DE102018002927A1

DE102018002927A1 - Gear, in particular for a motor vehicle, and wheel with at least one such gear

Info

Publication number: DE102018002927A1
Application number: DE102018002927.2A
Authority: DE
Inventors: Rayk Gutsche; Helmut Schaefer; Simon Schlingmann; Max Schmid
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2018-04-11
Filing date: 2018-04-11
Publication date: 2019-10-17

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Zahnrad (20), mit einer aus einem Kunststoff gebildeten Verzahnung (22), welche mehrere, in Umfangsrichtung (26) des Zahnrads (20) aufeinanderfolgende Zähne (24) mit jeweiligen Zahnflanken (28) aufweist, wobei eine der jeweiligen Zahnflanken (28) des jeweiligen Zahns (24) im Bereich ihres Einlaufs zurückgenommen ist.The invention relates to a toothed wheel (20), having a toothing (22) formed from a plastic, which has a plurality of teeth (24) which follow one another in the circumferential direction (26) of the toothed wheel (20) and have respective tooth flanks (28), one of the respective teeth Tooth flanks (28) of the respective tooth (24) is withdrawn in the region of its inlet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Zahnrad, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Des Weiteren betrifft die Erfindung einen Radsatz, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit wenigstens einem solchen Zahnrad.The invention relates to a gear, in particular for a motor vehicle, according to the preamble of claim 1. Furthermore, the invention relates to a wheel, in particular for a motor vehicle, with at least one such gear.

Ein solches Zahnrad ist beispielsweise bereits der DE 199 58 670 A1 als bekannt zu entnehmen. Das Zahnrad weist eine aus einem Kunststoff gebildete Verzahnung auf, welche mehrere, in Umfangsrichtung des Zahnrads aufeinanderfolgende und insbesondere voneinander beabstandete Zähne mit jeweiligen Zahnflanken umfasst.Such a gear is for example already DE 199 58 670 A1 to be known as known. The gear has a toothing formed from a plastic, which comprises a plurality of, in the circumferential direction of the gear successive and in particular spaced-apart teeth with respective tooth flanks.

Des Weiteren offenbart die WO 2011/101120 A1 ein Zahnrad, welches Zähne aufweist, bei denen zumindest jeweils ein erster Abschnitt des jeweiligen Zahns im Querschnitt eine Außenkontur aufweist, die in zumindest einen Teilbereich der Außenkontur gegenüber der Außenkontur eines angrenzenden zweiten Abschnittes des Zahnrads vorsteht und elastisch ausgebildet und/oder gelagert ist.Furthermore, the WO 2011/101120 A1 a toothed wheel, which has teeth in which at least in each case a first portion of the respective tooth has an outer contour in cross-section which protrudes into at least a portion of the outer contour relative to the outer contour of an adjacent second portion of the gear and is elastically formed and / or stored.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Zahnrad und einen Radsatz der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass sich ein besonders vorteilhaftes Geräuschverhalten realisieren lässt.Object of the present invention is to develop a gear and a wheelset of the type mentioned in such a way that a particularly advantageous noise behavior can be realized.

Diese Aufgabe wird durch ein Zahnrad mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch einen Radsatz mit den Merkmalen des Patentanspruchs 5 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.This object is achieved by a gear with the features of claim 1 and by a wheel with the features of claim 5. Advantageous embodiments with expedient developments of the invention are specified in the remaining claims.

Um ein Zahnrad der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass sich ein besonders vorteilhaftes Geräuschverhalten realisieren lässt, das heißt dass die Entstehung von unterwünschten Geräuschen vermieden oder zumindest gering gehalten werden kann, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass wenigstens oder genau eine der jeweiligen Zahnflanken des jeweiligen Zahns im Bereich ihres Einlaufs zurückgenommen ist. Durch diese Rücknahme der jeweiligen Zahlflanke im Bereich ihres Einlaufs sind eine Korrektur und eine Optimierung der jeweiligen Zahnflanke, insbesondere ihrer Zahnflankengeometrie, realisiert, um dadurch die Entstehung von unerwünschten Geräuschen vermeiden oder zumindest gering halten sowie eine besonders hohe Robustheit beziehungsweise eine besonders hohe Lebensdauer des Zahnrads realisieren zu können.To further develop a gear specified in the preamble of claim 1 type such that a particularly advantageous noise behavior can be realized, that is the emergence of unwanted noise can be avoided or at least minimized, it is inventively provided that at least or exactly one of respective tooth flanks of the respective tooth is withdrawn in the region of its inlet. By this withdrawal of the respective number edge in the region of its inlet a correction and optimization of the respective tooth flank, in particular its tooth flank geometry realized to thereby avoid the formation of unwanted noise or at least keep low and a particularly high robustness or a particularly long service life of the gear to be able to realize.

Zur Erfindung gehört auch ein Radsatz, mit wenigstens zwei miteinander kämmenden Zahnrädern. Dies bedeutet, dass die Zahnräder über ihre jeweiligen Verzahnungen in Eingriff miteinander stehen. Dabei ist zumindest eines der Zahnräder des erfindungsgemäßen Radsatzes als ein erfindungsgemäßes Zahnrad ausgebildet. Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Zahnrads sind als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Radsatzes anzusehen und umgekehrt.The invention also includes a wheel, with at least two meshing gears. This means that the gears are in engagement with each other via their respective teeth. In this case, at least one of the gears of the wheelset according to the invention is designed as an inventive gear. Advantages and advantageous embodiments of the gear according to the invention are to be regarded as advantages and advantageous embodiments of the wheelset according to the invention and vice versa.

Beispielsweise ist das erfindungsgemäße Zahnrad vollständig aus einem Kunststoff gebildet, um dadurch das Gewicht des Zahnrads besonders gering halten zu können. Die der Erfindung zugrundeliegende Idee ist es, das Geräuschverhalten des erfindungsgemäßen, als Kunststoffzahnrad ausgebildeten Zahnrads zu verbessern und dessen Lebensdauer zu erhöhen, indem die Belastung der jeweiligen Zahnflanke in einen Bereich hoher Tragfähigkeit verschoben wird. Dabei liegt der Erfindung die Erkenntnis zugrunde, dass durch den geringen E-Modul des Kunststoffes, aus welchem zumindest die Verzahnung des Zahnrads oder das Zahnrad insgesamt gebildet ist, die Zähen der Verzahnung nennenswert verformt werden, und der Berührpunkt des Zahneingriffs verschiebt sich in einen ungünstigen Bereich. Durch die erfindungsgemäße Korrektur in Form der Rücknahme kann der Berührpunkt in einen Optimalbereich geschoben werden, um übermäßige Belastungen und übermäßige Geräusche zu vermeiden und somit eine hohe Lebensdauer realisieren zu können. Hierdurch können als Kunststoffzahnräder ausgebildete Zahnräder flexibel und vielfältig verwendet werden.For example, the gear according to the invention is completely formed from a plastic, thereby being able to keep the weight of the gear particularly low. The idea underlying the invention is to improve the noise behavior of the gear designed as a plastic gear according to the invention, and to increase its life by the load of the respective tooth flank is shifted to a region of high load capacity. In this case, the invention is based on the finding that due to the low modulus of elasticity of the plastic from which at least the toothing of the toothed wheel or the toothed wheel as a whole is formed, the teeth of the toothing are significantly deformed, and the point of contact of the toothed tooth shifts into an unfavorable one Area. By means of the correction according to the invention in the form of redemption, the contact point can be pushed into an optimum region in order to avoid excessive loads and excessive noise and thus to be able to realize a long service life. As a result, trained as plastic gears gears can be used flexibly and varied.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the following description of a preferred embodiment and from the drawing. The features and feature combinations mentioned above in the description as well as the features and feature combinations mentioned below in the description of the figures and / or in the figures alone can be used not only in the respectively specified combination but also in other combinations or in isolation, without the scope of To leave invention.

Die Zeichnung zeigt in:

1 ausschnittsweise eine schematische Perspektivansicht eines aus Stahl gebildeten Zahnrads, wobei 1 der Erläuterung des Hintergrunds der Erfindung dient;
2 ausschnittsweise eine schematische Perspektivansicht eines aus Kunststoff gebildeten Zahnrads;
3 ausschnittsweise eine schematische Seitenansicht eines Radsatzes, welcher zwei miteinander kämmende und jeweils aus einem Stahl gebildete Zahnräder aufweist, wobei 3 der Erläuterung des Hintergrunds der Erfindung dient; und
4 ausschnittsweise eine schematische Seitenansicht eines Radsatzes, welcher zwei miteinander kämmende Zahnräder aufweist, wobei ein erstes der Zahnräder aus einem Stahl und das zweite Zahnrad aus einem Kunststoff gebildet ist.

The drawing shows in:

1 a schematic perspective view of a steel gear formed in detail, wherein 1 to explain the background of the invention is used;
2 1 is a schematic perspective view of a gear made of plastic;
3 Partially a schematic side view of a wheel, which two intermeshing and each one Steel formed gears, wherein 3 to explain the background of the invention is used; and
4 a schematic side view of a wheel set, which has two meshing gears, wherein a first of the gears of a steel and the second gear is formed of a plastic.

In den Fig. sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.In the figures, the same or functionally identical elements are provided with the same reference numerals.

1 zeigt ausschnittsweise in einer schematischen Perspektivansicht ein Zahnrad 10, welches aus einem Stahl gebildet ist. Somit ist das Zahnrad 10 als ein Stahlzahnrad ausgebildet. Das Zahnrad 10 weist eine aus dem Stahl gebildete Verzahnung 12 mit mehreren, in Umfangsrichtung des Zahnrads 10 aufeinander folgenden und voneinander beabstandeten Zähnen 14 auf. Die Umfangsrichtung des Zahnrads 10 ist in 1 durch einen Doppelpfeil 16 veranschaulicht. Da die Zähne 14 in Umfangsrichtung des Zahnrads 10 voneinander beabstandet sind, ist zwischen jeweils zwei unmittelbar benachbarten der Zähne 14 genau eine Zahnlücke vorgesehen. In die Zahnlücke kann beispielsweise ein Zahn eines weiteren Zahnrads eingreifen, sodass das weitere Zahnrad mit dem Zahnrad 10 kämmt. Wie ferner aus 1 erkennbar ist, weist der jeweilige Zahn 14 jeweilige Zahnflanken 18 auf, welche in Umfangsrichtung des Zahnrads 10 voneinander abgewandt sind. Bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Verzahnung 12 als eine Schrägverzahnung ausgebildet. 1 shows a detail of a schematic perspective view of a gear 10 which is made of a steel. Thus, the gear is 10 formed as a steel gear. The gear 10 has a toothing formed from the steel 12 with several, in the circumferential direction of the gear 10 successive and spaced teeth 14 on. The circumferential direction of the gear 10 is in 1 by a double arrow 16 illustrated. Because the teeth 14 in the circumferential direction of the gear 10 are spaced apart, is between each two immediately adjacent the teeth 14 exactly one tooth gap provided. In the tooth gap, for example, a tooth of another gear engage, so that the other gear with the gear 10 combs. As further out 1 is recognizable, the respective tooth points 14 respective tooth flanks 18 on, which in the circumferential direction of the gear 10 facing away from each other. At the in 1 embodiment shown is the toothing 12 formed as a helical toothing.

Zahnräder sind vielfältig als drehmomentübertragende und drehmomentwandelnde sowie wegüberbrückende Bauteile in Elektro- und Verbrennungsmotoren sowie Getrieben aller Art im Einsatz. Aus Geräuschgründen sollte hierbei auf eine korrekte Mikrogeometrie der Zahnflanken geachtet werden. Der Zahneingriff ist nur dann geräuscharm, wenn die Geometrie von antreibendem und angetriebenem Zahn im Mikrometerbereich zueinander passt. Bereits kleine Abweichungen der Zahnprofile in Alpha- und Beta-Richtung können zu unerwünschten Geräuschen wie Heulen oder impulshaltigen Anregungen führen. Zur Harmonisierung der Zahneingriffskräfte und damit zur Realisierung eines geringeren Geräuschniveaus wird vielfach eine Schrägverzahnung verwendet. Die Gesamtüberdeckung als Maß für die Anzahl der Zähne, die im Eingriff sind, kann durch die Schrägverzahnung gleichmäßiger und größer gestaltet werden. Die Zahnkräfte teilen sich auf mehrere Zähne auf, die gleichzeitig im Eingriff sind, was gegenüber einer Geradverzahnung zu weniger Geräuschen führt. Dies ist insbesondere bei Elektrofahrzeugen von Vorteil, da dort Geräusche eines Verbrennungsmotors, dessen Geräusche Verteilungsgeräusche überdecken beziehungsweise verdecken können, fehlen.Gears are widely used as torque-transmitting and torque-converting as well as wegunbrückende components in electric and internal combustion engines and transmissions of all kinds in use. For reasons of noise, care should be taken to ensure correct microgeometry of the tooth flanks. The meshing is silent only when the geometry of driving and driven tooth in the micrometer range match each other. Even small deviations of the tooth profiles in alpha and beta direction can lead to unwanted noise such as howling or impulsive suggestions. To harmonize the meshing forces and thus to achieve a lower noise level helical gear is often used. The overall coverage as a measure of the number of teeth that are engaged can be made smoother and greater by the helical gearing. The tooth forces are divided into several teeth, which are simultaneously engaged, which leads to less noise compared to a spur toothing. This is particularly advantageous in electric vehicles, because there are noises of an internal combustion engine, the noise of which can cover or hide distribution noise.

Die Zahnkräfte führen zu einer, insbesondere elastischen, Verformung der Zähne. Üblicherweise werden Zahnräder im Automobilbau aus Stahl hergestellt. Die Verformung kann aufgrund des hohen E-Moduls, welcher beispielsweise in einem Bereich von einschließlich 200 bis einschließlich 210 Gigapascal liegt, in den meisten Fällen vernachlässigt werden, da die Zahnkräfte aus Geräuschgründen so klein sind, dass sie nicht zu einer signifikanten Verformung führen.The tooth forces lead to a, in particular elastic, deformation of the teeth. Usually gears are made in the automotive industry of steel. The deformation can be neglected in most cases due to the high modulus of elasticity, which is for example in a range of 200 to 210 inclusive inclusive, since the tooth forces are so small that they do not lead to a significant deformation due to noise.

Anders verhält es sich bei der Verwendung von Kunststoffzahnrädern, welche Zahnräder sind, die aus einem jeweiligen Kunststoff gebildet sind. Hier kann der E-Modul um zwei Größenordnungen kleiner sein und sich abhängig vom gewählten Kunststoff im Bereich von einschließlich 2 bis einschließlich 5 Gigapascal bewegen. Bei gleicher Zahnkraft verformt sich der Zahn in diesem Fall deutlich stärker als bei Stahl, wobei sich beispielsweise ein Zahn aus einem Kunststoff 40- bis 100-fach stärker verformt als ein Zahn aus Stahl. Außerdem wird bei Verwendung von Kunststoff als Zahnradmaterial auch die Lebensdauer eine entscheidende Auslegungsgröße. Durch die innere Dämpfung des Kunststoffs können größere Drehmomente geräuscharm übertragen werden, allerdings ist die Tragfähigkeit der Kunststoffe den meist verwendeten Zahnradmaterialien auf Stahlbasis deutlich unterlegen.The situation is different with the use of plastic gears, which are gears that are formed from a respective plastic. Here, the modulus of elasticity can be smaller by two orders of magnitude and, depending on the plastic chosen, can range from 2 to 5 gigapascals inclusive. In the case of the same tooth force, the tooth deforms significantly more in this case than in steel, for example a tooth made of a plastic 40 - up to 100 times more deformed than a steel tooth. In addition, when using plastic as a gear material and the life of a crucial design size. Due to the internal damping of the plastic larger torques can be transmitted with low noise, however, the sustainability of the plastics is the steel wheel-based gear used most clearly inferior.

1 zeigt das typische Laufbild, wie es bei Stahlzahnrädern bekannt ist. Durch die Längs- und Querballigkeit liegen die Orte beziehungsweise Stellen mit höchsten Hertz'schen Pressungen im Bereich einer Ellipse E in der Mitte der jeweiligen Zahnflanke 18. Bei dem Zahnrad aus Kunststoff verschiebt sich der Ort der höchsten Beanspruchung an die zuerst einlaufende Kante, was an Zahnrädern aus internen Prüfstands- und Fahrzeug-Dauerläufen ermittelt werden konnte. 1 shows the typical motion picture, as it is known with steel gears. Due to the longitudinal and transverse balancing the places or places with highest Hertzian pressure in the range of an ellipse e in the middle of the respective tooth flank 18 , In the case of the plastic gear, the location of the highest stress shifts to the first leading edge, which could be determined on gears from internal test bench and vehicle endurance tests.

2 zeigt ausschnittsweise in einer schematischen Perspektivansicht ein Zahnrad 20, welches eine aus einem Kunststoff gebildete Verzahnung 22 aufweist. Die Verzahnung 22 weist mehrere, in Umfangsrichtung des Zahnrads 20 aufeinander folgende und voneinander beabstandete Zähne 24 auf, wobei in 2 die Umfangsrichtung des Zahnrads 20 durch einen Doppelpfeil 26 veranschaulicht ist. Wie bereits zum Zahnrad 10 geschildert, ist dadurch, dass die Zähne 24 voneinander beabstandet sind, in Umfangsrichtung zwischen jeweils zwei unmittelbar benachbarten der Zähne 24 eine Zahnlücke angeordnet, in die ein Zahn einer Verzahnung eines weiteren Zahnrads eingreifen kann. Der jeweilige Zahn 24 weist dabei jeweilige, insbesondere in Umfangsrichtung des Zahnrads 20 voneinander abgewandte, Zahnflanken 28 auf. Der zuvor genannte Ort der höchsten Beanspruchung bei einem herkömmlichen, auch als Kunststoffzahnrad oder Kunststoffrad bezeichneten Zahnrad aus Kunststoff ist in 2 erkennbar und dort mit B bezeichnet. Demzufolge ist die zuvor genannte, zuerst einlaufende Kante mit K bezeichnet. Auch die Verzahnung 22 ist als eine Schrägverzahnung ausgebildet. Durch die Verformung der Kunststoffzähne verschiebt sich der Berührpunkt, und der Zahneingriff findet nicht mehr entlang der ausgelegten Eingrifflinie statt. Dies führt zu einer höheren Bauteilbelastung und wird die Tragfähigkeit und das Geräuschverhalten negativ beeinflussen. 2 shows a detail of a schematic perspective view of a gear 20 , which is a toothing formed from a plastic 22 having. The gearing 22 has several, in the circumferential direction of the gear 20 successive and spaced teeth 24 on, in 2 the circumferential direction of the gear 20 by a double arrow 26 is illustrated. As already to the gear 10 pictured, is that the teeth 24 spaced apart, in the circumferential direction between each two immediately adjacent the teeth 24 arranged a tooth gap, in which a tooth of a toothing of another gear can engage. The particular tooth 24 in this case has respective, in particular in the circumferential direction of the gear 20 from one another facing away, tooth flanks 28 on. The aforementioned place of highest stress in a conventional, also referred to as a plastic gear or plastic wheel gear made of plastic is in 2 recognizable and designated there with B. Accordingly, the aforementioned, first incoming edge is denoted by K. Also the gearing 22 is formed as a helical toothing. Due to the deformation of the plastic teeth, the contact point shifts, and the tooth engagement no longer takes place along the designed engagement line. This leads to a higher component load and will adversely affect the load capacity and noise behavior.

Um die zuvor genannten Probleme und Nachteile eines Kunststoffrads vermeiden zu können, ist es vorzugsweise vorgesehen, dass wenigstens oder vorzugsweise genau eine der jeweiligen Zahnflanken 28 des jeweiligen Zahns 24 im Bereich ihres Einlaufs zurückgenommen ist. Mit anderen Worten, da es für einen geräuscharmen und lebensdauermaximalen Lauf auf die Mikrogeometrie der Zahnflanken 28 ankommt, ist eine klassische Zahngeometrie nicht optimal. Bei einer Schrägverzahnung läuft der jeweilige Zahn nicht sauber ein, da der zuvor im Eingriff befindliche Zahn durch den geringen E-Modul des Kunststoffes elastisch verformt wurde. Der Abstand zwischen dem vorausgehenden und dem gleich in Eingriff kommenden Zahn wird durch die Verformung verändert. Treibt beispielsweise ein Stahlzahnrad ein Kunststoffrad an, so wird der aus Kunststoff gebildete Zahn, welcher auch als Kunststoffzahn bezeichnet wird, verformt. Der nächste Kunststoffzahn ist dann nicht mehr im richtigen Abstand (Teilung), sondern kommt zu weit hinten in Eingriff. Dies entspricht einem elastischen Teilungsfehler.In order to avoid the aforementioned problems and disadvantages of a plastic wheel, it is preferably provided that at least or preferably exactly one of the respective tooth flanks 28 of the respective tooth 24 withdrawn in the area of their entry. In other words, as it is for a low-noise and maximum life span on the microgeometry of the tooth flanks 28 arrives, a classic tooth geometry is not optimal. In helical gearing, the respective tooth does not run cleanly, since the previously engaged tooth was elastically deformed by the low modulus of elasticity of the plastic. The distance between the preceding and the immediately meshing tooth is changed by the deformation. For example, if a steel gear drives a plastic wheel, the tooth made of plastic, which is also called a plastic tooth, is deformed. The next plastic tooth is then no longer at the correct distance (pitch), but comes too far back into engagement. This corresponds to an elastic division error.

3 zeigt ausschnittsweise in einer schematischen Seitenansicht einen Radsatz 30, welcher das Zahnrad 10 und ein weiteres Zahnrad 32 aufweist, wobei die Zahnräder 10 und 32 miteinander kämmen. Dabei sind beide Zahnräder 10 und 32 als Stahlzahnräder ausgebildet, sodass auch das Zahnrad 32 eine aus Stahl gebildete Verzahnung 34 mit in Umfangsrichtung des Zahnrads 32 voneinander beabstandeten Zähnen 36 mit jeweiligen Zahnflanken 38 aufweist. Um beispielsweise die Zähne 14 voneinander unterscheiden zu können, ist ein erster der Zähne 14 mit 40 bezeichnet, und ein zweiter der Zähne 14 ist mit 42 bezeichnet. Demzufolge ist ein erster der Zähne 36 mit 44 bezeichnet, und ein zweiter der Zähne 36 ist mit 46 bezeichnet. 3 shows a detail of a schematic side view of a wheelset 30 which the gear 10 and another gear 32 having, wherein the gears 10 and 32 comb each other. Both gears are here 10 and 32 designed as steel gears, so that the gear 32 a toothing made of steel 34 with in the circumferential direction of the gear 32 spaced apart teeth 36 with respective tooth flanks 38 having. For example, the teeth 14 Being able to distinguish from each other is a first of the teeth 14 designated 40, and a second of the teeth 14 is designated 42. As a result, a first of the teeth 36 designated 44, and a second of the teeth 36 is designated 46.

Somit ist in 3 der Zahneingriff zwischen den Stahlrädern erkennbar. Die Geometrie der beiden Zahnräder 10 und 32 ändert sich unter Last nur geringfügig. Zum in 3 dargestellten Zeitpunkt überträgt der Zahn 46 einen Großteil des Drehmoments auf den Zahn 42. Der Zahn 44 beginnt an einem Punkt P, den Zahn 40 zu berühren. Bei dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Zahnrad 10 das angetriebene Zahnrad, welches von dem Zahnrad 32 angetrieben wird, sodass das Zahnrad 32 das treibende Zahnrad ist. Dabei veranschaulichen in 3 Pfeile 48 jeweilige Drehrichtungen der Zahnräder 10 und 32.Thus, in 3 the meshing between the steel wheels recognizable. The geometry of the two gears 10 and 32 changes only slightly under load. To in 3 shown time transfers the tooth 46 a large part of the torque on the tooth 42 , The tooth 44 starts at one point P , the tooth 40 to touch. At the in 3 embodiment shown is the gear 10 the driven gear, which of the gear 32 is driven, so the gear 32 the driving gear is. This illustrate in 3 arrows 48 respective directions of rotation of the gears 10 and 32 ,

Handelt es sich beispielsweise bei dem angetriebenen Zahnrad um ein Kunststoffrad, dann kommt es zu stärkeren Verformungen. Dies ist in 4 dargestellt. 4 zeigt ausschnittsweise in einer schematischen Seitenansicht einen Radsatz 50, welcher das Zahnrad 32 und beispielsweise das Zahnrad 20 umfasst, wobei die Zahnräder 20 und 32 miteinander kämmen. Um auch in 4 die Zähne 24 unterscheiden zu können, ist ein erster der Zähne 24 mit 52 und ein zweiter der Zähne 24 mit 54 bezeichnet.If, for example, the driven gear is a plastic wheel, then stronger deformations occur. This is in 4 shown. 4 shows a detail of a schematic side view of a wheelset 50 which the gear 32 and for example the gear 20 includes, where the gears 20 and 32 comb each other. To also in 4 the teeth 24 Being able to distinguish is the first of the teeth 24 With 52 and a second of the teeth 24 With 54 designated.

Wie aus 4 erkennbar ist, verformt sich der Zahn 52 unter Last, die von dem Zahn 46 auf den Zahn 52 übertragen wird. In 4 zeigen gestrichelte Linien beziehungsweise gestrichelte Profile die Zahnräder 32 und 20 ohne Verformung, das heißt in einem lastfreien Zustand, während in 4 durchgezogene Linien beziehungsweise Profile die Zahnräder 20 und 32 in verformtem beziehungsweise belastetem Zustand zeigen. Aufgrund der Verformung des Zahns 52 läuft der Zahn 44 nicht sanft in dem Punkt P in den Zahn 54 ein, sondern es kommt zu einer Überhöhung der Hertz'schen Pressung in dem Punkt P, falls keine entsprechenden Gegenmaßnahmen getroffen sind. Diese Überhöhung der Hertz'schen Pressung führt zu Grübchenbildung, was die Lebensdauer des Kunststoffzahnrads verkürzt.How out 4 recognizable, the tooth deforms 52 under load, from the tooth 46 on the tooth 52 is transmitted. In 4 dashed lines and dashed profiles show the gears 32 and 20 without deformation, that is in a no-load condition, while in 4 solid lines or profiles the gears 20 and 32 show in deformed or loaded state. Due to the deformation of the tooth 52 the tooth is running 44 not gentle in the point P in the tooth 54 but there is an exaggeration of the Hertzian pressure in the point P if no appropriate countermeasures are taken. This increase in the Hertzian pressure leads to pitting, which shortens the life of the plastic gear.

Um diese übliche, hochbelastete Stelle zu entlasten, wird die jeweilige belastete Zahnflanke 28 im Bereich ihres Einlaufs zurückgenommen, sodass die jeweilige belastete Zahnflanke 28 im Bereich ihres Einlaufs eine Rücknahme aufweist. Dieses Phänomen tritt bei geradverzahnten Zahnrädern in Flankenrichtungen bei schräg verzahnten Zahnrädern sowie in Flanken- als auch in axialer Richtung auf. Ersteres kann durch eine Korrektur durch eine Fußrücknahme des treibenden Zahnrads oder durch eine Kopfrücknahme des angetriebenen Zahnrads erfolgen. Wahlweise ist auch eine Kombination der beiden Korrekturen möglich. Bei einer Schrägverzahnung wird zusätzlich eine einseitige Modifizierung der Breitenballigkeit an einem oder beiden Zahnrädern gegebenenfalls vorgesehen. Hierbei ist die elastische Verformung von Rad und Ritzel zu berechnen und der elastische Teilungsfehler ist zu bestimmen. Durch die Flankenkorrektur wird der einlaufende Teil der Zahnflanke entlastet und der Ort der maximalen Pressung wieder in die Mitte der Zahnflanke verschoben. Dort ist die Relativgeschwindigkeit von Rad und Ritzel minimal und insbesondere 0 im Bereich des Teilkreises. Der Einlauf des Zahnrads wird harmonischer, da kein Steifigkeitssprung der Verzahnung mehr auftritt. Die Lebensdauer des Kunststoffrads wird auf diese Weise verlängert, das Geräuschverhalten verbessert. Die unbelastete Zahnflanke sowie der Bereich des Auslaufs werden nicht korrigiert und bleiben in der von der Norm vorgesehenen Form. Somit ist es vorzugsweise vorgesehen, dass nur diejenige der jeweiligen Zahnflanke 28 des jeweiligen Zahns 24 im Bereich ihres Einlaufs zurückgenommen ist, die als die belastete der Zahnflanken 28 des jeweiligen Zahns 24 ausgebildet ist.To relieve this usual, highly stressed point, the respective loaded tooth flank 28 withdrawn in the region of their inlet, so that the respective loaded tooth flank 28 Has a withdrawal in the area of their enema. This phenomenon occurs in straight-toothed gears in flank directions in helical gears and in flank as well as in the axial direction. The former can be done by a correction by a foot return of the driving gear or by a head return of the driven gear. Optionally, a combination of the two corrections is possible. In a helical gearing, a one-sided modification of the width crowning on one or both gears is optionally provided. Here, the elastic deformation of wheel and pinion is calculated and the elastic pitch error is to be determined. The edge correction relieves the incoming part of the tooth flank and moves the location of the maximum pressure back into the middle of the tooth flank. There, the relative speed of the wheel and pinion is minimal and in particular 0 in the range of the pitch circle. The inlet of the gear becomes more harmonious, since no jump in stiffness of the toothing occurs more. The life of the plastic wheel is extended in this way, the noise behavior improves. The unloaded tooth flank and the area of the spout are not corrected and remain in the form provided by the standard. Thus, it is preferably provided that only that of the respective tooth flank 28 of the respective tooth 24 in the area of its inlet is withdrawn, as the loaded tooth flanks 28 of the respective tooth 24 is trained.

Da ein Kunststoffzahnrad beispielsweise spritzgegossen wird, können die genannten Korrekturen bereits in einem Spritzgießwerkzeug zum Herstellen des Kunststoffzahnrads vorgehalten werden.Since a plastic gear wheel is injection molded, for example, said corrections can already be kept in an injection mold for producing the plastic gear wheel.

Im Folgenden wird eine Kompensation der Wärmedehnung beschrieben: Zusätzlich können die für Kunststoffzahnräder in Frage kommenden Kunststoffe einen deutlich größeren Wärmeausdehnungskoeffizienten als Stahl aufweisen. Das Zahnflankenspiel nimmt von Raumtemperatur zu Betriebstemperatur durch Wärmeausdehnung ab. Ein Vorteil der Kunststoffzahnräder ist das deutlich bessere Dämpfungsverhalten. Im Vergleich zu Stahl wird Verformungsenergie im Zahnrad abgebaut. Bei der dynamischen Beanspruchung wird so Energie aus dem System genommen und ein besseres Geräuschverhalten erreicht. Die durch die Dämpfung dissipierte Energie führt zu einer inneren Erwärmung des Zahnrads, was zu einem zusätzlichen Wachstum und dadurch weiter reduziertem Zahnflankenspiel führt. Diese Wärmedehnung soll ebenfalls in die Korrektur der Mikrogeometrie vorgehalten werden.In the following, a compensation of the thermal expansion is described: In addition, the eligible for plastic gears in question plastics can have a significantly larger thermal expansion coefficient than steel. The backlash decreases from room temperature to operating temperature due to thermal expansion. An advantage of the plastic gears is the significantly better damping behavior. Compared to steel, deformation energy in the gearwheel is reduced. In the dynamic load so energy is removed from the system and achieved a better noise performance. The energy dissipated by the damping leads to internal heating of the gear, resulting in additional growth and thus further reduced backlash. This thermal expansion should also be kept in the correction of the micro-geometry.

Ist beispielsweise die Zahnfußfestigkeit des Zahnrads hoch genug, kann der Zahnfußradius reduziert und so die Steifigkeit des Zahns verringert werden. Hierdurch wird der Zahn durch eine reduzierte Steifigkeit elastischer, und es kann eine höhere Dämpfung erreicht werden. Die Kraftverteilung erfolgt auf mehr Zähne, was die Kraft auf den einzelnen Zahneingriff verringert und die Geräuschentwicklung reduziert. Zudem verlängert sich die Lebensdauer der einzelnen Zähne.For example, if the tooth root strength of the gear is high enough, the root radius of the tooth can be reduced, thus reducing the stiffness of the tooth. As a result, the tooth becomes more elastic due to reduced rigidity, and higher damping can be achieved. The force distribution occurs on more teeth, which reduces the force on the individual tooth engagement and reduces the noise. In addition, the life of the individual teeth is extended.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010: Zahnradgear
1212: Verzahnunggearing
1414: Zahntooth
1616: Doppelpfeildouble arrow
1818: Zahnflanketooth flank
2020: Zahnradgear
2222: Verzahnunggearing
2424: Zahntooth
2626: Doppelpfeildouble arrow
2828: Zahnflanketooth flank
3030: Radsatzwheelset
3232: Zahnradgear
3434: Verzahnunggearing
3636: Zahntooth
3838: Zahnflanketooth flank
4040: Zahntooth
4242: Zahntooth
4444: Zahntooth
4646: Zahntooth
4848: Pfeilarrow
5050: Radsatzwheelset
5252: Zahntooth
5454: Zahntooth
BB: Ortplace
Ee: Ellipseellipse
KK: Kanteedge
PP: Pumpepump

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 19958670 A1 [0002]
WO 2011/101120 A1 [0003]

Claims

Gear (20) having a toothing (22) formed from a plastic, which has a plurality of, in the circumferential direction (26) of the gear (20) successive teeth (24) with respective tooth flanks (28), characterized in that one of the respective tooth flanks (28) of the respective tooth (24) is withdrawn in the region of its inlet.

Gear (20) to Claim 1 , characterized in that the respective tooth flank (28) is withdrawn in the region of its inlet by a foot return and / or a head take-back.

Gear (20) to Claim 1 or 2 , characterized in that the toothing (22) is formed as a helical toothing.

Gear (20) to Claim 3 , characterized in that the respective tooth (24) has a one-sided modification of its width crowning.

Wheel set (50), with at least two meshing gears (20, 32), wherein at least one of the gears (20, 32) is formed as a gear (20) according to one of the preceding claims.