DE3934377A1 - Anti-klappervorrichtung fuer ein getriebe - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein manuell schaltbares Getriebe eines Kraftfahrzeuges, das Spiel zwischen Zahnradpaaren aufweist, und ist auf die Ausschaltung von Klappergeräuschen der Zahnräder gerichtet, die aus einem derartigen Spiel resultieren.

Die Optimierung der Schaltbarkeit und die Minimierung von Klapperge­ räuschen der Zahnräder stellen Hauptherausforderungen in bezug auf die Konzeption eines manuell schaltbaren Getriebes dar. In herkömmlicher Weise besitzt ein Paar von miteinander kämmenden Zahnrädern einen Zwischenraum zwischen den miteinander kämmenden Zähnen aufgrund von Herstelltoleranzen und Abmessungen, der üblicherweise als Zahnradspiel bezeichnet wird. Vom Motor hervorgerufene Winkelbeschleunigungen stellen die Hauptursache von Zahnradklappergeräuschen dar, wobei diese Beschleu­ nigungen zyklischer Natur sind. Die hohe Trägheit des Schwungrades eines Motors neigt dazu, die Größe der Winkelbeschleunigungen zu reduzieren; ein Schwungrad mit hoher Trägheit setzt jedoch auch die Beschleunigung des Fahrzeuges herab, was zu einem trägen Betriebsverhalten führt.

Getriebe sind oft größeren Winkelbeschleunigungen ausgesetzt, wobei der Trend auf kleinere Fahrzeugmotoren mit Schwungrädern mit niedriger Trägheit gerichtet ist. Durch Zubehörlasten werden die Winkelbeschleu­ nigungen beträchtlich erhöht, wobei diese Erhöhung im Leerlauf besonders groß ist. Neutrale Klappergeräusche treten im Leerlauf im Ruhezustand des Fahrzeuges bei eingerückter Kupplung und Leerlaufstellung des Getriebes auf. Die auf die Getriebeeingangswelle über den Motor ausgeübte zyklische Winkelbeschleunigung bewirkt, daß die Zähne und Zahnmulden durch das vorhandene Spiel aufeinandertreffen, wodurch Geräusche verursacht werden. Solche Zahnradgeräusche können ausge­ schaltet werden, indem man Zähne und Zahnmulden ohne Spiel verwendet. Dies wird über engere Toleranzen erreicht, wodurch jedoch die Herstel­ lung schwieriger und teurer wird. Darüber hinaus erzeugen spielfreie Zahnräder oft dumpfe Rollgeräusche. Sämtliche miteinander kämmenden Zahnräder des Getriebes stellen mögliche Quellen von neutralen Klappergeräuschen dar, da sie im neutralen bzw. Leerlaufzustand alle im wesentlichen unbelastet sind.

Miteinander kämmende Zahnräder, die im Antriebszustand des Fahrzeuges nicht unter Drehmomentbelastung stehen, stellen jedoch ebenfalls mögliche Quellen von Klappergeräuschen dar. Wenn miteinander kämmende Zahnräder ein ausreichend geringes oder Antriebsdrehmoment übertragen, treten dazwischen keine Rattergeräusche auf. Bei einem manuell schalt­ baren Getriebe mit mehreren Gängen sind offensichtlich mehr miteinander kämmende Zahnräder vorhanden, die kein Drehmoment übertragen, als der spezielle antreibende Räderzug, wobei alle diese unbelasteten mitein­ ander kämmenden Zahnräder Geräusche erzeugen können. Mit Hilfe der vorliegenden Erfindung werden Klappergeräusche zwischen beliebigen unbelasteten miteinander kämmenden Zahnrädern reduziert oder eliminiert.

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anti-Klappervorrichtung für ein Paar von miteinander kämmenden Zahnrädern bei einem manuell schaltbaren Getriebe eines Kraftfahrzeuges. Die Vorrichtung umfaßt eine Verlängerung bzw. Erweiterung aus elastomerem Material auf mindestens einer Seite von mindestens einem Zahnrad des Zahnradpaares, welche an ihrem Umfang Zähne mit dem gleichen Profil wie die Zähne des zugehörigen Zahnrades, jedoch mit einer geringfügig größeren Abmessung aufweist. In einem unbelasteten Zustand steht ein kämmendes Zahnrad normalerweise mit den elastomeren Zähnen der Verlängerung bzw. Erweiterung in Eingriff, um Vibrationen zu dämpfen. Wenn ein geringes bzw. mittleres oder Antriebsdrehmoment übertragen wird, verformt sich das elastomere Material in zunehmender Weise, so daß die metallischen Zähne von beiden Zahnrädern miteinander kämmen können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Konstruktion größter Einfachheit, Wirksamkeit und Wirtschaftlichkeit zu schaffen, die sich leicht zusammenbauen und betreiben läßt.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung im einzelnen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Teilschnitt durch ein Paar von miteinander kämmenden Zahnrädern vor der Anwendung der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 eine perspektivische Teilansicht eines Zahnrades von miteinander kämmenden Zahnrädern, das mit der Anti-Klappervorrichtung versehen ist;

Fig. 3 einen Teilschnitt durch das die Vorrichtung aufweisende Zahnrad entlang Linie 3-3 in Fig. 2;

Fig. 4 einen Schnitt ähnlich Fig. 3, wobei jedoch die Zahnräder drehmomentbelastet sind;

Fig. 5 einen Teilschnitt durch eine abgeänderte Ausführungsform eines Zahnrades, das mit einer Klappergeräusche verhindernden Verlängerung bzw. Erweiterung ausgestattet ist;

Fig. 6 eine perspektivische Teilansicht eines Zahnrades mit einer Erweiterung auf beiden Seiten;

Fig. 7 eine vergrößerte Seitenansicht einer abgeänderten Ausführungsform eines Zahnes der Vorrichtung;

Fig. 8 eine Seitenansicht eines Paares von Zahnrädern, die jeweils mit einer Erweiterung versehen sind; und

Fig. 9 eine Seitenansicht eines Paares von miteinander kämmenden Zahnrädern mit Schrägverzahnung, wobei an einem Zahnrad eine Erweiterung vorgesehen ist.

In Fig. 1 ist ein Paar von miteinander kämmenden Zahnrädern 10 und 12 dargestellt, die jeweils an ihren Umfängen Zähne 11 und 13 aufweisen, wobei Spiel 14 (Flankenspiel) zwischen den Zähnen der Zahnräder vor­ handen ist. Dieses Spiel 14 ist auf die verschiedenartigen Herstell­ toleranzen und die Passung zwischen den Zahnrädern zurückzuführen. Bei diesen Zahnrädern kann es sich um zwei beliebige miteinander kämmende Zahnräder eines manuell schaltbaren Getriebes mit mehreren Gängen (nicht gezeigt) handeln. Aufgrund des Spieles und der Torsionsvibrationen, die im Antriebszug vom Fahrzeugmotor aus auftreten, treten Klappergeräusche der Zahnräder auf, die auf eine Bewegung der Zähne der Zahnräder durch das Spiel hindurch und ein Auftreffen auf die damit kämmenden Zähne des anderen Zahnrades zurückzuführen sind.

Um Zahnradgeräusche in bezug auf Zahnräder zu beseitigen, die nicht drehmomentbelastet sind, ist mindestens eine Seite oder Fläche des Zahnrades mit einer Verlängerung bzw. Erweiterung 21 (Fig. 2) aus elastomerem Material versehen. Diese Erweiterung besitzt die Form eines Ringes 22, wobei Zähne 23 an seinem Umfang im wesentlichen das gleiche Profil wie die Zähne 11 des die Erweiterung tragenden Zahnrades 10 besitzen. Wie in Fig. 3 gezeigt, kann die Erweiterung 21 im wesent­ lichen die gleichen radialen Abmessungen besitzen mit einem eine mittlere Öffnung 24 (Fig. 2), die axial zu der mittleren Öffnung 15 durch die Zahnräder 10 oder 12, die die Welle aufnimmt, angeordnet ist, bildenden Innendurchmesser. Bei einer alternativen Ausführungsform kann die Seitenfläche 17 eines Zahnrades 16, wie bei 18 (Fig. 5) gezeigt, mit einer Schulter versehen sein, um eine elastomere Erweiterung 31 aufzunehmen, die eine mittlere Öffnung 32 besitzt, welche die Schulter 18 am Zahnrad 16 umgibt.

Bei der Erweiterung 21 oder 31 aus elastomerem Material handelt es sich um eine flache Ringscheibe aus einem Material, das einen niedrigen Absorptionskoeffizienten (feuchtigkeitsresistent) und eine hohe Wärmeverformungstemperatur aufweist, um die in einem manuell schaltbaren Fahrzeuggetriebe entstehende Wärme auszuhalten. Geeignete elastomere Materialien sind hitzebeständiger Gummi oder Kunststoff, beispielsweise Nylon, Acetal oder Polyäthersulfon. Die bevorzugte Dicke der Erweiterung beträgt etwa 3,175 mm, obwohl die Breite der Erweiterung von 1,587 mm bis 6,35 mm reichen kann, je nach den räumlichen Beschränkungen innerhalb des Getriebes und der gewünschten Materialverformung.

Die Erweiterung 21 oder 31 ist in geeigneter Weise an der Fläche des zugehörigen Zahnrades 10 oder 16 befestigt, so daß sie sich damit drehen kann. Eine derartige Befestigung kann durch einen geeigneten Kleber erreicht werden, der hohe Temperaturen bis hinauf auf 150°C aushält, beispielsweise Epoxidharz, ferner eine Verkeilung zwischen dem Zahnrad und der Erweiterung oder mit Hilfe von Schrauben oder Stiften, die durch die Erweiterung in das Zahnrad hinein vorstehen. Bei einer Verkeilung muß auch eine axiale Verriegelung zwischen dem Zahnrad und der Erwei­ terung vorgesehen sein, wie beispielsweise durch Anstauchen oder Schmieden des Endes der Schulter. Wenn die Erweiterung mit einem Kleber am Zahnrad verbunden ist, ist nur der Ringkörper oder Ring 22 oder 33 am Zahnrad befestigt, während sich die Zähne 23 oder 34 aufgrund des auf die miteinander kämmenden Zahnräder einwirkenden Drehmomentes frei verformen können, wie bei 25 (Fig. 4) gezeigt. Wie Fig. 5 zeigt, ist die gegen die Erweiterung 31 stoßende Fläche des Zahnrades 16 bei 19 hinterschnitten, so daß Raum zur Aufnahme eines Klebers 20 zur Verfügung steht.

Wie vorstehend erläutert, besitzen die Zähne 23 oder 34 der Erweiterung 21 oder 31 das gleiche Profil wie die Zähne 11 oder 16 a der metallischen Stirnräder 10 oder 16. Die Zähne der Erweiterung sind jedoch im Ver­ gleich zu den Zähnen des Zahnrades geringfügig überdimensioniert. Wie man Fig. 3 entnehmen kann, überlappt die Erweiterung die Zähne des Zahnrades um eine Strecke t, die in einem von 0,051 mm bis 0,178 mm reichenden Bereich liegt, je nach der Größe des Spiels 14. Wenn das Spiel einen Durchschnittswert von 0,127 mm besitzt, wird die Größe der Überlappung auf einen Nennwert von 0,064 mm eingestellt. Wenn daher die Erweiterung auf das Zahnrad 10 aufgebracht worden ist, befinden sich die Zähne 13 des Zahnrades 12 in einem Abstand von den Zähnen 11 des Zahnrades 10, der der Größe des Spieles 14 entspricht, stehen jedoch mit den überdimensionierten Zähnen 23 der Erweiterung 21 (Fig. 3) in Eingriff.

Wenn die Zähne der überdimensionierten Erweiterung einem primären oszillatorischen Drehmoment ausgesetzt sind, dämpfen sie jegliches Durchdringen des Spieles zwischen den Zahnrädern, so daß ein Klappern der Zahnräder bzw. entsprechende Geräusche verhindert werden. Das Material der Erweiterung ist so ausgewählt, daß sich die Zähne der Erweiterung unter einer Drehmomentlast verformen und die Metallzähne der beiden Zahnräder miteinander in Eingriff treten, wenn ein vorge­ gebenes Niveau eines mittleren Drehmomentes überschritten wird.

Die Zähne der Verlängerung bestehen aus einem geeigneten Material, das einer Verformung ausgesetzt ist. So sind die Zähne aus einem massiven elastomeren Material gefertigt, das sich relativ zu den Zähnen des Zahnrades in geeigneter Weise verformt. Wenn jedoch das elastomere Material eine große Härte besitzt, um einen übermäßigen Oberflächen­ verschleiß der Zähne der Verlängerung zu verhindern, können die Zähne nicht ausreichend nachgiebig sein, um in optimaler Weise Torsions­ vibrationen zu absorbieren. Fig. 7 zeigt einen Abschnitt einer Erweiterung 36 mit Zähnen 37 des Zahnrades, die jeweils mit einer Perforation oder Öffnung 38 versehen sind, um ihre Verformbarkeit zu erhöhen.

In Fig. 1 ist eine Erweiterung auf einer Seite eines Zahnrades bei einem Paar von miteinander kämmenden Zahnrädern gezeigt. Fig. 6 hingegen zeigt ein Zahnrad 41, das auf beiden Seiten mit elastomeren Erweiterungen 42, 43 versehen ist. Hierdurch wird die Breite des metallischen Zahnrades reduziert, oder die Breite des damit kämmenden Zahnrades (nicht gezeigt) muß erhöht werden, so daß das damit kämmende Zahnrad mit beiden Verlängerungen in Eingriff steht. Eine weitere Möglichkeit, die in Fig. 8 gezeigt ist, besteht darin, eine elastomere Erweiterung 47 an einer Seite des ersten kämmenden Zahnrades 46 vorzusehen und eine zweite Erweiterung 49 an der gegenüberliegenden Seite des zweiten kämmenden Zahnrades 48 anzuordnen, so daß jedes metallische Zahnrad 46 oder 48 mit einer Erweiterung am gegenüber­ liegenden Zahnrad in Eingriff steht.

Obwohl in Fig. 1 für ein miteinander kämmendes Paar von Stirnrädern 10, 12 gezeigt, kann eine entsprechende elastomere Erweiterung auch für ein miteinander kämmendes Paar von Zahnrädern 51 und 52 mit Schrägverzahnung Anwendung finden, wie in Fig. 9 gezeigt. Hierbei ist eine elastomere Erweiterung 55 in geeigneter Weise an der Seite von einem der beiden Zahnräder 51 oder 52 befestigt. Jedes Zahnrad 51 oder 52 besitzt schräg- bzw. schraubenförmig verlaufende Zähne 53 oder 54, wobei die Erweiterung 55 ebenfalls schräg- bzw. schraubenförmig verlaufende Zähne 56 aufweist, die in geeigneter Weise zu den Zähnen des zugehörigen Zahnrades ausge­ richtet, jedoch geringfügig überdimensioniert sind, wie vorstehend beschrieben. Obwohl für ein Paar von miteinander kämmenden Zahnrädern gezeigt, kann eine elastomere Erweiterung auch auf eine Fläche eines mittleren Zahnrades oder Zwischenzahnrades in einem Antriebszug von drei Zahnrädern aufgebracht werden, wie beispielsweise für den Rückwärtsgang eines manuell schaltbaren Getriebes. Sämtliche dieser Modifikationen bewirken eine Dämpfung der Zahnräder in bezug auf eine oszillatorische Drehmomentbelastung, wobei eine entsprechende Verformung entsteht, wenn ein vorgegebenes Niveau eines mittleren Drehmomentes überschritten wird.

Claims (20)

1. Anti-Klappervorrichtung für ein Paar von miteinander kämmenden Zahnrädern in einem Getriebe, zwischen denen Spiel vorhanden ist, gekennzeichnet durch eine Verlängerung bzw. Erweiterung (21; 42, 43; 47, 49; 55) aus elastomerem Material auf mindestens einer Seite eines Zahn­ rades (10, 41, 46, 51), das Zähne aufweist, die mit einem zweiten Zahn­ rad (12, 48, 52) kämmen können, wobei die Erweiterung die Form einer flachen ringförmigen Scheibe besitzt, die am Zahnrad (10, 41, 46, 51) befestigt ist und Zähne (23, 56) mit dem gleichen Profil wie die Zähne (11) des Zahnrades (10, 41, 46, 51) aufweist, die axial zu den Zähnen dieses Zahnrades ausgerichtet sind, und wobei die Zähne (23, 56) der Erweiterung relativ zu den Zähnen (11) des Zahnrades geringfügig über­ dimensioniert sind, so daß sie das Spiel ausfüllen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zähne (23, 56) der Erweiterung nicht an den Zähnen (11) des Zahnrades (10, 41, 46, 51) befestigt sind, so daß sich die Zähne (23, 56) der Erweiterung unter einer vorgegebenen aufgebrachten Last verformen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Erweiterung (21; 42, 43; 47, 49; 55) eine Dicke in einem Bereich von 1,588 mm bis 6,35 mm besitzt.

4. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Erweiterung (21; 42, 43; 47, 49; 55) aus einem elasto­ meren Material besteht, das einen niedrigen Absorptionskoeffizienten und eine hohe Wärmeverformungstemperatur aufweist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das elastomere Material Polyäthersulfon ist.

6. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Zähne (23, 56) der Erweiterung in einem Bereich von 0,051 mm bis 0,178 mm überdimensioniert sind.

7. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß jeder Zahn (23) der Erweiterung eine querverlaufende Perforation (38) besitzt, um die Verformbarkeit des Zahnes der Erweite­ rung zu verbessern.

8. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Erweiterung (21; 42, 43; 47, 49; 55) mit Hilfe eines Klebers am Zahnrad (10, 41, 46, 51) befestigt ist, der Temperaturen bis zu 150°C aushalten kann.

9. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß eine Erweiterung (42, 43) aus elastomerem Material an jeder Seite des Zahnrades (41) befestigt ist.

10. Anti-Klappervorrichtung für ein Paar von miteinander kämmenden metallischen Zahnrädern, die Zähne mit dazwischen befindlichem Spiel aufweisen, gekennzeichnet durch eine Erweiterung (21; 42, 43; 47, 49; 55) aus elastomerem Material, die an mindestens einer Seite von min­ destens einem der beiden Zahnräder (10, 12; 41; 46, 48; 51) befestigt ist und einen ringförmigen flachen Körper aufweist, an dessen Außenum­ fang Zähne (23, 56) angeordnet sind, die das gleiche Profil wie die Zähne (11) des zugehörigen Zahnrades aufweisen, jedoch relativ zu diesen überdimensioniert sind.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Zähne (23, 56) der Erweiterung zu den Zähnen (11) des zugehörigen Zahn­ rades axial ausgerichtet sind, um das Spiel auszufüllen, wobei die Zähne des damit kämmenden Zahnrades (12, 54) anfangs nur mit den Zähnen (23, 56) der Erweiterung in Kontakt treten, um Vibrationsdrehmomente zu dämpfen.

12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Zähne (23, 56) der Erweiterung derart verformbar sind, daß die metallischen Zähne der miteinander kämmenden Zahnräder (10, 12) mitein­ ander in Eingriff treten, wenn ein mittleres Grenzdrehmoment überschritten wird.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Erweiterungen (42, 43) aus elastomerem Material an gegenüberliegenden Seiten von einem Zahnrad des Paares der Zahnräder befestigt sind.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekenn­ zeichnet, daß jedes Zahnrad (46, 48) gegenüberliegende Seiten besitzt, eine erste elastomere Erweiterung (47) an einer Seite von einem (46) der miteinander kämmenden Zahnräder befestigt ist und eine zweite elastomere Erweiterung (49) an der gegenüberliegenden Seite des zweiten Zahnrades (48) befestigt ist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der metallische Abschnitt eines jeden Zahnrades mit der elastomeren Erweite­ rung des gegenüberliegenden Zahnrades in Eingriff steht.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die miteinander kämmenden Zahnräder Stirnräder sind.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die miteinander kämmenden Zahnräder solche (51, 52) mit Schrägverzahnung sind und daß die Erweiterung (55) mit einer passenden Schrägverzahnung (53, 54) versehen ist.

18. Verfahren zum Verhindern von Zahnradklappergeräuschen zwischen einem Paar von miteinander kämmenden Zahnrädern, zwischen denen Spiel vorhanden ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Erweiterung aus elasto­ merem Material an der Seite von mindestens einem Zahnrad angeordnet wird, um das Spiel auszufüllen, so daß im lastfreien Zustand die metallischen Zähne des einen Zahnrades nur mit den Zähnen der Erweite­ rung in Eingriff stehen und bei Überschreiten eines mittleren Drehmomen­ tes sich die Zähne der Erweiterung verformen, so daß die metallischen Zähne von beiden Zahnrädern miteinander in Eingriff stehen.

19. Anti-Klappervorrichtung für ein Paar von miteinander kämmenden Zahnrädern eines Getriebes, zwischen denen Spiel vorhanden ist, gekennzeichnet durch eine Erweiterung aus elastomerem Material, die auf mindestens einer Seite eines Zahnrades vorgesehen ist, das Zähne aufweist, die mit einem zweiten Zahnrad kämmen können, wobei die Erweiterung die Form einer flachen ringförmigen Scheibe aufweist und Zähne mit dem gleichen Profil wie die Zähne des Zahnrades besitzt, die axial zu diesem ausgerichtet sind, und wobei die Zähne der Erweiterung in sämtlichen Abmessungen relativ zu den Zähnen des Zahnrades gering­ fügig überdimensioniert sind, um das Spiel auszufüllen, wobei die Erweiterung mit Ausnahme ihrer Zähne, die nicht an den Zähnen des Zahnrades befestigt sind, am Zahnrad befestigt ist, so daß sich die Zähne der Erweiterung unter einer vorgegebenen aufgebrachten Last verformen.

20. Anti-Klappervorrichtung für ein Paar von miteinander kämmenden metallischen Zahnrädern eines Getriebes, die Zähne aufweisen, zwischen denen Spiel vorhanden ist, gekennzeichnet durch eine Erweiterung aus elastomerem Material, die an mindestens einer Seite von mindestens einem der beiden Zahnräder angeordnet ist und einen ringförmigen flachen Körper mit Zähnen an seinem Außenumfang aufweist, welche Zähne das gleiche Profil wie die Zähne des zugehörigen Zahnrades besitzen, jedoch in sämtlichen Abmessungen relativ zu diesen überdimensioniert sind, wobei die Zähne der Erweiterung axial zu den Zähnen des Zahnrades ausge­ richtet sind, so daß sie das Spiel ausfüllen, der flache Körper mit Aus­ nahme der elastomeren Zähne, die nicht an den Zähnen des metallischen Zahnrades befestigt sind, an der benachbarten Zahnradfläche befestigt ist und die Zähne des damit kämmenden Zahnrades anfangs nur mit den Zähnen der Erweiterung in Kontakt stehen, um ein vibratorisches Dreh­ moment zu dämpfen.