Hirth-Verzahnungen sind als Konstruktionselemente seit längerem für eine Vielzahl unterschiedlichster Einsatzzwecke bekannt. Stelivertretend wird auf das Voith-Firmenprospekt G 749 9.92 1500 verwiesen. Die Grundidee der Hirth-Verzahnung besteht darin, alle geometrischen Linien einer Stirnverzahnung keilförmig auszubilden und zentral in einem Punkt zusammenzuführen. Es entsteht somit an einem Maschinenelement zum Zwecke der Drehmomentenübertragung ein in Umfangsrichtung verlaufender Zahnkranz mit sich, bezogen auf die Mittelachse, in radialer Richtung erstreckenden Zähnen. Die Ausgestaltung zweier miteinander zu koppelnder Maschinenelemente mit zueinander komplementärer Hirth-Verzahnung ermöglicht die Schaffung einer formschlüssigen selbstzentrierenden Verbindung zwischen diesen, wobei die Hirth-Verzahnung als solche als raumsparendes Teilelement mit hoher Teilgenauigkeit oder als Fixierelement mit hoher Wiederholgenauigkeit zum Einsatz gelangt. Die Einsatzmöglichkeiten derartiger Verbindungselemente sind sehr vielseitig und nicht auf konkrete Einsatzbeispiele beschränkt. Denkbar ist der Einsatz im allgemeinen Maschinenbau, beispielsweise bei der Verbindung hochtouriger Verdichter und Turbinenlaufräder mit der Rotorwelle, Zahnrädersätze oder Kurbelwellen. Eine Leistungssteigerung kann dabei bei gleichem Volumen dort erzielt werden, wo herkömmliche Schraubverbindungen, z. B. bei Flanschen, Naben und Wellen, die Grenze der Übertragungsfähigkeit erreicht oder sogar überschritten haben. Auch kann mit einer derartigen Verbindung ein Gewinn an Volumen und Masse dort erzielt werden, wo der Raum bereits stark begrenzt ist. Die Montage gestaltet

sich aufgrund der Zentrierwirkung sehr einfach, des weiteren sind derartig gestaltete Bauteile sehr leicht austauschbar.

Zur Realisierung einer Drehmomentenübertragung und Kompensation der aufgrund der dabei wirkenden Umfangskraft auftretenden Axialkräfte ist die Verbindung zweier Maschinenelemente mit zueinander komplementärer Hirth- Verzahnung in der Regel axial vorgespannt. Zu diesem Zweck werden zusätzlich zur formschlüssigen und selbstzentrierenden Verbindung Mittel eingesetzt, welche eine axiale Verspannung der beiden miteinander zu koppelnden Maschinenelemente ermöglichen. Unter axialer Verspannung wird dabei die Erzeugung einer Verspannung mit wenigstens einer Komponente in Richtung parallel zur Rotationsachse der Maschinenelemente verstanden. Als Mittel kommen hauptsächlich Schraubverbindungen sowie Zuganker zum Einsatz. Diese bedingen neben einer zusatzlichen Gewichtszunahme auch einen erhöhten Bedarf an Bauraum, was bereits im Vorfeld entsprechend dem Einsatzzweck bei der Auslegung der Verbindung mit einzukalkulieren ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine formschlüssige Verbindung mittels einer Hirth-Verzahnung derart weiterzuentwickeln, daß die genannten Nachteile vermieden werden, insbesondere daß die erhöhten Anforderungen bezüglich eines minimalen Bauraumes und Gewichtes erfüllt werden können. Der konstruktive Aufwand ist dabei so gering wie möglich zu halten.

Die erfindungsgemäße Lösung ist durch die Merkmale des Anspruchs 1 charakterisiert. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen wiedergegeben.

Demnach wird eine Hirth-Verzahnung bzw. ein mit einer Hirth-Verzahnung versehenes Maschinenelement zur Übertragung von Drehmoment auf ein anderes mit einer komplementären Hirth-Verzahnung versehenes zweites

Maschinenelement durch Realisierung einer formschlüssigen Verbindung zwischen beiden derart ausgeführt, daß wenigstens ein oder wenigstens einzelne Verzahnungselemente unsymmetrisch ausgeführt sind, d. h. eine unsymmetrische Geometrie hinsichtlich des Zahnprofiles aufweisen. Unter einer Hirth-Verzahnung wird dabei eine Verzahnung verstanden, welche vorzugsweise bei rotierenden Bauelementen eingesetzt wird und derart ausgeführt ist, daß die geometrischen Linien der Stirn-Verzahnung keilförmig ausgebildet werden und zentral in einem Punkt zusammenführen, welcher auf der Symmetrieachse bzw. Rotationsachse des Maschinenelementes angeordnet ist. Bei der Verzahnung selbst handelt es sich um eine Keilverzahnung, deren einzelne Flanken sich im wesentlichen mittels jeweils einer Ebene beschreiben lassen. Die Verzahnung selbst ist in Umfangsrichtung des rotierenden Bauteiles angeordnet. Die einzelnen Verzahnungselemente erstrecken sich in radialer Richtung bezogen auf die Rotationsachse, die Flanken sind jeweils in Umfangsrichtung ausgerichtet. Die Zahnhöhe differiert in radialer Richtung von der Rotationsachse betrachtet bezüglich der Höhe und Abmessungen des einzelnen Verzahnungselementes und der Abmessung der Verzahnung. Die Verzahnung ist zum zentralen Mittelpunkt bzw. zur Rotationsachse hin geneigt ausgeführt.

Die Ausgestaltung einzelner Verzahnungselemente mit unsymmetrischer Geometrie bietet entsprechend der Wahl der Drehrichtung den Vorteil, daß entweder 1. ein Teil, der bei der Drehmomentenübertragung infolge der Umfangskraft auftretenden Axialkraft von der formschlüssigen und selbstzentrierenden Verbindung der Hirth-Verzahnung kompensiert werden kann, wobei diser Teil eine Funktion der Anzahl der Kompensationsstellen, d. h. der entsprechend gestalteten Verzahnungselemente, und/oder der Geometrie der einzelnen Verzahnungselemente ist ;

2. Verwendung als Sicherheitskupplung in Form einer Überholkupplung, bei welcher bei Überschreiten einer entsprechend der Geometrie vordefinierten Axialkraft die Flanken der beiden miteinander in Eingriff stehenden Hirth-Verzahnungen der beiden zu koppelnden Maschinenelemente aufeinander abgleiten.

Der unsymmetrische Aufbau wird dadurch erreicht, daß jeweils eine erste Flanke der einzelnen Verzahnungselemente steiler ausgeführt ist als die andere zweite Flanke. Die Lage der Flanken ist dabei über den Flankenwinkel beschreibbar, welcher sich durch die durch die einzelne Flanke beschreibbare Ebene und einer senkrecht zur Kopfhöhenlinie der Verzahnung bzw. des Verzahnungselementes verlaufenden Ebene, welche sich durch eine Linie, die senkrecht zur Rotationsachse verläuft und durch die Kopfhöhenlinie verläuft, und die Rotationsachse beschreiben läßt. Die in einer Rotationsrichtung bzw. in Umfangsrichtung betrachtet erste vorzugsweise steilere Flanke nimmt dabei vorzugsweise einen Winkel zwischen 0° : < 29° ein. Die zweite flachere Flanke eines Verzahnungselementes nimmt einen Winkel von 29 < 80°, vorzugsweise < 80° ein. Denkbar ist jedoch auch ein negativer Flankenwinkel, so daß im Betriebszustand ein Verhaken der Maschinenelemente erfolgt. Unter Winkel der Flanken wird dabei der Winkel verstanden, welcher sich zwischen der Ebene, welche durch die Flanke beschrieben wird, und einer weiteren Ebene, die senkrecht auf der Rotationsachse steht und sich durch die Flanke erstreckt, verstanden. Diese Ebene kann auch durch die Mittel-bzw.

Rotationsachse und eine Flankenlinie des einzelnen Verzahnungselementes beschrieben werden. Der Winkel kann des weiteren wie folgt beschrieben werden : 90°-Winkel a, oder 90°-Winkel a2, wobei al und a2 die Flankenneigung gegenüber der Kopfhöhenlinie darstellen.

Im ersten Fall, d. h. zur Kompensation der auftretenden Axialkräfte, erfolgt die Drehrichtung derart, daß die Fläche der Verzahnungsflanke mit der steileren Flanke in Umfangsrichtung entgegen der Drehrichtung weist bzw. gerichtet ist.

In einer bevorzugten Ausführung wird die steilere Flanke als gerade Flanke, d. h. mit einem Winkel von 90° gegenüber der Kopflinie ausgeführt, so daß ein Flankenwinkel von 0° erzielt wird. Diese Ausführung zeichnet sich neben der Realisierung der Funktion der Selbstzentrierung der einzelnen miteinander zu koppelnden Maschinenelemente mit Hirth-Stirnverzahnung durch einen geringen fertigungstechnischen Aufwand aus.

Im zweiten Fall, d. h. beim Einsatz der Hirth-Verzahnung für Verbindungen, welche als Sicherheits-bzw. Überholkupplung funktionieren, erfolgt die Ausgestaltung der einzelnen Verzahnungselemente derart, daß die steilere Flanke in Umfangsrichtung betrachtet in Richtung der Drehrichtung weist. In diesem Fall erfolgt entsprechend der Auslegung der Geometrie der einzelnen Verzahnung, insbesondere der flacheren Flanke, ein Abgleiten der Flanken der miteinander in Eingriff stehenden Verzahnungen der beiden Maschinenteile bei Überschreitung einer bestimmten vordefinierten Axialkraft.

Zwischen den einzelnen, in Umfangsrichtung einander benachbarten Verzahnungen ist ein Zahngrund, vorzugsweise in gerundeter Form, eingearbeitet. Der Zahnkopf der Hirth-Verzahnung ist vorzugsweise als ebene Fläche ausgeführt.

Für die Anordnung und Ausgestaltung der einzelnen Verzahnungselemente ergeben sich eine Vielzahl von Einsatzmöglichkeiten. Zu diesen gehören : 1. Anordnung der einzelnen Verzahnungselemente in Umfangsrichtung, bezogen auf die Rotationsachse des Maschinenelementes über den gesamten Umfang ;

2. Anordnung einzelner Verzahnungselemente in Teilbereichen, bezogen auf die Umfangsrichtung.

Im erstgenannten Fall besteht vorzugsweise die Möglichkeit, die einzelnen Verzahnungselemente hinsichtlich ihrer Geometrie analog auszugestalten, so daß sich in Umfangsrichtung auf einem Durchmesser, bezogen auf die Rotationsachse, ein Zahnkranz ausbildet. Diese Möglichkeit stellt eine bevorzugte Ausführung dar, welche sich durch eine einfache Herstellung auszeichnet sowie durch die entsprechende Anzahl der zur Verfügung stehenden Flanken eine optimale Kompensation der Axialkraft ermöglicht.

Im zweiten Fall können einzelne Verzahnungselemente entweder zu einem einzelnen Verzahnungselement bzw. formschlüssigen Verbindungselement zusammengefaßt werden oder aber Teilbereiche über den Umfang betrachtet gänzlichst frei von Verzahnungen ausgeführt werden. Zusätzlich dazu können die Verzahnungselemente eine einheitliche oder unterschiedliche Geometrie aufweisen. Beim Versehen von Lückenbereichen oder aus mehreren einzelnen Elementen zusammengefaßten Verzahnungselementen ist jedoch zu berücksichtigen, daß das Gegenelement entsprechend auszuführen ist. Dafür ergeben sich eine Vielzahl von Möglichkeiten. Eine erste Möglichkeit besteht in der jeweils zueinander komplementären Ausführung von Lückenbereich und Verzahnungssegment, so daß im wesentlichen auch in diesen Bereichen ein Anliegen der beiden Maschinenelemente über größere Flächen erfolgt.

Des weiteren können die aus mehreren Verzahnungselementen zusammengefaßten Verzahnungselemente mit einer geringeren Kopfhöhe als die diesen benachbarten Verzahnungselemente am selben Maschinenelement ausgebildet werden, so daß entweder in diesem Bereich ein flächiges Aufeinanderliegen der beiden miteinander zu koppelnden Maschinenelemente erzielt wird, wobei dieser Bereich optimal für die Unterbringung bzw.

Anordnung von Verbindungselementen genutzt werden kann, oder aber größere Freiräume zwischen beiden Maschinenelementen bestehen bleiben.

Die Ausgestaltung, Geometrie und/oder die Festlegung Abmaße der einzelnen Verzahnungselemente können bei den unterschiedlichen Ausführungsvarianten analog zu anderen Verzahnungselementen erfolgen, vorzugsweise werden die Verzahnungselemente mit einer einheitlichen Geometrie und einheitlichen Abmaßen hergestellt. Eine weitere Möglichkeit besteht jedoch auch darin, einzelne Verzahnungselemente hinsichtlich ihrer Geometrie und/oder ihrer Abmessungen unterschiedlich voneinander auszugestalten.

Vorzugsweise werden die unsymmetrisch ausgeführten Verzahnungen derart hinsichtlich ihrer Geometrie ausgelegt, daß in gleicher Richtung ausgerichtete Flanken, wobei sich die Richtung durch den Verlauf der Flankenebene beschreiben läßt, jeweils in eine Richtung bezogen auf die Umfangsrichtung weisen. Bei gleicher Ausrichtung der Flanken wird in Abhängigkeit der Rotationsrichtung die Funktion festgelegt. Steilere Flanken, als jeweils erste Flanken in Umfangsrichtung bei Rotation betrachtet, bewirken eine Verspannung. Steilere Flanken, als zweite Flanke eines Verzahnungselementes in Umfangsrichtung bei Rotation betrachtet, dienen der Realisierung der zweiten Funktion als Überholkupplung. Es besteht jedoch auch die im einzelnen nicht weiter erläuterte theoretische Möglichkeit, die einzelnen Verzahnungselemente derart hinsichtlich ihrer Geometrie und/oder Abmessungen zu gestalten, daß sowohl eine Abstützung von Axialkraftkomponenten in einer als auch in der anderen Drehrichtung des Maschinenelementes möglich ist. Dies wird vorzugsweise dadurch erreicht, daß in Umfangsrichtung des Maschinenelementes betrachtet einzelne Segmente geschaffen werden, die mit Verzahnungen unterschiedlicher Verzahnungsgeometrie versehen werden, insbesondere deren Flankenebenen in Umfangsrichtung betrachtet, entgegengesetzt zueinander ausgerichtet sind.

Eine derartige Ausführung setzt jedoch vorab einen erhöhten fertigungstechnischen Aufwand voraus, welcher jedoch durch die universelle Einsetzbarkeit unabhängig von der Drehrichtung wieder kompensiert wird.

Die Fertigung der unsymmetrisch ausgeführten Verzahnung kann mittels Fräser oder Schleifscheiben erfolgen. Des weiteren ist es möglich, die einzelnen Verzahnungen im Gesenk geschmiedet, durch Stoßen, Sinterverfahren sowie Walzverfahren herzustellen. In diesem Fall kann zusätzlich noch eine Schlagverfestigung erfolgen. Auch mit der unsymmetrisch gestalteten Hirth-Verzahnung werden die Funktionen der Drehmoment-/Drehzahlübertragung sowie der Erhöhung der Genauigkeit und der Wiederholbarkeit optimal erfüllt. Die Beanspruchungen können durch entsprechend ausgelegte Flächenpressungen minimiert werden. Die Anwendungsfälle selbst können sehr vielgestaltig ausgeführt sein. Dabei ist es unerheblich, in welcher Einbaulage sich die Maschinenelemente und damit die Ausrichtung der Hirth-Stirnverzahnung befindet. Stelivertretend seien als mögliche Einsatzbeispiele der Einsatz in Gelenkwellensträngen, als Verbindungs-und Leistungsübertragungselement für den Einsatz in Kernreaktoren, Kreiselmaschinen, z. B. Verdichter, Ventilatoren sowie im Werkzeugmaschinenbau genannt.

Die konkrete Auswahl der Geometrie des einzelnen Verzahnungselementes, der gesamten Verzahnung in Umfangsrichtung, insbesondere die Nutzung der Möglichkeit des Zusammenfassens einzelner Verzahnungselemente zu einem Verzahnungselement bzw. die Möglichkeit der Ausführung von Verzahnungsanordnungen mit Lückenbereichen, ist vom konkreten Einsatzfall und den dort auftretenden Belastungen abhängig und liegt daher im Ermessen des zuständigen Fachmannes. Mittels der erfindungsgemäßen Lösung werden die Vorteile einer Hirth-Stirnverzahnung weiterhin optimal genutzt, wobei zusätzlich die Möglichkeit besteht, die zur Vorspannung der beiden miteinander zu koppelnden Maschinenelemente erforderlichen Axialkräfte erheblich zu reduzieren und somit auch die Anzahl der erforderlichen Mittel zum Aufbringen dieser Vorspannkraft für eine bestimmte Drehrichtung reduziert werden kann, und des weiteren bei gleicher Ausrichtung der Flanken der aufeinanderfolgenden Verzahnungselemente in

der anderen zweiten Drehrichtung das gleiche Verbindungselement als Sicherheitskupplung verwendet werden kann.

Die erfindungsgemäße Lösung wird nachfolgend anhand von Figuren erläutert. Darin ist im einzelnen folgendes dargestellt : Fig. 1a stellt eine mögliche Ausführung einer erfindungsgemäß gestalteten Hirth-Stirnverzahnung zur Realisierung einer formschlüssigen und selbstzentrierenden Verbindung zwischen zwei miteinander zu koppelnden Maschinenteilen anhand eines Ausschnittes aus beiden dar ; Fig. 1 b verdeutlicht die Flankenneigung des das einzelne Verzahnungselement beschreibenden Winkels in abgewickelter Darstellung einzelner aufeinanderfolgender Verzahnungselemente entsprechend Fig. 1a ; Fig. 2 verdeutlicht eine Ausführung mit erfindungsgemäß gestalteten unsymmetrischen Verzahnungselementen, wobei die Verzahnung Teilbereiche aufweist, welche sich durch die Zusammenfassung einzelner einander benachbarter Verzahnungselemente zu einem einzigen Verzahnungselement auszeichnen ; Fig. 3 verdeutlicht eine weitere Ausführungsmöglichkeit eines Maschinenelementes mit erfindungsgemäß gestalteter Hirth- Stirnverzahnung, wobei die in Umfangsrichtung verlaufende Verzahnung Lückenbereiche aufweist, welche frei von Verzahnungselementen sind ;

Fig. 4 verdeutlicht eine Ausführung eines Maschinenelementes mit Eignung für beliebige Drehrichtung durch Verwendung einzelner Segmente unterschiedlicher Geometrie und Ausrichtung ; Fig. 5 verdeutlicht eine Ausführung mit negativem Flankenwinkel.

Die Figur 1a verdeutlicht anhand eines Ausführungsbeispiels in vereinfachter Darstellung das Grundprinzip der erfindungsgemäß gestalteten Hirth- Stirnverzahnung 1. Zwei miteinander zum Zwecke der Drehmomentenübertragung zu koppelnde Maschinenelemente, ein erstes Maschinenelement 2, welches mit einer hier im einzelnen nicht dargestellten Antriebsmaschine wenigstens mittelbar koppelbar ist und ein zweites Maschinenelement 2', welches mit einem, hier im einzelnen nicht dargestellten Abtrieb wenigstens mittelbar koppelbar ist, sind mit jeweils zueinander komplementär ausgebildeten Hirth-Stirnverzahnungen 1 bzw. 1' ausgestaltet. Die Hirth-Stirnverzahnung 1 bzw. 1'basiert auf der Grundidee, daß alle geometrischen Linien einer Stirnverzahnung keilförmig ausgeführt werden und zentral in einem Punkt, hier dem Punkt G, zusammenlaufen.

Diese einzelnen geometrischen Linien sind in der Figur 1a für drei Verzahnungselemente beispielhaft eingezeichnet. Die drei Verzahnungselemente sind dabei mit 3,4 und 5 bezeichnet. Die entsprechenden geometrischen Linien sind jeweils mit 3', 4', 5'bzw. 3", 4" und 5"bzw. 3"', 4"'und 5"'bzeichnet. Diese geometrischen Linien werden durch die Schnittpunkte der die Flanken beschreibenden und verlängernden theoretisch gedachten Linien am einzelnen Verzahnungselement sowie der Schnittpunkte der theoretischen die Flanken verlängernden Linien mit einer, parallel zur Zahnhöhe ZH in Umfangsrichtung verlaufenden Grundlinie G, beschreibbar. Im dargestellten Fall sind die einzelnen Flanken des einzelnen Verzahnungselementes-eine erste Flanke und eine zweite Flanke-jeweils für die beispielhaft bezeichneten Verzahnungselemente 3,4 bzw. 5 mit 3a, 4a bzw. 5a und 3b, 4b bzw. 5b bezeichnet. Die die Flanken 3a, 4a bzw. 5a und

3b, 4b bzw. 5b bei Projezierung des Querschnittes in eine Ebene beschreibenden theoretischen Linien sind mit 6,6'bzw. 6"und 7,7'bzw. 7" bezeichnet. Die mit 6 bezeichneten theoretischen Linien sind dabei den Flanken 3a, 4a bzw. 5a zugeordnet, und die mit 7 bezeichnete theoretische Linie beschreibt die Flanken 3b, 4b bzw. 5b.

Die erfindungsgemäß ausgestaltete Hirth-Stirnverzahnung 1 bzw. 1'ist dadurch charakterisiert, daß das einzelne Verzahnungselement unsymmetrisch ausgestaltet ist. Dies bedeutet, daß die einzelnen Flanken, hier stellvertretend die Flanken 3a bzw. 3b, 4a bzw. 4b und 5a bzw. 5b der einzelnen Verzahnungselemente, hier 3,4 bzw. 5 in unterschiedlichem Winkel zueinander verlaufen. Vorzugsweise sind, wie in der Figur 1a dargestellt, die einzelnen Verzahnungselemente, welche über den Umfang U des ersten bzw. zweiten Maschinenelementes 2 bzw. 2'in vorzugsweise gleichmäßigen Abständen zueinander angeordnet sind, mit derselben Geometrie aufgebaut.

Dies bedeutet im einzelnen, daß die Abstände zwischen zwei beliebig ausgewählten und bezogen auf die Rotations-bzw. Mittelachse auf einem gemeinsamen Durchmesser liegenden Punkten zweier benachbarter Verzahnungselemente konstant sind. Die Figur 1a verdeutlicht dies beispielhaft für die einzelnen Verzahnungselemente 9 bzw. 10 anhand der Punkte 11 und 12, der Abstand ist mit a bezeichnet. Dies gilt in Analogie auch für die Abstände zwischen den einzelnen gleichgerichteten Flanken, beispielhaft 3a, 4a, 9a, 10a, 5a bzw. beispielhaft 3b, 4b, 9b, 10b, 5b der einzelnen in Umfangsrichtung aufeinanderfolgenden bzw. benachbarten Verzahnungselemente.

Zum Zwecke der Drehmomentenübertragung zwischen dem ersten Maschinenteil 2 und dem zweiten Maschinenteil 2'werden die Hirth- Stirnverzahnungen 1 bzw. 1', die komplementär zueinander ausgeführt sind, miteinander in Eingriff gebracht. Die Hirth-Stirnverzahnung 1 bzw. 1'an den einzelnen Maschinenelementen 2 bzw. 2'ermöglicht eine formschlüssige

Verbindung zwischen diesen. Die erfindungsgemäße unsymmetrische Ausgestaltung bewirkt, daß eine Kraftkomponente, welche der axialen Vorspannungskraft zur Vorspannung der beiden Maschinenelemente 2 bzw. 2' wenigstens teilweise entspricht, erzeugt wird. Dazu ist es jedoch erforderlich, die Geometrie der Verzahnungen entsprechend der Drehrichtung auszugestalten. Diese Geometrie wird im wesentlichen durch die Winkel der Flanken bestimmt. Die Flanken 3a, 4a bzw. 5a beschreiben über ihre Erstreckung b in radialer Richtung zum zentralen Mittelpunkt G, welcher gleichzeitig auf der Symmetrieachse bzw. Rotationsachse des Maschinenelementes 2 bzw. 2'liegt, jeweils eine Ebene El3a, El4a bzw. E15a bzw. E23b, E24b und E25b. Der Winkel der Flanken läßt sich dann als Winkel dieser Ebenen E1 bzw. E2 gegenüber der die Kopfhöhe ZH des einzelnen Verzahnungselementes beschreibenden Linie darstellen.

In der Figur 1b ist zu diesem Zweck ein Ausschnitt aus der Hirth- Stirnverzahnung 1 des Maschinenelementes 2 in Umfangsrichtung in abgewickelter Form dargestellt. Stellvertretend sind hier die beiden in Umfangsrichtung benachbarten Verzahnungselemente 4 und 9 dargestellt. Die die Kopfhöhe ZH beschreibende Linie verläuft dabei immer in einer Ebene, welche senkrecht zu einer durch die Symmetrieebene des Maschinenelementes 2 bzw. 2'gelegten Ebene, welche durch die Symmetrieachse S und eine senkrecht zu dieser verlaufenden Linie beschrieben werden kann, verläuft. Der Winkel der durch die Flanken beschriebene Ebenen E1 bzw. E2 mit der die Kopfhöhe ZH beschreibenden Linie dient der Beschreibung der Geometrie der Verzahnungen. Im dargestellten Fall ist der Winkel der Flanke 4a bzw. 9a mit der Ebene bzw. der <BR> <BR> <BR> <BR> Kopflinie ZH mit a1 und der Winkel der Flanke 4b bzw. 9b mit der Ebene bzw.

Kopflinie mit a2 bezeichnet.

Durch Subtraktion 90°-a, bzw. 90°-a2 ergibt sich der Flankenwinkel.

Vorzugsweise sind, wie in der Figur 1a dargestellt, die einzelnen

Verzahnungselemente, welche in Umfangsrichtung des Maschinenelementes 2 aufeinanderfolgen, mit der gleichen Geometrie ausgestaltet. Die Größe der durch die Geometrie der Verzahnung aufgebrachten axialen Vorspannkräfte, welche zur Drehmomentenübertragung zwischen den beiden Maschinenelementen 2 bzw. 2'erforderlich sind, ist dabei eine Funktion der Anzahl der Verzahnungselemente und der Geometrie, insbesondere der Winkel der einzelnen Flanken. Vorzugsweise wird die steilere Flanke von beiden Flanken mit einem Flankenwinkel zwischen 0 Grad und 29 Grad und der Winkel der flacheren Flanken mit einem Winkel zwischen 30 und 80 Grad ausgeführt. Vorzugsweise erfolgt die Auswahl der Größe der Winkel derart, daß diese unterhalb der Selbsthemmungsgrenze liegen. Es ist jedoch auch denkbar, für die steilere Flanke einen negativen Flankenwinkel zu erhalten.

Es besteht theoretisch auch die hier im einzelnen nicht dargestellte Möglichkeit, die einzelnen, in Umfangsrichtung des Maschinenelementes 2 bzw. 2'einander benachbarten Verzahnungselemente mit unterschiedlicher Geometrie auszuführen, wobei die in Umfangsrichtung aufeinanderfolgenden ersten bzw. zweiten Flanken zwei einander benachbarter Verzahnungselemente gleich ausgerichtet sind.

Die erfindungsgemäße unsymmetrische Ausgestaltung der in Umfangsrichtung der Maschinenelemente aufeinanderfolgenden Verzahnungselemente, welche eine Reduktion der zur Vorspannung der beiden Maschinenelemente in axialer Richtung gegeneinander erforderlichen Axialkräfte bewirken, ermöglicht es, daß auf die Verwendung zusätzlicher Mittel zur Erzeugung der axialen Vorspannkraft zwischen den beiden Maschinenelementen 2 bzw. 2'verzichtet werden kann. Die Richtung der axialen Vorspannkräfte ist dabei durch eine Parallele zur Symmetrieachse bzw. im Betrieb der Rotationsachse der Maschinenelemente 2 bzw. 2' beschrieben. Da der Einsatz der zur Erzeugung der axialen Vorspannkraft erforderlichen Mittel weitestgehend reduziert werden kann, entfallen

zusätzliche konstruktive Maßnahmen an den einzelnen Maschinenelementen 2 bzw. 2'zur Aufnahme dieser Mittel, beispielsweise in Form von Bohrungen, welche auch im Bereich der Verzahnung der Maschinenelemente angeordnet sein können. Dies bietet den Vorteil, daß die Verzahnung vollständig zur Leistungs-, insbesondere Drehmomentenübertragung genutzt werden kann.

Da sich an der Grundidee, alle geometrischen Linien einer Stirn-Verzahnung keilförmig auszubilden und zentral an einem Punkt zusammenzuführen und die Stirnflächen zum Erreichen einer durch Parallelen begrenzten Zahnkopfflache konisch gedreht sind, d. h. die Zahnkopfflächen mit parallen Seitenlinien auszuführen, nichts geändert hat, können auch die Vorteile der konventionell gestalteten Hirth-Stirnverzahnung mit der erfindungsgemäßen Lösung erzielt werden. Die erfindungsgemäße geometrische Ausgestaltung ermöglicht ebenfalls die Herstellung einer formschlüssigen selbstzentrierenden Verbindung. Die Hirth-Stirnverzahnung als formschlüssiges, selbstzentrierendes Verbindungselement kann dabei als raumsparendes Teilelement mit hoher Teilgenauigkeit oder als Fixierelement mit hoher Wiederholgenauigkeit eingesetzt werden. Die Montage selbst gestaltet sich relativ einfach, und einzelne Maschinenelemente sind leicht austauschbar.

Die Figur 2 verdeutlicht eine weitere Ausgestaltungsmöglichkeit der erfindungsgemäß gestalteten Hirth-Stirnverzahnung. Das Grundprinzip und der Grundaufbau der Hirth-Stirnverzahnung, insbesondere der einzelnen Verzahnungselemente, entspricht im wesentlichen dem in der Figur 1 beschriebenen, weshalb bei gleichen Elementen die gleichen Bezugszeichen verwendet werden. Der entscheidende Unterschied besteht darin, daß in Umfangsrichtung des Maschinenelementes 2 die einzelnen Verzahnungselemente nicht mit der gleichen Geometrie ausgeführt sind. Die Lösung entsprechend der Figur 2 zeichnet sich dadurch aus, daß einzelne Verzahnungselemente entsprechend der Figur 1a zu einem einzelnen

Verzahnungselement zusammengefaßt werden. Im dargestellten Fall sind dies die beiden Verzahnungselemente 14 und 15. Diese weisen vorzugsweise bezüglich ihrer Flanken 14a bzw. 15a und 14b bzw. 15b die gleichen Winkel wie die der anderen einander benachbarten Verzahnungselemente auf, jedoch bilden diese jeweils eine Anschlagfläche, hier mit 16 für das Verzahnungselement 14 und 17 für das Verzahnungselement 15 bezeichnet, für eine entsprechende Anschlagfläche an dem mit dem Maschinenteil 2 zu koppelnden Maschinenelement 2'. Diese Anschlagfläche 16 bzw. 17 wird von der Kopffläche dieses in Umfangsrichtung verbreiterten Verzahnungselementes 14 bzw. 15 gebildet. Vorzugsweise werden diese Bereiche bei Rotation symmetrisch gestalteter Elemente zur Aufnahme der zum Zusammenhalt der einzelnen Maschinenelemente 2 bzw. 2' erforderlichen Mittel vorzusehenden Bohrungen bzw. Gewinde genutzt. Die in der Figur 2 beschriebene Ausführung der Zusammenfassung einzelner Verzahnungselemente zu einem Verzahnungselement mit anderen Abmessungen gegenüber den restlichen verbleibenden Verzahnungselementen stellt nur eine mögliche Ausführung von vielen dar.

Entsprechend des Einsatzfalles kann die Zusammenfassung hinsichtlich der Anzahl der zusammenzufassenden Verzahnungselemente sowie der Anzahl der vorzunehmenden Erfassungen variieren. Zusätzlich besteht die Möglichkeit, die einzelnen Verzahnungselemente, auch die durch Zusammenfassung entstandenen, mit unterschiedlicher Geometrie zueinander auszugestalten. Insbesondere können die einzelnen Verzahnungen hinsichtlich der Winkel der Flanken differieren.

Die in den Figuren 1 und 2 beschriebenen Ausführungen der erfindungsgemäßen Ausgestaltung einer Hirth-Stirnverzahnung wird vorzugsweise für die formschlüssige Kopplung zweier Maschinenelemente 2 bzw. 2'zur Verminderung der axialen Vorspannkräfte beim Betrieb in einer Drehrichtung verwendet. Diese Rotationsrichtung ist in der Figur 1 eingezeichnet. In diesem Fall kann die Anzahl der Mittel zum Aufbringen einer

axialen Vorspannkraft zwischen den beiden Maschinenelementen 2 bzw. 2' stark reduziert werden. Bei einem Winkel der in Rotationsrichtung ersten Flanke von 0 Grad kann u. U. entsprechend des Einsatzfalles gänzlich auf zusätzliche Mittel zum Aufbringen einer axialen Vorspannkraft zwischen den beiden miteinander zu koppelnden Maschinenelementen verzichtet werden.

Es ist jedoch auch denkbar, für die steile Flanke einen negativen Winkel zu verwenden. Es kommt dann zum Einhaken des zweiten Maschinenelementes in das erste Maschinenelement. Diese Möglichkeit ist in Fig. 5 dargestellt.

Die erfindungsgemäße unsymmetrische Ausgestaltung der Hirth- Stirnverzahnung bietet des weiteren die Möglichkeit, die beiden mit zueinander komplementären Verzahnungen ausgeführten Maschinenelemente als Sicherheitskupplungen in Form einer sogenannten Überholkupplung einzusetzen. Dies ist dann der Fall, wenn der Einsatz zum Zwecke der Drehmomentenübertragung bei einer Rotationsrichtung des ersten Maschinenteiles 2 entgegen der in der Figur 1a eingezeichneten erfolgt.

Entsprechend der Größe der auftretenden Axialkräfte kann in diesem Fall ein Gleiten der einzelnen aufeinanderliegenden Flanken der beiden mit zueinander komplementären Verzahnungen 1 bzw. 1'versehenen Maschinenelemente 2 und 2'erfolgen. Das Abgleiten erfolgt an der flacheren Flanke, welche dann in Rotationsrichtung die erste Flanke des einzelnen Verzahnungselementes ist.

Die erfindungsgemäße Lösung ist als Verbindungselement in einer Vielzahl von Einsatzbeispielen zur Drehmomentenübertragung verwendbar. Die konkrete Ausgestaltung, d. h. die Auslegung der Geometrie sowie die Anordnung an den einzelnen miteinander zu koppelnden Elementen und die Wahl der Einbaulage erfolgt entsprechend dem konkreten Einsatzfall. Die in den Figuren 1 und 2 dargestellten Ausführungsmöglichkeiten dienen lediglich der Verdeutlichung des Grundprinzips der Wirkungsweise einer

unsymmetrisch gestalteten Hirth-Stirnverzahnung und sind damit keinesfalls als Beschränkung auf diese beiden Ausführungsbeispiele gedacht.

Eine weitere Möglichkeit der Ausgestaltung eines Maschinenelementes mit der erfindungsgemäß gestalteten Hirth-Stirnverzahnung ist in der Figur 3 dargestellt. Daraus wird ersichtlich, daß es keineswegs erforderlich ist, die einzelnen Verzahnungselemente in Umfangsrichtung des einzelnen Maschinenelementes 2 mit konstantem Abstand und der gleichen Geometrie zu versehen. Auch hier bilden die einzelnen Verzahnungselemente Verzahnungssegmente entsprechend der Figur 2, wobei jedoch in der Figur 3 keine einzelnen Verzahnungselemente zu einem Verzahnungselement zusammengefaßt werden, sondern Verzahnungselemente aus dem Verzahnungskranz herausgenommen werden. Es entstehen dann sogenannte in Umfangsrichtung des Maschinenelementes angeordnete Segmente, die frei von einer Verzahnung sind. Diese sind hier stelivertretend mit 18,19,20 und 21 bezeichnet. Dabei umfaßt das Verzahnungssegment 19 mehrere einzelne Verzahnungselemente. Die Auslegung der Geometrie der einzelnen Verzahnungselemente, die zwischen den Verzahnungselementen angeordnet sind, der Verzahnungssegmente sowie der Anzahl der Verzahnungssegmente erfolgt entsprechend den konkreten Einsatzerfordernissen des Einzelfalls.

Die Figur 4 verdeutlicht in schematisch vereinfachter Darstellung anhand eines Maschinenelementes 2.4 eine weitere Ausführung für eine erfindungsgemäß gestaltete unsymmetrisch Hirth-Stirnverzahnung. Es wurde nur ein Maschinenelement dargestellt, daß zweite ist komplementär zum ersten hinsichtlich der Verzahnung ausgeführt. Beide Maschinenelemente 2.4 und das mit komplementärer Verzahnung ausgeführte und hier nicht dargestellte zweite Maschinenelement umfassen dazu Bereiche, welche auch als Segmente 23 bzw. 24 und 25 bzw. 26 bezeichnet werden können, die dadurch gekennzeichnet sind, daß die einzelnen Verzahnungselemente hinsichtlich ihrer Ausrichtung unterschiedlich bzw. entgegengesetzt

ausgerichtet sind. Das Segment 25 des Maschinenelementes 2.4 umfaßt die Verzahnungselemente 27,28,29,30,31, das Segment 26 die Verzahnungselemente 32 bis 36. Bezogen auf die Rotationsrichtung sind die Flanken der Verzahnungselemente 32 bis 36 wenigstens hinsichtlich der flacheren Flanke entgegengesetzt zu denen der Verzahnungselemente 27 bis 31 ausgerichtet. Diese Aussage gilt auch für die Segmente 23 und 24. Das zum Maschinenelement 2.4 komplementäre und hier nicht dargestellt Maschinenelement weist die entsprechend komplementäre Verzahnung auf.

Die unterschiedlich ausgerichteten Verzahnungssegmente ermöglichen es, daß eine axiale Vorspannkraft unabhängig von der Drehrichtung des Maschinenelementes, insbesondere des Maschinenelementes auf der Antriebsseite, hier mit 2.4 bezeichnet, unabhängig von der Drehrichtung eingesetzt werden kann. Dazu ist es jedoch erforderlich, um überhaupt eine formflüssige Verbindung zwischen den zueinander komplementären Verzahnungssegmenten der einzelnen Maschinenelemente 2.4 zu realisieren, den Übergangsbereich zwischen zwei unterschiedlich ausgerichteten Verzahnungssegmenten entsprechend zu gestalten. Dies kann beispielsweise mittels von Verzahnung freien Bereichen für das Maschinenelement 2.4 realisiert werden, während das andere komplementär verzahnte Maschinenelement dann einen, den von der Verzahnung freien Bereich am Maschinenelement 2.4 ausfüllt oder einen Freiraum bildet. Die Lückenbereiche sind hier mit 37,38,39 und 40 bezeichnet.

Die in der Figur dargestellte Möglichkeit ist jedoch nur dann realisierbar, wenn kein negativer Flankenwinkel vorliegt. Vorzugsweise wird der Flankenwinkel der steileren Flanke ungleich 0° betragen.

Vorzugsweise werden die mit entgegengesetzt ausgerichteter Verzahnung ausgebildeten Segmente in Umfangsrichtung derart angeordnet, daß diese symmetrisch über den Umfang verteilt sind. Im vorliegenden Fall bedeutet

dies eine analoge Ausführung der einander gegenüberliegenden Segmente 25 und 23 und 24 und 26.

Unter einem weiteren Aspekt zur Realisierung der Eignung einer Ausführung gemäß Fig. 4 lediglich für Links-oder Rechtslauf ohne Übertragung einer Abhebekraft sollten die jeweils passiven Verzahnungselemente, beispielsweise 32-36 und die dazu komplementären Verzahnungselemente am gegenüberliegenden zu koppelnden Maschinenteil zurückgenommen werden (z. B. durch Abfräsen), damit durch die schräge Flanke der passiven Verzahnungselemente keine Abhebekraft entsteht, während lediglich die Verzahnungselemente 27,28,29,30 und 31 und die gegenüberliegenden Verzahnungselemente an der Drehmomentenübertragung beteiligt sind. Mit dieser Ausführung ist es möglich, je nach Montage mit gleichen Bauteilen Drehmoment im Rechts-oder Linkslauf ohne Abhebekraft zu übertragen. Eine weitere Ausgestaltungsmöglichkeit besteht in der Aufteilung der Stirnverzahnung in vier Verzahnungssegmente mit jeweils gleich großen Lücken zur berührungsfreien Aufnahme der Verzahnungselemente des Gegenstückes.

Die Figur 5 verdeutlicht in schematisch vereinfachter Darstellung anhand eines Maschinenelementes 2.5 eine weitere Ausführung für eine erfindungsgemäß gestaltete unsymmetrisch Hirth-Stirnverzahnung. Es wurde nur ein Maschinenelement dargestellt, das zweite ist komplementär zum ersten hinsichtlich der Verzahnung ausgeführt. Beide Maschinenelemente 2.5 und das mit komplementärer Verzahnung ausgeführte und hier nicht dargestellte zweite Maschinenelement umfassen Verzahnungselemente, hier mit 40 bezeichnet, die dadurch gekennzeichnet sind, daß die einzelnen Verzahnungselemente hinsichtlich der steileren Flanke einen negativen Flankenwinkel aufweisen, d. h. der Winkel Die Figur 4 verdeutlicht in schematisch vereinfachter Darstellung anhand eines Maschinenelementes 2.4 eine weitere Ausführung für eine erfindungsgemäß gestaltete unsymmetrisch

Hirth-Stirnverzahnung. Es wurde nur ein Maschinenelement dargestellt, das zweite ist komplementär zum ersten hinsichtlich der Verzahnung ausgeführt.

Beide Maschinenelemente 2.4 und das mit komplementärer Verzahnung ausgeführte und hier nicht dargestellte zweite Maschinenelement umfassen dazu Bereiche, welche auch als Segmente 23 bzw. 24 und 25 bzw. 26 bezeichnet werden können, die dadurch gekennzeichnet sind, daß die einzelnen Verzahnungselemente hinsichtlich ihrer Ausrichtung unterschiedlich bzw. entgegengesetzt ausgerichtet sind.