Die genannte Morphologie einer Kurzverzahnung ist in der einschlägigen Literatur beschrieben und in der Praxis verwirklicht.

Bei Kurzverzahnungen kommt es darauf an, daß der Schaltvorgang zwischen zwei bereits synchron drehenden Gangrädern möglichst reibungslos, d. h. leichtgängig erfolgt. Insbesondere soll möglichst selten und nur während äußerst kurzer Phasen ein frontales Zusammentreffen der Zahnköpfe zweier Kurzverzahnungen auftreten. Ein derartiger Schaltkomfort kann jedoch nicht auf Kosten des axialen Zusammenschlusses und damit des sicheren axialen Halts der gewählten Schaltverbindung gehen. Hierzu dient insbesondere eine Gestaltung der Zahnseitenflanken mit Hinterschnitt, derart, daß sich der Zahn wenigstens über eine Teilhöhe seiner Seitenflanken in Richtung Zahnbasis verjüngt. Eine derartige zueinander korrespondie- rende Ausbildung zweier zusammenwirkender Kurz- verzahnungen bewirkt, daß die aneinanderliegenden hinterschnittenen Seitenflanken gegen axiales Auseinandergleiten und damit unerwünschtes Lösen der Schaltverbindung gesichert sind.

Dem Fachmann ist zwar geläufig, daß im Rahmen einer üblichen Ausbildung einer derartigen Kurz- verzahnung die einzelnen Zähne aber ihre gesamte Höhe an einem zylindrischen Abschnitt gebunden sind und auch eine Basisanbindung aufweisen können ; ihm ist ferner geläufig, daß durch eine Zahnbasisausrundung die Belastbarkeit der Zähne verbessert werden kann und daß durch eine dach- förmige Ausbildung des Zahnkopfs der Schalt- eingriff erleichtert werden kann.

Da es jedoch für eine Kurzverzahnung zahlreiche verschiedene Einsatzmöglichkeiten gibt, wobei unterschiedliche Belastungen und Belastungs- wechsel vorkommen können, da an den Schaltkomfort und die Schaltsicherheit in der Praxis spezi- fische Anforderungen gestellt werden, wobei auch noch eine Reihe umformtechnisch bedingte Krite- rien zu berücksichtigen sind, ist davon auszu- gehen, daß insgesamt eine erwünschte Orientierung für den Fachmann nicht mehr gegeben ist.

Demzufolge besteht eine Zielsetzung gemäß der vorliegenden Erfindung darin, einen Überblick über Auslegungs-und Designkriterien von Kurz- verzahnungen zu schaffen, d. h. dem Fachmann ein Mittel an die Hand zu geben, welches ihm ermög- licht, den jeweiligen Anforderungen entsprechende Lösungen leicht und zielsicher aufzufinden.

Der erfindungsgemäße Lösungsvorschlag begnügt sich bewußt nicht mit einem singulären Lösungs- gedanken, sondern schafft eine Morphologie-Matrix für die Ausbildung der Querschnittsform der Zähne einer Kurzverzahnung, wobei alle Mitglieder einer derartigen Matrix unter den Schutzgegenstand gemäß den zugehörigen Patentansprüchen fallen.

Deren Anspruch 1 hat also eine Morphologie-Matrix zum Inhalt, durch welche die darunterfallenden Zahnformen erfaßt sind, ohne daß die Notwendig- keit besteht, jede einzelne der zahlreichen Kombinationsmöglichkeiten für eine geeignete Zahnmorphologie durch einen gesonderten Anspruch unter Schutz zu stellen.

Aufbauend auf der eingangs genannten Morphologie- Matrix ist deren patentrechtliche Weiterbildung dadurch gekennzeichnet, daß alle Zähne oder eine nach einem regelmäßig wechselnden Muster defi- nierte Teilmenge derselben wenigstens eine der beiden folgenden, die Gestaltung der Seiten- flanken definierenden Morphologien umfaßt : a. Zwischen der Unterkante der Dachfläche des Zahnkopfs und dem hinterstellten Flanken- abschnitt ist eine obere Geradverzahnung in Form einer zur Zahnlängsrichtung im wesent- lichen parallel verlaufenden Leitfläche (Flat) vorgesehen, wobei die Leitfläche schmal oder breit ausgebildet ist ; b. zwischen dem hinterstellten Flankenabschnitt und der Zahnbasisausrundung ist eine untere Geradverzahnung in Form einer Zahnbasis- verstärkung mit zur Zahnlängsachse im wesent- lichen parallel verlaufender Stützfläche vorgesehen, wobei die Stützfläche niedrig oder hoch ausgebildet ist.

Der erfindungsgemäßen Matrix liegt die Überlegung zugrunde, daß zusätzlich zu dem hinterstellten Flankenabschnitt je nach Einsatzfall eine oder zwei Geradverzahnungen verwirklicht sind im Sinne weiterer Abschnitte jeder Seitenflanke, nämlich entweder eine obere Geradeverzahnung oberhalb des hinterstellten Flankenabschnitts und/oder eine untere Geradverzahnung unterhalb des hinter- stellten Flankenabschnitts.

Durch die obere Geradverzahnung wird eine Leit- fläche geschaffen, in der Fachsprache auch"Flat" bezeichnet, welche in der Einspurphase der Zähne wirksam ist und im anfänglichen Eingriffsbereich deren seitlich am weitesten vorspringenden Flankenbereich verstärkt, was sich entsprechend vorteilhaft auf die Lebensdauer der Verzahnung auswirkt. Durch die Leitflächen wird das sog.

"Backlash"verringert, d. h. es werden die Reaktionskräfte der Schaltbewegeung herabgesetzt, ohne daß das Flankenspiel vergrößert wird.

Die Leitflächen können, in Zahnlängsrichtung gesehen, schmal oder breit ausgebildet sein.

Dadurch ergibt sich ein erheblicher Einfluß auf die Größe des Hinterstellungswinkels, in dem Sinne, daß eine breite Leitfläche zu einem größeren, also wirksameren Hinterstellungswinkel führt als eine schmale Leitfläche. Gleichzeitig ist die Breite der Leitfläche aber auch als Funk- tion der Belastung, also der auftretenden Dreh- momente zu sehen.

Die erfindungsgemäße Lehre begnügt sich nicht bloß mit einer oberen Geradverzahnung. Zusätzlich oder an deren Stelle kann eine untere Gerad- verzahnung treten, welche sich unterhalb des hinterstellten Flankenabschnitts befindet. Die untere Geradverzahnung bildet eine Zahnbasis- verstärkung in Form einer zur Zahnlängsachse verlaufenden parallelen Stützfläche, welche der Zahnverjüngung durch den hinterstellten Flanken- abschnitt entgegenwirkt. Eine derartige Stütz- fläche wirkt sich also unmittelbar festigkeits- erhöhend auf den gesamten Zahn, insbesondere dessen basisnahen Bereich aus.

Bei besonders hohen Drehmomentbelastungen wird der Fachmann im Rahmen der erfindungsgemäß vorge- schlagenen Morphologie die obere und die untere Geradverzahnung im Sinne einer Ausbildung von Leitflächen und Stützflächen miteinander kombi- nieren.

Die Stützfläche jeder Zahnflanke kann niedrig oder hoch ausgebildet sein. Auch hier wird der Fachmann seine Wahl im wesentlichen davon abhängig machen, welchen Hinterstellungswinkel er verwirklichen möchte.

Ist nur eine obere Geradverzahnung-mit schmaler oder breiter Leitfläche-vorgesehen, so beträgt der Hinterstellungswinkel vorteilhaft bis zu 9 Winkelgraden gemäß der Beziehung 0 : a a 9.

Bei einer unteren Geradverzahnung mit niedriger Stützfläche, unabhängig davon, ob auch noch eine obere Geradverzahnung vorgesehen ist, beträgt der Hinterstellungswinkel zweckmäßig zwischen 3 und 12 Winkelgraden nach der Beziehung 3 s a s 12.

Ist eine untere Geradverzahnung-mit oder ohne obere Geradverzahnung-mit hoher Sitzfläche vorgesehen, so beträgt der Hinterstellungswinkel zwischen 6 und 60 Winkelgrade nach der Beziehung 6 s a s 60. Größte Hinterstellungswinkel werden dadurch verwirklicht, daß eine obere Gerad- verzahnung in Form einer breiten Leitfläche und eine untere Geradverzahnung in Form einer hohen Stützfläche gewählt werden.

Die Ansprüche 7 bis 8 enthalten einige Bemessungsregeln für die Dimensionierung der Leitfläche bzw. der Stützfläche. Diese Regeln lassen sich aufgrund der Gesamtgeometrie ableiten und setzen voraus, daß Zähne mit gleicher Gesamt- zahnhöhe bzw. Zahnkopfhöhe miteinander verglichen werden. Die Zahnhöhe unterhalb des Zahnkopfs bis zur Zahnbasis ist letztlich die Summe aus Leit- fläche, hinterstelltem Flankenabschnitt und Stützfläche, wobei sich nach unten stets eine Zahnbasisausrundung anschließt, die bei Vorhandensein einer Stützfläche mit einem kleineren Radius auskommen kann als dies für Ausführungsformen ohne Stützfläche gilt.

Was die Ausbildung des dachförmigen Zahnkopfs betrifft, so ist davon auszugehen, daß die vorge- sehenen Dachformen aus an sich bekannten Form- elementen bestehen, nämlich aus Geraden oder konvex ausgewölbten Dachflächen.

Die gerade Dachfläche ist dauerhaft. Der großen Reibfläche wegen ist ihre Gegenkraft beim Einspurvorgang jedoch relativ hoch.

Für die konvexe Dachfläche spricht als Folge der Linienberührung die geringere Reibungskraft, welche dementsprechend eine Erhöhung des Schalt- komforts ermöglicht.

Für Rücklaufräder, also in zwei Richtungen drehende Gangräder, kommen nur symmetrische Dach- flächen in Frage. Für den Normalfall eines nur in einer Richtung drehenden Gangrads eignet sich besonders gut die asymmetrische Dachform, bei welcher mit größeren Gegenkräften während des Einspurvorgangs nur für eine kurze Schaltphase zu rechnen ist. Je mehr sich die Dachform einem Pultdach nähert, desto kürzer ist eine ggfs. auftretende Einschaltblockierung.

Von den beiden Dachflächen eines Zahnkopfs sind entweder beide als ebene Fläche oder als konvexe Fläche ausgebildet oder eine ist als ebene Fläche, die andere als konvexe Fläche ausge- bildet. Die durch konvexe Dachflächen erzielte Einspurerleichterung läßt sich bei Gangrädern mit nur einer Drehrichtung noch dadurch steigern, daß eine der Dachflächen als ebene, im wesentlichen parallel zur Zahnlängsrichtung verlaufende Fläche ausgebildet ist und daß die andere Dachfläche entsprechend schräg verläuft und zusammen mit der ersten Dachfläche eine Dachform in Art eines Pultdachs bildet.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer Zeichnung, welche eine Bildermatrix darstellt, erläutert.

Die Matrix besitzt neun vollständig ausgefüllte Spalten und fünf vollständig ausgefüllte Zeilen.

Die Spalten werden mit 1 bis 9 durchnumeriert, die Zeilen mit a bis e bezeichnet. Damit läßt sich jede dargestellte Zahnform, soweit nötig, gezielt ansprechen.

In Zeile a sind zwei dem Stand der Technik zuzuordnende Zahnformen dargestellt, nämlich in der mit 0 bezeichneten Spalte ein nicht bis zur Basis 1 erstreckter Zahn ZaO. Er weist eine symmetrische Dachform mit ebener Dachfläche 2 (Dachform D2,2) auf ; außerdem besitzt er hinter- stellte Seitenflanken 3, die mit Entfernung zur Zahnbasis 1 enden, so daß zwischen Zahn ZaO und der Zahnbasis 1 ein Freilauf für ein Werkzeug zum spanabhebenden Fertigen der hinterstellten Seitenflanken, z. b. durch Hinterstoßen gebildet ist.

Zahn Zal zeigt eine Querschnittsform eines Zahnes einer Kurzverzahnung, welche dem Oberbegriff von Anspruch 1 entspricht, also wie Zahn ZaO dem Stand der Technik zuzurechnen ist. Eine Dachform D2,2 ist kombiniert mit bis zur Zahnbasis l durchgehenden hinterstellten Seitenflanken 3, die zur Zahnbasis 1 hin mit einer Zahnbasisausrundung 4 enden. Es ist in der Praxis gelungen, eine derartige Zahnform umformtechnisch herzustellen.

Alle anderen in der Matrix dargestellten, der Erfindung zuzuordnenden Zahnformen sind ebenfalls umformtechnisch herstellbar.

Nach der Systematik, die der Matrix zugrunde- liegt, sind die Zahnformen innerhalb der Zeilen so hintereinandergeordnet, daß die Hinter- stellungswinkel von Spalte l bis Spalte 9 zunehmen. Dies ergibt sich aus der Wahl bzw. Kom- bination der geradverzahnten Abschnitte. Da die nach der vorliegenden Erfindung geschützte Lehre auf eine Auswahl bzw. Kombination der gerad- verzahnten Abschnitte zielt, sind die in Spalte 1, Zeilen b bis e gezeigten Zahnformen, da sie keine Geradverzahnungsabschnitte aufweisen, nicht dem geschützten Erfindungsgegenstand zuzurechnen.

In der Matrix wurden sie aus systematischen Gründen ergänzt, um die unterschiedlichen Dach- formen zu verdeutlichen, durch welche sich die Zahnformen der Matrix von Zeile zu Zeile unter- scheiden.

Zahnform Za2 unterscheidet sich vom Stand der Technik gemäß Zal dadurch, daß eine obere Gerad- verzahnung in Form einer schmalen Leitfläche 5 vorgesehen ist. Demgegenüber besitzt Zahnform Za3 eine breite Leitfläche 6.

Zahnform Za4 unterscheidet sich von den voran- stehenden Zahnformen durch eine untere Gerad- verzahnung in Form einer niedrigen Stützfläche 7.

Bei der Zahnform Za5 sind sowohl eine obere als eine untere Geradverzahnung vorgesehen in Form einer schmalen Leitfläche 5 und einer niedrigen Stützfläche 7.

Zahnform Za6 zeigt die Kombination einer breiten Leitfläche 6 mit einer niedrigen Stützfläche 7.

Zahnform Za7 zeigt lediglich eine untere Gerad- verzahnung in Form einer hohen Stützfläche 8.

Zahnform Za8 zeigt die Kombination einer hohen Stützfläche 8 mit einer schmalen Leitfläche 5.

Zahnform Za9 zeigt die Kombination einer breiten Leitfläche 6 mit einer hohen Stützfläche 8.

Zu jeder Zahnform in Zeile a ist der Hinter- stellungswinkel a entsprechend der jeweiligen zeichnerischen Darstellung oberhalb der Dachform angegeben. Alle Winkelangaben sind beispielhaft.

Sie sind für alle Zahnformen in den Zeilen b bis e dieselben, da dieselben Längen-und Breiten- verhältnisse herrschen. Wie bereits ausgeführt unterscheiden sich die Zeilen lediglich durch unterschiedliche Dachformen, so daß darauf verzichtet werden kann, auf die einzelnen Zahn- formen einzugehen.

In Zeile b ist die Dachform sphärisch, d. h. es handelt sich um zwei konvexe Dachflächen 9, die wie alle anderen Dachformen ebenfalls zusammen eine gerundete Dachspitze bilden. Die Dachformen D2,2 in Zeile a und D9,9 in Zeile b sind symme- trisch ; sie eignen sich für Gangräder, die in beiden Richtungen betrieben werden oder für solche, die zum Einsatz für beide Drehrichtungen geeignet sind. Im Gegensatz zur Dachform D2,2 ergibt sich bei Dachform D9,9 eine Linien- berührung beim Auftreffen mit einer Gegen- verzahnung, wodurch das Einspuren gegenüber Dachform D2,2 erleichtert wird.

In den Zeilen c, d und e sind jeweils asymme- trische Dachformen gezeigt, nämlich in Zeile c eine Dachform D2,9, bei welcher das Einstechen auf der Seite der konvexen Dachfläche 9 erleichtert ist. Wenn das Gegenzahnrad umgekehrt ausgebildet ist, so ergibt sich eine Herstel- lungsvereinfachung dadurch, daß beide Zahnräder einer Zahnradpaarung jeweils mit einer ebenen Dachfläche auskommen, die mit geringerem Aufwand hergestellt werden kann.

In Zeile d ist eine Dachform in Art eines Pult- dachs gezeigt, wobei die Dachschräge als ebene Dachfläche 10 ausgebildet ist. Die zweite Dach- fläche 11 erstreckt sich parallel zur Zahnlängs- richtung. In vergleichbarer Weise ist in Zeile e bei einer Pultdachform die schräge Dachfläche 12 konvex ausgebildet. Derartige asymmetrische Pult- dachformen kommen nur für Gangräder in Frage, die in einer Richtung drehen. Der Vorteil der Pultdachform liegt darin, daß die Wahrschein- lichkeit eines frontalen Auftreffens während des Einstechens erheblich reduziert ist, da eine Einschaltblockierung nur in einem schmalen Rand- bereich der Pultdachform vorkommen kann.

Es versteht sich von selbst, daß die in den Zeilen c bis e dargestellten asymmetrischen Dach- formen bezüglich der Zahnlängsachse auch umgekehrt gespiegelt ausgebildet sein können. Die Matrix kann im Rahmen der Erfindung noch erweitert werden, indem andere Dachformen gewählt werden, oder indem die geometrischen Verhältnisse in Richtung der Zahnhöhe variiert werden.