DE102007053509A1

DE102007053509A1 - Getrieberad und Getriebe

Info

Publication number: DE102007053509A1
Application number: DE200710053509
Authority: DE
Inventors: Andreas Dipl.-Ing. Kopf; Alexander Dr. Ing. Weidler
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2007-11-09
Filing date: 2007-11-09
Publication date: 2009-01-29

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Getrieberad (100) sowie ein mit mindestens einem solchen Getrieberad (100) ausgestattetes Getriebe. Um den Aufwand bei der Herstellung von geräusch- und verschleißarmen Getrieben zu verringern, ist gemäß der Erfindung vorgesehen, dass die Dämpfungszone (108) als eine momentenarme Verbindung der Nabe (104) und des Eingriffsringes (106) ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Getrieberad sowie ein mit mindestens einem solchen Getrieberad ausgestattetes Getriebe.
In der Praxis hat sich gezeigt, dass es bei Getrieben durch Schwingungen in Planetenradsätzen bzw. im Stirnradsätzen mit Zwischenrad zu erhöhten Bauteilbelastungen und störenden Geräuschen durch Körperschallübertragung kommt.
Aus der Praxis und aus der DE 39 42 761 A1 ist es ferner bekannt, dass bei als Kettentrieben ausgebildeten Getrieben Ketteneinspurgeräusche auftreten, die nicht nur als störend empfunden werden sondern auch mit einem Verschleiß verbunden sind. Zur Reduzierung der Ketteneinspurgeräusche ist es aus der genannten DE 39 42 761 A1 bekannt, an einem Kettenzahnrad zwischen einer Nabe und einem als Zahnkranz ausgebildeten Eingriffsring eine Dämpfungszone anzuordnen, wobei die Nabe und der Eingriffsring so gestaltet werden, dass von der Nabe auf den Eingriffsring Momente übertragen werden können. Um diese Drehmomentenfestigkeit zu erreichen, weisen sowohl die Nabe als auch der Eingriffsring aufeinander bezogene Verzahnungen auf. Damit ist eine Herstellung solcher Getrieberäder und mit solchen Getrieberädern ausgestatteter Getriebe sehr aufwendig.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Aufwand bei der Herstellung von geräusch- und verschleißarmen Getrieben zu verringern.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den Merkmalen der Ansprüche 1 bzw. 9.
Gemäß der Erfindung ist bei einem Getrieberad, mit einer Nabe und einem äußeren Eingriffsring, wobei zwischen der Nabe und dem Eingriffsring eine Dämpfungszone angeordnet ist, vorgesehen, dass die Dämpfungszone als eine momentenarme Verbindung der Nabe und des Eingriffsringes ausgebildet ist. Zwar lassen sich dadurch Momente von der Nabe nicht auf den Eingriffsring übertragen, es wird jedoch eine erheblich einfachere und damit auch kostengünstigere Herstellung solcher Getrieberäder ermöglicht, wobei durch die Dämpfungszone die Geräuschbildung und der Verschleiß vermindert werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Dämpfungszone als Dämpfungsring, vorzugsweise mit entlang des Umfanges gleichen Querschnitten und Abmessungen ausgebildet ist. Dies erleichtert eine besonders kostengünstige Fertigung.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Dämpfungszone, insbesondere der Dämpfungsring aus einem Metallschaum, einem Metall-Polymerschaum oder aus einem Polymerwerkstoff, insbesondere aus einem Polymerschaum, Aluminiumschaum oder Stahlschaum gebildet sind. Durch Einsatz der besonders bevorzugten Dämpfungswerkstoffe, Metallschäume, Kunststoffschäume oder Polymerwerkstoffe zwischen Zahnkranz und Nabe werden störende Schwingungen zur Vermeidung von Körperschall gedämpft. Da die eingesetzten Werkstoffe nur eine sehr begrenzte Scherfestigkeit besitzen, ist der Einsatz zwar auf drehmomentfreie Zahnräder (Zwischenräder) beschränkt, an diesen wird jedoch eine wirksame Verminderung des Körperschalls und eine verminderte Bauteilbelastung mit geringem Aufwand erreicht.
Hinsichtlich der verschiedenen Dämpfungswerkstoffe hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn zur Entkoppelung mittels einer Metallschaumeinlage, vorzugsweise aus Aluminium- oder Stahlschaum mit unterschiedlichen Porositäten eine geklebten oder eine gepresste Verbindung gewählt wird. Bei einem Dämpfungswerkstoff aus einem Polymerschaum hat sich eine geklebte Ausführung als vorteilhaft erwiesen. Ferner hat sich eine Polymerschicht aus einem temperatur- und ölbeständigen Dichtungswerkstoffs als vorteilhaft erwiesen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass zwischen der Nabe und dem äußeren Eingriffsring Überlastspeichen angeordnet sind, welche bei einer radialen Überlastung in Eingriff gelangen. Generell können die Überlastspeichen auch durch ein oder mehrere Überlast-Stützringe ersetzt oder ergänzt werden. Gemäß weiterer bevorzugter Ausgestaltungen der Erfindung ist ferner vorgesehen, dass die Überlastspeichen nur an einem ihrer stirnseitigen Enden fest angeschlossen sind, und insbesondere dass die Überlastspeichen an dem äußeren Eingriffsring fest angeschlossen, insbesondere einstückig ausgebildet sind. Damit lässt sich eine sichere Übertragung der teilweise sehr großen Radiallasten erreichen, indem ein oder mehrere Stege zur Übertragung von Lastspitzen bei der maximal zulässigen Spannung in der Dämpfungsschicht auf Anschlag gehen und so eine Zerstörung der Dämpfungsschicht verhindern.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass zwischen der Dämpfungszone, insbesondere dem Dämpfungsring und der Nabe einerseits sowie dem Eingriffsring und der Nabe andererseits eine Kleb- und/oder Pressverbindung ausgebildet ist. Bei einer solchen Ausgestaltung lassen sich Planeten- oder Zwischenräder in einer geteilten Ausführung herstellen, wobei der Zahnkranz von der auf der Achse gelagerten Nabe durch einen geeigneten Werkstoff (Metall-/Polymerschaum oder Polymerwerkstoff) getrennt wird. Dies erleichtert eine kostengünstige Herstellung. Durch die Dämpfungseigenschaften des Zwischenwerkstoffes wird die Körperschallausbreitung verhindert bzw. deutlich vermindert.
Die vorgenannten Vorteile ergeben sich insbesondere, wenn das Getrieberad – wie gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen – als Getriebezwischenrad, insbesondere zur Anordnung zwischen zwei Verzahnungen ausgebildet ist.
Die erfindungsgemäßen Getrieberäder werden vorzugsweise in Getrieben eingesetzt. Daher wird auch für ein Getriebe, bei dem das Zwischenrad gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 ausgebildet ist, Schutz beansprucht.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung eines Getriebes ist vorgesehen, dass das Getriebe als Planetengetriebe ausgebildet ist, wobei die Getrieberäder als Planetenräder ausgebildet sind. Mit der Erfindung wird so bei Planetengetrieben das Konzept verfolgt, eine Entkopplung der Planeten- bzw. Zwischenräder zur Verhinderung bzw. Verminderung der Körperschallausbreitung durch passive Dämpfung innerhalb des Zahnrades zu bewirken. Planeten- bzw. Zwischenräder stehen im Eingriff mit zwei Verzahnungen. Diese Räder haben lediglich eine Drehrichtungsumkehr zur Folge, wobei die Nabe des Rades drehmomentfrei ist. Die Nabe muss dem zur Folge nur Zug-/Druckkräfte in radialer Richtung übertragen. Sind nun die Nabe und der Eingriffsring – wie bei der Erfindung vorgesehen – entkoppelt, kann sich ein Körperschall durch Schwingungen bei Zahneingriff und Toleranzen in der Verzahnung über die Nabe und die zugehörige Zahnradachse nicht mehr in angrenzende Bauteile ausbreiten und durch das Getriebegehäuse abgestrahlt werden.
Zusätzlich reagieren erfindungsgemäße, vorzugsweise als Zahnräder ausgebildete Getrieberäder unempfindlicher gegen Achsen- bzw. Lagerschiefstellungen, denn die Dämpfungszone ermöglicht eine Selbsteinstellung über die Verzahnung. Dadurch wird die Verzahnungskapazität besser ausgenutzt und die Lebensdauer erhöht.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung im Zusammenhang mit den Zeichnungen.
Dabei zeigen:
1 eine erste besonders bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Getrieberades in einem Schnitt, und
2 eine zweite besonders bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Getrieberades in einem Schnitt.
In 1 ist als eine erste besonders bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Getrieberades 100 ein Planetenrad 102 gezeigt, welches eine zentral angeordnete Nabe 104 sowie einen äußeren Eingriffsring 106 aufweist. Zwischen der Nabe 104 und dem Eingriffsring 106 ist als Dämpfungszone 108 ein Dämpfungsring 110 aus einem Metallschaum, insbesondere aus Aluminiumschaum angeordnet.
Die Nabe 104 ist als Kreiszylinder ausgebildet, und sie weist eine glatte, kreiszylindrische Innenfläche 112 zum Aufstecken auf eine Achse oder eine Welle sowie eine Außenfläche 114 auf, welche ebenfalls als Kreiszylinderfläche ausgebildet ist. In Rahmen der Erfindung ist auch vorgesehen, eine Nabe einstückig mit einer Welle auszubilden.
Der Eingriffsring 106 ist als Zahnkranz mit einer außen liegenden Verzahnung 116 ausgebildet, wobei eine Zahnkranzinnenfläche 118 als glatte Kreiszylinderfläche ausgebildet ist.
Bei dem Getrieberad 100 gemäß der ersten Ausführungsform sind die Nabe 104, der Eingriffsring 106 und der Dämpfungsring 110 separat gefertigt und nach der Endbearbeitung der genannten Komponenten miteinander verpresst, so dass die Verbindungen zwischen der Nabe 104 und dem Dämpfungsring 110 einerseits sowie dem Eingriffsring 106 und dem Dämpfungsring 110 andererseits als Pressverbindung ausgebildet sind.
Das in 2 gezeigte Getrieberad 200 gemäß einer zweiten besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung entspricht im wesentlichen dem Getrieberad 100 gemäß der ersten Ausführungsform, so dass für übereinstimmende Teile Bezugszeichen verwendet worden sind, die gegenüber der ersten Ausführungsform um 100 erhöht sind. Auf die entsprechende Beschreibung im Zusammenhang mit der ersten Ausführungsform wird hiermit ausdrücklich Bezug genommen.
Wie das Getrieberad 100 der ersten Ausführungsform weist das Getrieberad 200 gemäß der zweiten Ausführungsform eine Nabe 204, einen Eingriffsring 206 sowie eine Dämpfungszone 208 auf, wobei die Dämpfungszone 208 jedoch einen ersten Dämpfungsring 210 sowie einen zweiten Dämpfungsring 211 umfasst.
Wie bei der ersten Ausführungsform weist die Nabe 204 des Getrieberades 200 gemäß der zweiten Ausführungsform eine zylindrische Form mit einer Innenfläche 212 sowie einer kreiszylindrischen Außenfläche 214 auf. Dadurch ist die Nabe 204 wie die Nabe 104 durch Bohren und Drehen besonders günstig herstellbar.
Der Eingriffring 206 des Getrieberades 200 der zweiten Ausführungsform weist wiederum eine Verzahnung 216 auf. Im Unterschied zur ersten Ausführungsform ist jedoch bei dem Getrieberad 200 gemäß der zweiten Ausführungsform die an sich kreiszylinderförmig ausgebildete Zahnkranzinnenfläche 218 durch einen nach innen vorspringenden Überlast-Stützring 220 in zwei Teilflächen unterteilt. Der Innendurchmesser des Überlast-Stützringes 220, der einstückig mit dem Eingriffsring 206 ausgebildet ist, ist dabei größer als der Außendurchmesser der Nabe 204.
Wie die Komponenten des Getrieberades 100 sind die Komponenten des Getrieberades 200 separat gefertigt, wobei allerdings der erste Dämpfungsring 210 und der zweite Dämpfungsring 211 aus einem Polymerwerkstoff gefertigt sind. Die Dämpfungsringe 210, 211, deren Länge in Achsrichtung des Getrieberades 200 der Länge der zugehörigen Teilfläche der Zahnkranzinnenfläche 218 gleicht, sind sowohl an ihrer Innenseite mit der Außenfläche 214 der Nabe 204 als auch mit ihrer Außenseite mit der jeweils entsprechenden Teilfläche des Eingriffsringes 206 verklebt.
Im Einsatz bewirken die Dämpfungsringe 110, 210, 211 der Getrieberäder eine sinnvolle Entkopplung des Eingriffsrings 106 bzw. 206 gegenüber der entsprechenden Nabe 104 bzw. 204. Momente, die beispielsweise von einem benachbarten Sonnenrad auf ein Hohlrad übertragen werden sollen, verbleiben im Eingriffsring 106 und werden nicht auf die Nabe 104 übertragen. Die gezeigten bevorzugten Ausführungsformen von Getrieberädern 100, 200 verhindern bzw. vermindern die Körperschallausbreitung durch passive Dämpfung, wobei die Dämpfungszonen 108, 208 auch eine Selbsteinstellung über die Verzahnung ermöglichen. Dadurch wird die Verzahnungskapazität besser ausgenutzt und über eine Verminderung des Verschleißes die Lebensdauer erhöht.
Bei der zweiten Ausführungsform, die ein Zwischenrad eines Stirnradgetriebes zeigt, ist noch beachtlich, dass durch den Überlast-Stützring 220, der bei Erreichen einer maximal zulässigen Spannung in den Dämpfungsringen 210, 211 auf Anschlag geht, auch sehr große Radiallasten übertragen werden können, ohne dass eine Zerstörung der Dämpfungsringe 210, 211 erfolgt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 3942761 A1 [0003, 0003]

Claims

Getrieberad, mit einer Nabe (104; 204) und einem äußeren Eingriffsring (106; 206), wobei zwischen der Nabe (104; 204) und dem Eingriffsring (106; 206) eine Dämpfungszone (108; 208) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfungszone (108; 208) als eine momentenarme Verbindung der Nabe (104; 204) und des Eingriffsringes (106; 206) ausgebildet ist.
Getrieberad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfungszone (108; 208) als Dämpfungsring (110; 210, 211), vorzugsweise mit entlang ihres Umfanges gleichen Querschnitten und Abmessung ausgebildet ist.
Getrieberad nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfungszone (108; 208), insbesondere der Dämpfungsring aus einem Metallschaum, einem Metall-Polymerschaum oder aus einem Polymerwerkstoff, insbesondere aus einem Polymerschaum, Aluminiumschaum oder Stahlschaum gebildet sind.
Getrieberad nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Nabe (204) und dem äußeren Eingriffsring (206) Überlastspeichen oder ein Überlast-Stützring (220) angeordnet sind, welche bei einer radialen Überlastung in Eingriff gelangen.
Getrieberad nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Überlastspeichen nur an einem ihrer stirnseitigen Enden fest angeschlossen sind.
Getrieberad nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Überlastspeichen an dem äußeren Eingriffsring fest angeschlossen, insbesondere einstückig ausgebildet sind.
Getrieberad nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Dämpfungszone, insbesondere dem Dämpfungsring (110; 210, 211) und der Nabe (104; 204) einerseits sowie dem Eingriffsring (106; 206) und der Nabe (104; 204) andererseits eine Kleb- und/oder Pressverbindung ausgebildet ist.
Getrieberad nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Getrieberad (100; 200) als Getriebezwischenrad, insbesondere zur Anordnung zwischen zwei Verzahnungen ausgebildet ist.
Getriebe mit einem Antriebsrad, einem Abtriebsrad und mindestens einem Zwischenrad, dadurch gekennzeichnet, dass das Zwischenrad gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 ausgebildet ist.
Getriebe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe als Planetengetriebe ausgebildet ist, wobei die Getrieberäder als Planetenräder ausgebildet sind.