und damit die Zwischenzahnradpositionierung erfolgen kann.

Zur Anbindung des Zwischenzahnrads an den linear verschobenen Träger sind zwei unterschiedliche Ausgestaltungen denkbar. Nach einer ersten Erfindungsalternative kann der Träger ein Lagerauge aufweisen, in dem ein Wälzlager angeordnet ist, in welches wiederum ein Lagerzapfen des Zwischenzahnrads eingreift. Bei dieser Erfindungsausgestaltung ist also das Zwischenzahnrad axial gesehen unmittelbar am länglichen Träger wälzgelagert. Es ist lediglich ein Lagerzapfen am Zwischenzahnrad vorzusehen, der in das Wälzlager eingreift. Alternativ dazu besteht die Möglichkeit, den Träger mit einem rechtwink- lig zu seiner Längsachse abstehenden Lagerzapfen auszuführen, an dem ein Wälzlager angeordnet ist, auf dem das Zwischenzahnrad gelagert ist. Bei dieser Erfindungsausgestaltung ist also die Lagerstelle quasi seitlich versetzt zur Längsachse des Trägers vorgesehen, wobei hier der Träger den entsprechen- den Lagerzapfen aufweist.

In Weiterbildung der Erfindung kann ferner ein Erfassungsmittel zum Erfassen des Anlaufens des angetriebenen Zahnrads des Getriebes oder eines Wechsels der Drehrichtung des angetriebenen Zahnrads vorgesehen sein, wobei der Betrieb des Linearantriebs in Abhängigkeit des Erfassungsergebnisses steuerbar ist. Wie beschrieben ist es letztlich lediglich erforderlich, den Linearantrieb nur zu bestimmten Zeitpunkten in Betrieb zu nehmen, respektive den Verstellvorgang nur zu bestimmten Momenten und dann auch nur sehr kurzzeitig vorzunehmen. Um dies regelungstechnisch exakt durchführen zu können, ist zweckmäßigerweise ein Erfassungsmittel zum Erfassen der gegebenen momentanen Situation vorgesehen. Das heißt, dass über dieses Erfassungsmittel konkret abgetastet wird, ob eine Situation gegeben ist, die einen Spielausgleich erfordert oder nicht. Die Erfassungsmittel können dabei beliebig sein, beispielsweise Drehwinkelsensoren, die unmittelbar am über eine Antriebswelle angetriebene Zahnrad des Getriebes oder der Getriebestufe oder an dessen Antriebswelle die momentane Situation sensieren, oder aber Kraftsensoren, die die Erfassung der Momentenübertragung und ähnlichem dienen. Sobald diese Erfassungsmittel respektive Sensoren, die die Situation kontinuierlich erfassen, ein Signal liefern, das seitens der Steuerungseinrichtung verarbeitet wird und anzeigt, dass beispielsweise ein Anlaufvorgang respektive ein Lastwechsel eingeleitet wird, wird sofort über die Steuerungseinrichtung der Linearantrieb, sei es der Linearmotor oder der Linearaktor, zum Spielausgleich entsprechend angesteuert. Das Zwischenzahnrad selbst wird zweckmäßigerweise dabei derart verstellt, dass die mit ihm gekoppelten Räder spannungsfrei gekoppelt sind. Das heißt, dass keine Zahnradverspannung durch entsprechende Verschiebung der Zwi- schenzahnraddrehachse vorgenommen wird, der Ausgleich erfolgt also ohne Kraft, es erfolgt lediglich ein Antasten in die Zahnflankenanlage respektive die Einstellung eines minimalsten Abstands zwischen den zu koppelnden Rädern, so dass also das Spiel minimiert wird. Dabei kann dem Linearantrieb ein Erfassungsmittel zum Erfassen einer Zahnflankenanlage zugeordnet sein, wobei die Steuerung des Linearantriebs in Abhängigkeit des Erfassungsergebnisses erfolgt. Dieses Erfassungsmittel kann beispielsweise mit einer Auswertung des Antriebsmoments des Linearantriebs realisiert sein. Denn sobald infolge der Zwischenzahnradverschiebung die einander annähernden Zahnflanken einander berühren, kommt es zwangsläufig zu einem Anstieg des vom Linearantrieb zu leistenden Moments. Dieser Zeitpunkt kann als Anlagezeitpunkt definiert werden, wenn also das Spiel vollständig ausgeglichen ist, so dass dann sofort jede weitere Stellbewegung gestoppt wird oder beispielsweise zur Einstellung eines minimalen Abstands der Linearantrieb das Zwischenzahnrad wieder etwas zurückstellt. Alternativ kann das Erfassungsmittel auch ein die Verstellkraft, die am Träger anliegt beziehungsweise mit der er beaufschlagt wird, messender Kraftsensor sein.

Neben dem Getriebe selbst betrifft die Erfindung ferner ein Verfahren zum Verstellen des Spiels in einem Getriebe der beschriebenen Art, welches Verfahren sich dadurch auszeichnet, dass der Linearantrieb nur im Moment des Anlaufens des angetriebenen Zahnrads des Getriebes oder im Moment des Wechseins der Drehrichtung des angetriebenen Zahnrads bestromt und nach der Verstellung stromlos geschaltet wird. Der Anlauf- oder Wechselmoment kann mittels eines Erfassungsmittels, das mit der Steuerungseinrichtung des Linear- antriebs kommuniziert, erfasst werden.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben. Es zeigt:

Figur 1 eine Prinzipdarstellung eines erfindungsgemäßen Getriebes in einer Aufsicht, Figur 2 Seitenansicht des Getriebes aus Figur 1 ,

Figur 3 eine erste Ausführungsform einer Anordnung des Zwischenzahnrads am Linearantrieb, und

Figur 4 eine zweite Ausführungsform einer Anordnung des Zwischenzahnrads am Linearantrieb.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnung

Figur 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Getriebe 1 , umfassend im gezeigten Beispiel eine Getriebestufe 2 mit einem ersten Zahnrad 3, das über eine Antriebswelle 4, wie durch den Pfeil dargestellt ist, angetrieben wird. Vorgesehen ist ferner ein zweites Zahnrad 5 mit einer Abtriebswelle 6, über die das eingetragene Drehmoment abgetrieben wird. Die Zahnräder 3 und 5 sind über ein Zwischenzahnrad 7 miteinander verbunden, die entsprechenden Verzahnungsabschnitte kämmen miteinander. Um im Bedarfsfall das zwischen den miteinander kämmenden Zähnen gegebene, von Haus aus zum Ausgleich von Wärmedehnungen und Toleranzen eingestellte Zahnflankenspiel bei Bedarf in bestimmten Betriebszuständen reduzieren zu können, ist das Zwischenzahnrad 7 mit einem Verstellmittel 8 umfassend einen Linearantrieb 9, vorzugsweise einen Linearaktor oder Linearmotor, mit einem in einer Linearführung 18 geführten Träger 10 verbunden respektive an dem Träger 0 drehgelagert. Über den Linearantrieb 9 kann nun der Träger 10 und mit ihm das an ihm drehgelagerte Zwischenzahnrad axial, wie durch den Doppelpfeil in Figur 2 gezeigt, verstellt werden. Das heißt, dass die Relativposition der Drehachse des Zwischenzahnrads 7 und damit zwangsläufig auch die Lage der Verzahnung des Zwischenzahnrads 7 zu den Drehachsen der Zahnräder 3 und 5 respektive deren Verzahnungen verstellt werden kann, um das Flankenspiel zu verändern. Vorgesehen ist hierzu eine entsprechende Steuerungseinrichtung 1 1 , die den Betrieb des Linearantriebs 9 steuert. Der Steuerungseinrichtung 1 1 , die gegebenenfalls auch in den Linearantrieb direkt integriert sein kann, ist im gezeigten Beispiel ein Erfassungsmittel 12 zugeordnet, über das eine beginnende Rotation des angetriebenen Zahnrads 3 oder eine Änderung seiner Drehrichtung erfasst wird. Das Anlaufen des Getriebes wie auch ein Wechsel der Drehrichtung kann eine Situation sein, in der das Flankenspiel zu reduzieren ist, beispielsweise im Falle einer Schlupfregelung. Bei dem Erfassungsmittel 12 kann es sich beispielsweise um einen Drehmomentsensor handeln, oder ähnliche Sensoren, die bei Bedarf auch an der Antriebswelle 4 angeordnet respektive dieser zugeordnet sein können. Ergibt sich erfassungsbedingt eine Situation, in der das Flankenspiel zu variieren ist, wird über die Steuerungseinrichtung 1 1 , in der natürlich entsprechende Regelparameter abgelegt sind, unmittelbar der Linearantrieb angesteuert. Dabei kann die Ansteuerung so erfolgen, dass der Linearantrieb 9 das Zwischenzahnrad 7 soweit bewegt, bis die nachfolgend miteinander kämmenden Zahnflanken in leichte Anlage aneinander gehen, welcher Zeitpunkt dadurch erfasst werden kann, dass das Moment, das der Linearantrieb zum Bewegen aufbringt, schlagartig ansteigt, da die aneinander anliegenden Flanken der Linearbewegung einen Widerstand entgegensetzen. Sofern die Verstellung spannungsfrei erfolgen soll, wird unmittelbar mit Erfassen des Momentenanstiegs die weitere Verschiebebewegung gestoppt, der Linearantrieb verharrt. Denkbar ist es aber auch, den Linearantrieb wieder etwas zurückzustellen, so dass sich ein minimaler Spalt zwischen den Zahnflanken und damit ein minimales Spiel einstellt. Anstelle einer Regelung über das Motormoment kann auch, wie in Figur 2 gezeigt, eine in Abhängigkeit der Verstellkraft, mit der der Träger 10 verstellt wird, erfolgenden Regelung realisiert werden. Hierzu ist ein Kraftsensor 17 vorgesehen, z. B. ein Dehnungsmessstreifen oder dergleichen, der die Verstellkraft, mit der der Träger über den Motor beaufschlagt ist beziehungsweise verschoben wird, mißt. Diese steigt im Moment der Flankenanlage wegen des gegebenen Widerstands stark an. Der Kraftanstieg dient wiederum der mit dem Kraftsensor 17 kommunizierenden Steuerungseinrichtung 1 1 als Regelgröße, woraufhin der Motor entweder nicht weiter angesteuert wird und die Räder in der gegebenen Position verbleiben, oder woraufhin der Motor so angesteuert wird, dass er den Träger 10 ein minimales Stück zurückbewegt, und die Flanken kraftfrei an einander anliegen.

Für den Moment des Motorstopps beziehungsweise des Umschaltens und ge- gebenenfalls den Moment des kraftfreien Aneinanderliegens sind - egal ob nun Momenten- oder Kraftregelung - ein oder mehrere Signalschwellwerte in der Steuerungseinrichtung 1 1 abgelegt.

Die Figuren 3 und 4 zeigen zwei verschiedene Ausgestaltungen, wie das Zwi- schenzahnrad 7 am Träger 10 gelagert sein kann. Gemäß Figur 3, siehe hierzu auch die Seitenansicht gemäß Figur 2, die diese in Figur 3 gezeigte Lagerungsart zeigt, ist am Träger 10 ein Lagerauge 13 am Ende ausgebildet, in dem ein Wälzlager 14 angeordnet ist. In dieses greift ein Lagerzapfen 15 des Zwischenzahnrads 7 ein, worüber das Zwischenzahnrad drehgelagert ist.

Eine alternative Ausführungsform zeigt Figur 4. Dort weist der Träger 10 einen rechtwinklig davon abstehenden Lagerzapfen 16 auf, auf dem das Wälzlager 14 aufsitzt, über welches wiederum das Zwischenzahnrad 7 drehgelagert ist. Das erfindungsgemäße Getriebe lässt folglich eine einfache und aktive Spielverstellung zu. Ein solches Getriebe kann beispielsweise in Elektrofahrzeugen mit Zentralantrieb und aktiver Schlupfregelung eingesetzt werden, wobei es in diesem Fall dazu dient, das im Regelbetrieb (aktive Schlupfregelung) auftretende Spiel im Antriebsgetriebe zu eliminieren.

Bezugszahlenliste

1 Getriebe

2 Getriebestufe

3 Zahnrad

4 Antriebswelle

5 Zahnrad

6 Abtriebswelle

7 Zwischenzahnrad

8 Verstellmittel

9 Linearantrieb

10 Träger

1 1 Steuerungseinrichtung

12 Erfassungsmittel

13 Lagerauge

14 Wälzlager

15 Lagerzapfen

16 Lagerzapfen

17 Kraftsensor

18 Linearführung