AT521780B1

AT521780B1 - Verfahren zur Einstellung eines Zahnflankenspiels

Info

Publication number: AT521780B1
Application number: ATA50001/2019A
Authority: AT
Original assignee: Miba Sinter Austria Gmbh
Priority date: 2019-01-03
Filing date: 2019-01-03
Publication date: 2020-07-15
Also published as: AT521780A4; CN111396546A; DE102019133895A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Einstellung eines Zahnflankenspiels innerhalb eines vordefinierbaren Bereichs von einem kämmenden Zahnradpaar aus einem ersten Zahnrad (3), das eine erste Verzahnung (4) mit ersten Zähnen (12) aufweist, und einem zweiten Zahnrad (6), das eine zweite Verzahnung (7) mit zweiten Zähnen (13) aufweist, in einer Antriebsvorrichtung (1), die eine erste Welle (2) und eine Massenausgleichswelle (5) aufweist, wobei das erste Zahnrad (3) auf der ersten Welle (2) und das zweite Zahnrad (6) auf der Massenausgleichswelle (5) angeordnet werden, sodass die erste Verzahnung (4) des ersten Zahnrades (3) mit der zweiten Verzahnung (7) des zweiten Zahnrades (6) in kämmendem Eingriff steht, und wobei ein erster Grundkreisdurchmesser (17) von in Umfangsrichtung des ersten Zahnrades (3) aufeinanderfolgender ersten Zähnen (12) des ersten Zahnrades (3) oder ein zweiter Grundkreisdurchmesser (19) von in Umfangsrichtung des zweiten Zahnrades (6) aufeinanderfolgender zweiter Zähne (13) des zweiten Zahnrades (6) verändert wird.

Description

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Einstellung eines Zahnflankenspiels innerhalb eines vordefinierbaren Bereichs von einem kämmenden Zahnradpaar aus einem ersten Zahnrad, das eine erste Verzahnung mit ersten Zähnen aufweist, und einem zweiten Zahnrad, das eine zweite Verzahnung mit zweiten Zähnen aufweist, in einer Antriebsvorrichtung, die eine erste Welle und eine Massenausgleichswelle aufweist, wobei das erste Zahnrad auf der ersten Welle und das zweite Zahnrad auf der Massenausgleichswelle angeordnet werden, sodass die erste Verzahnung des ersten Zahnrades mit der zweiten Verzahnung des zweiten Zahnrades in kämmendem Eingriff steht.

[0002] Weiter betrifft die Erfindung eine Antriebsvorrichtung umfassend eine erste Welle, insbesondere eine Kurbelwelle, auf der ein erstes Zahnrad angeordnet ist, das eine erste Verzahnung mit ersten Zähnen aufweist, und eine Massenausgleichswelle, auf der ein zweites Zahnrad angeordnet ist, das eine zweite Verzahnung mit zweiten Zähnen aufweist, wobei die erste Verzahnung des ersten Zahnrades mit der zweiten Verzahnung des zweiten Zahnrades in kämmendem Eingriff steht.

[0003] Zudem betrifft die Erfindung ein Zahnrad umfassend einen Zahnradkörper an dessen Außenumfang eine Stirnverzahnung mit Zähnen ausgebildet ist.

[0004] Ausgleichswellen werden in Verbrennungsmotoren bekanntlich dafür eingesetzt, um Schwingungen, die aufgrund freier Massenkräfte und Massenmomente hervorgerufen werden, zu reduzieren. Die Ausgleichswelle wird üblicherweise von der Kurbelwelle angetrieben, wozu sie über ein Zahnrad mit dieser in Wirkverbindung stehen kann. Um dabei die Geräuschentwicklung der miteinander kämmenden Verzahnungen zwischen der Ausgleichswelle und der Kurbelwelle zu reduzieren sind aus dem Stand der Technik Lösungen bekannt, bei denen im Zuge der Montage der Zahnräder versucht wird, das Zahnflankenspiel zwischen den Zähnen der miteinander kämmenden Zahnräder möglichst genau einzustellen.

[0005] Beispielsweise ist aus der WO 2005/054643 A1 eine Kolbenmaschine bekannt, mit mindestens einer Ausgleichswelleneinheit, in deren Kurbelgehäuse eine Kurbelwelle gelagert ist, und an deren Kurbelgehäuse seitlich ein von einem Flansch umgebenes Fenster vorgesehen ist, wobei der Flansch eine Trennfläche bildet, an der das Gehäuse der Ausgleichswelleneinheit mittels Schrauben befestigt ist, und in welchem Gehäuse eine Ausgleichswelle gelagert ist. Die Ausgleichswelle besitzt ein durch das Fenster ins Innere des Kurbelgehäuses ragendes Zahnrad, welches von einem auf der Kurbelwelle sitzenden Zahnrad angetrieben ist. Das Gehäuse der Ausgleichswelleneinheit hat eine Trennfläche, die zur Einstellung des Verzahnungsspiels auf der Trennfläche des Kurbelgehäuses verschiebbar ist, bevor die Schrauben festgezogen werden. Es soll damit auch für ins Gehäuse integrierte Ausgleichswellen bei einfachster Montage einen Weg zur genauen Einstellung des Zahnradeingriffes ermöglicht werden.

[0006] Die DE 101 60 745 A1 beschreibt eine Vorrichtung zur Verringerung von Getriebegeräuschen, insbesondere des Verzahnungsrasselns beim Antrieb von Ausgleichswellen eines Massenausgleichsgetriebes von Brennkraftmaschinen, bei der an einer als Ausgleichswelle ausgebildeten Abtriebswelle im Leerlaufbereich der Antriebswelle drehzahlabhängig eine wirkende Last angeordnet ist. Es soll damit eine kostengünstige Vorrichtung geschaffen werden, die ein Verzahnungsrasseln aufgrund hoher Drehungleichförmigkeiten der Antriebswelle gegenüber der Abtriebswelle, insbesondere bei einem Antrieb von Ausgleichswellen von Brennkraftmaschinen, weitestgehend vermeidet.

[0007] Aus der DE 10 2006 032 592 B4 ist ein Verfahren zur Montage eines Ausgleichswellengetriebes für eine Hubkolben-Brennkraftmaschine bekannt, wobei das Ausgleichswellengetriebe zumindest eine erste und eine zweite Ausgleichswelle aufweist, die gegenläufig zueinander rotierenden und parallel zueinander ausgerichtet sind, mit einem ersten und einem zweiten exzentrisch zu ihren Rotationsachsen angeordneten Ausgleichsgewicht das jeweils separat auf die Ausgleichswelle montierbar ist, wobei die in ersten und zweiten Lagern gelagerten Aus-

gleichswellen über ein erstes und ein zweites an den Ausgleichswellen angeordnetes Zahnrad angetrieben werden. Das Verfahren umfasst folgende Fertigungsschritte: Messen eines Rundlauffehlers des ersten und des zweiten Zahnrades und Markieren des maximalen Rundlauffehlers oder Markieren der Position mit dem maximalen Achsabstand und Feststellen des Bereiches mit dem größten und dem kleinsten Radius für jedes Zahnrad; Einlegen der Ausgleichswellen in die Lager; Ortsfestes Fügen des ersten und des zweiten Zahnrades auf die erste und die zweite Ausgleichswelle derart, dass der maximale Rundlauffehler der Zahnräder zueinander in Eingriff gebracht ist; Fügen des ersten und des zweiten Ausgleichsgewichtes auf die erste und die zweite Ausgleichswelle derart, dass die Massen der Ausgleichsgewichte diametral zueinander an den Ausgleichswellen angeordnet sind, sodass die Fliehkraftwirkung des ersten und des zweiten Ausgleichsgewichts entgegen des maximalen Rundlauffehlers des ersten und des zweiten Zahnrades wirkt. Es wird damit eine Möglichkeit für eine vereinfachte Fertigung und Montage eines Ausgleichswellengetriebes bei gleichzeitiger Reduzierung des Verdrehflankenspiels zur Minimierung des Verzahnungsrasselns geschaffen.

[0008] In den genannten Druckschriften wird also immer im Wesentlichen ausschließlich auf den Ausgangszustand Rücksicht genommen. Betriebsbedingte Abweichungen, insbesondere durch Auslenkungen der Kurbelwelle aufgrund von Zünddruckkräften bleiben darin weitgehend unberücksichtigt.

[0009] Aus der US 2,585,971 A ist ein Zahnrad mit variierender Geschwindigkeit bekannt, das angepasst ist, um in ein Ritzel mit Standardzahnform einzugreifen, wobei das Zahnrad um seine Mitte drehbar ist und einen kreisförmigen Außenumfang und eine nicht kreisförmige Teilungskurve aufweist, die in Bezug auf den kreisförmigen Außenumfang variiert und über das benachbarte Zahnrad kontinuierlich ist.

[0010] Die Aufgabe vorliegender Erfindung besteht in der Schaffung einer Möglichkeit, das akustische Verhalten zweier kämmender Zahnräder in einer Antriebsvorrichtung mit Massenausgleich zu verbessern.

[0011] Die Aufgabe der Erfindung wird mit dem eingangs genannten Verfahren gelöst, nach dem vorgesehen ist, dass der Grundkreisdurchmesser von in Umfangsrichtung des ersten Zahnrades aufeinanderfolgenden ersten Zähnen des ersten Zahnrades oder der Grundkreisdurchmesser von in Umfangsrichtung des zweiten Zahnrades aufeinanderfolgenden zweiten Zähnen des zweiten Zahnrades verändert wird.

[0012] Weiter wird die Aufgabe der Erfindung mit der eingangs genannten Antriebsvorrichtung gelöst, bei der der Grundkreisdurchmesser von in Umfangsrichtung des ersten Zahnrades aufeinanderfolgenden ersten Zähnen des ersten Zahnrades oder der Grundkreisdurchmesser von in Umfangsrichtung des zweiten Zahnrades aufeinanderfolgenden zweiten Zähnen des zweiten Zahnrades variiert.

[0013] Zudem wird die Aufgabe der Erfindung mit dem eingangs genannten Zahnrad gelöst, bei dem ein Grundkreisdurchmesser von in Umfangsrichtung des Zahnrades aufeinanderfolgenden Zähnen unterschiedlich ist.

[0014] Von Vorteil ist dabei, dass mit der Anpassung des Grundkreises eine Reduzierung des Rasselns oder des Heulens der Zahnradpaarung erreicht werden, da damit erreicht werden kann, dass das Verdrehflankenspiel zwischen den kämmenden Zähnen innerhalb eines vordefinierbaren Bereiches bleibt. Durch die Verschiebung des Grundkreises der Zähne können Bewegungen der Massenausgleichswelle aufgrund der Unwucht durch das exzentrisch angeordnete Zusatzgewicht und das dadurch verursachte Lagerspiel besser ausgeglichen werden. Weiter kann damit auch die Bewegung des Kurbelwellenzahnrades aufgrund des Orbits der Kurbelwelle (aufgrund der Zünddrücke) berücksichtigt werden. Mit der Grundkreisverschiebung kann damit einer Vergrößerung über oder einer Verkleinerung des Verdrehflankenspiels unter einen vordefinierbaren Wert entgegengewirkt werden und damit das Akustikverhalten des Zahnrades verbessert werden. Bevorzugt wird mit der Erfindung das Verdrehflankenspiel unter Betriebsbedingungen der Verbrennungskraftmaschine weitgehend konstant gehalten. Gegebenen-

falls ist es möglich, dass der Kopfkreis des Zahnrades unberührt bleibt, also keine weiteren Systemanpassungen erforderlich sind.

[0015] Nach einer bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Verschiebung des Grundkreises der ersten Zähne des ersten Zahnrades oder der zweiten Zähne des zweiten Zahnrades aus dem theoretischen Grundkreis der ersten Zähne und dem Grundkreis der zweiten Zähne des mit einer Unwucht belasteten zweiten Zahnrades oder aus dem theoretischen Grundkreis der zweiten Zähne und dem Grundkreis der zweiten Zähne des mit einer Unwucht belasteten zweiten Zahnrades für jeden ersten Zahn des ersten Zahnrades oder jeden zweiten Zahn des zweiten Zahnrades berechnet wird. Es können damit die voranstehend beschriebenen Effekte weiter verbessert werden.

[0016] Nach einer anderen Ausführungsvariante der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Änderung des Grundkreisdurchmessers der ersten Zähne des ersten Zahnrades oder die Änderung des Grundkreisdurchmessers der zweiten Zähne des zweiten Zahnrades periodisch ausgebildet wird/ist. Es kann damit die Herstellung des ersten oder des zweiten Zahnrades vereinfacht werden.

[0017] Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das erste Zahnrad oder das zweite Zahnrad als Sinterzahnrad aus einem metallischen Sinterpulver nach einem pulvermetallurgischen Verfahren hergestellt wird, wobei eine Pressform zum Verpressen des Sinterpulvers eingesetzt wird, deren Innenverzahnung eine Variation des Grundkreises der Zähne aufweist, die komplementär zur Veränderung des Grundkreisdurchmesser der in Umfangsrichtung des ersten Zahnrades aufeinanderfolgenden ersten Zähne des ersten Zahnrades oder der Grundkreisdurchmesser der Umfangsrichtung des zweiten Zahnrades aufeinanderfolgenden zweiten Zähne des zweiten Zahnrades ist. Durch die Berücksichtigung der Grundkreisverschiebungen der Zähne bereits im Herstellverfahren des Zahnrades kann verglichen mit einer nachträglichen spanenden Bearbeitung eine entsprechende Reduktion der Gestehungskosten des Zahnrades erreicht werden. Zudem sind die Grundkreisverschiebungen einfacher für hohe Stückzahlen mit hoher Genauigkeit reproduzierbar.

[0018] Alternativ oder zusätzlich dazu kann aus den gleichen Gründen nach einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung vorgesehen sein, dass die erste Verzahnung des ersten Zahnrades oder die zweite Verzahnung des zweiten Zahnrades nach dem Sintern mit einem Walzwerkzeug gewalzt wird, wobei das Walzwerkzeug eine Außenverzahnung mit Zähnen aufweist, die eine Variation des Grundkreises der Zähne aufweist, die komplementär zur Veränderung des Grundkreisdurchmesser der in Umfangsrichtung des ersten Zahnrades aufeinanderfolgenden ersten Zähne des ersten Zahnrades oder der Grundkreisdurchmesser der Umfangsrichtung des zweiten Zahnrades aufeinanderfolgenden zweiten Zähne des zweiten Zahnrades ist und/oder das exzentrisch gelagert ist.

[0019] Es ist auch möglich, dass das erste Zahnrad durch eine Matrize mit mehreren Matrizenabschnitten bewegt wird, wobei unmittelbar aufeinanderfolgende Matrizenabschnitte einen in Bewegungsrichtung des Zahnrades kleiner werdenden Durchmesser aufweisen und die Matrizenabschnitte eine Innenverzahnung mit Zähnen aufweisen, die eine Variation des Grundkreises der Zähne aufweist, die komplementär zur Veränderung des Grundkreisdurchmesser der in Umfangsrichtung des ersten Zahnrades aufeinanderfolgenden ersten Zähne des ersten Zahnrades oder der Grundkreisdurchmesser der Umfangsrichtung des zweiten Zahnrades aufeinanderfolgenden zweiten Zähne des zweiten Zahnrades ist.

[0020] Aus den voranstehend genannten Gründen ist das Zahnrad gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante als Sinterzahnrad ausgebildet.

[0021] Zum besseren Verständnis der Erfindung wird diese anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert.

[0022] Es zeigen jeweils in vereinfachter, schematischer Darstellung: [0023] Fig. 1 eine Antriebsvorrichtung in Frontansicht;

[0024] Fig. 2 einen Ausschnitt aus einer Zahnradpaarung mit zwei kämmenden Zahnrädern; [0025] Fig. 3 eine Darstellung der Berechnung der Grundkreisvariation;

[0026] Fig. 4 eine Ausführungsvariante des Zahnrades;

[0027] Fig. 5 eine weitere Ausführungsvariante des Zahnrades.

[0028] Einführend sei festgehalten, dass in den unterschiedlich beschriebenen Ausführungsformen gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen versehen werden, wobei die in der gesamten Beschreibung enthaltenen Offenbarungen sinngemäß auf gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen übertragen werden können. Auch sind die in der Beschreibung gewählten Lageangaben, wie z.B. oben, unten, seitlich usw. auf die unmittelbar beschriebene sowie dargestellte Figur bezogen und sind diese Lageangaben bei einer Lageänderung sinngemäß auf die neue Lage zu übertragen.

[0029] In Fig. 1 ist eine Ausführungsvariante einer Antriebsvorrichtung 1, insbesondere eines Kolbenmotors, bevorzugt eines Verbrennungsmotors, schematisch dargestellt. Die Antriebsvorrichtung 1 umfasst eine erste Welle 2, insbesondere eine Kurbelwelle, auf der ein erstes Zahnrad 3 drehfest angeordnet ist. Das erste Zahnrad 3 weist eine erste Verzahnung 4 auf. Diese ist an einem radial äußeren Umfang des ersten Zahnrades 3 angeordnet, also eine Stirnverzahnung. Der Einfachheit halber ist diese Verzahnung 4 in Fig. 1 als Kreisring dargestellt.

[0030] Die Antriebsvorrichtung 1 umfasst weiter zumindest eine Massenausgleichswelle 5, auf der ein zweites Zahnrad 6 drehfest angeordnet ist. Das zweite Zahnrad 6 weist eine zweite Verzahnung 7 auf. Diese ist an einem radial äußeren Umfang des zweiten Zahnrades 6 angeordnet, also eine Stirnverzahnung, und kreisringförmig angedeutet.

[0031] Nur der Vollständigkeit halber sei erwähnt, dass auch mehr als eine Massenausgleichswelle 5 vorhanden sein kann. In der dargestellten Ausführungsvariante der Antriebsvorrichtung 1 sind zwei Ausgleichswellen 5 mit jeweils einem zweiten Zahnrad 6 angeordnet. Bei dieser Massenausgleichswelle 5 ist ein Zwischenrad 8 zwischen der Welle 2 und der Massenausgleichswelle 5 angeordnet, um damit dem zweiten Zahnrad 6 die gleiche Drehrichtung zu geben, die auch das erste Zahnrad 3 hat. Die Verzahnung des Zwischenrades 8 steht im kämmenden Eingriff mit der ersten Verzahnung 4 des ersten Zahnrades 3 der Welle 2 und der zweiten Verzahnung 7 des zweiten Zahnrades 6 der Massenausgleichswelle 5. Anders als das erste Zahnrad 3 und das zweite Zahnrad 6 ist das Zwischenrad 8 nicht auf einer Welle angeordnet, sondern auf einer Achse 9 über ein Lager 10, beispielsweise ein Wälzlager, gelagert. Die Achse 9 ist drehfest mit beispielsweise einem Motorblock 11 verbunden.

[0032] Das zweite Zahnrad 6 auf der zweiten Massenausgleichswelle 5 kann wie das zweite Zahnrad 6 auf der ersten Massenausgleichswelle 5 ausgebildet sein.

[0033] Im einfachsten Fall der Erfindung weist aber die Antriebsvorrichtung 1 nur eine Massenausgleichswelle 5 auf.

[0034] In Fig. 2 ist ein Ausschnitt aus einem kämmenden Zahnradpaar aus dem ersten Zahnrad 3 mit der ersten Verzahnung 4 und dem zweiten Zahnrad 6 mit der zweiten Verzahnung 7 dargestellt. Die erste Verzahnung 4 weist erste Zähne 12 auf. Die zweite Verzahnung 7 weist zweite Zähne 13 auf. Zwischen den kämmenden Verzahnungen 4, 7 ist ein Verdrehflankenspiel 14 ausgebildet. Vorzugsweise beträgt das Verdrehflankenspiel 14 zwischen 30 um und 120 um.

[0035] Das Verdrehflankenspiel 14 ist per Definition das auf den Wälzkreis 15 der Verzahnungen 4, 7 bezogene Spiel, d.h. der Abstand zwischen den ersten und zweiten Zähnen 12, 13 im Betrieb.

[0036] Bei einem Verdrehflankenspiel 14 von weniger als 30 um tritt vor allem Heulen auf, bei einem Verdrehflankenspiel 14 von mehr als 120 um tritt vor allem Rasseln auf. Um dies zu vermeiden, wird das Verdrehflankenspiel 14 im Betrieb der Antriebsvorrichtung 1 bevorzugt in dem voranstehend genannten Bereich gehalten. Dem wirkt allerdings eine Unwucht 16 entgegen, die beispielsweise auf dem zweiten Zahnrad 6 angeordnet ist, da die Unwucht 16 die

Massenausgleichswelle 5 aus ihrem Lager einseitig „herausgedrückt“. Zudem kommt bei einem Kolbenmotor, dass durch die Belastung der Zünddrücke die Kurbelwelle verformt wird. Das erste Zahnrad 3 folgt der Bewegung des Kurbelwellenendes. Die größte radiale Bewegung des ersten Zahnrades 3 entsteht beim Zünden des ersten Zylinders. Die Bewegung des ersten Zahnrades 3 aufgrund des Orbits der Kurbelwelle und des Lagerspiels der Massenausgleichswelle 5 verringert oder vergrößert das Verdrehflankenspiel 14. Im Eingriff der beiden Verzahnungen 4, 7 wirken sich die Bewegungen wie Achsabstandsänderungen aus.

[0037] Um dies zu vermeiden bzw. diese Effekte zu reduzieren ist vorgesehen, dass ein Grundkreisdurchmesser 17 von in Umfangsrichtung des ersten Zahnrades 3 aufeinanderfolgenden (insbesondere unmittelbar aufeinanderfolgenden) ersten Zähnen 12 des ersten Zahnrades 2 oder der Grundkreisdurchmesser 18 eines ersten Grundkreises 19 von in Umfangsrichtung des zweiten Zahnrades 6 aufeinanderfolgenden (insbesondere unmittelbar aufeinanderfolgenden) zweiten Zähnen 13 des zweiten Zahnrades 6 variiert.

[0038] Der Grundkreis eines Zahnrades ist dabei jener Kreis, unter dem in Richtung auf den Fußkreis der Verzahnung kein Eingriff mehr erfolgt. Im Falle einer Evolventenverzahnung setzt sich die Form der Zähne aus zwei Evolventen zusammen. Eine Kreisevolvente wird durch Abrollen einer sogenannten Rollgeraden auf einem Grundkreis konstruiert. Die dabei entstehende Bahnkurve beschreibt die Form der Evolvente. Zwei spiegelverkehrte Evolventen bilden dann die Grundform eines Zahnes.

[0039] Insbesondere wird die Veränderung des Grundkreises wird für jeden ersten Zahn 12 der ersten Zahnrades 3 und/oder jeden zweiten Zahn 13 des zweiten Zahnrades 6 bestimmt.

[0040] Es sei an dieser Stelle erwähnt, dass bevorzugt das zweite Zahnrad 6 auf der Massenausgleichswelle 5 mit Grundkreisvariation der zweiten Zähne 13 ausgebildet wird. Es ist jedoch auch möglich, dass alternativ oder zusätzlich dazu das erste Zahnrad 3 auf der Kurbelwelle (Welle 2) mit Grundkreisvariation der ersten Zähne 12 ausgebildet wird.

[0041] Die Veränderung des Grundkreisdurchmessers 17 und/oder 19 wird gemäß der bevorzugten Ausführungsvariante durch die Bestimmung des Grundkreisdurchmessers 17 und/oder 19 bzw. die Abweichung von theoretischen Grundkreisdurchmesser der ersten Verzahnung 4 und/oder der zweiten Verzahnung 7 bestimmt. Dies ist in Fig. 3 als Beispiel (für einen Zahn) dargestellt. Es werden dazu der theoretische Grundkreis 21 und der Grundkreis 22 mit Unwucht bestimmt. Die Unwucht 16 (Fig. 1) verursacht an sich das Herausdrücken der Massenausgleichswelle 5 (Fig. 1). Das Zentrum des Grundkreises 21 wird exzentrisch um die Lagerluft verschoben. Hierbei wird ein Wert zwischen minimaler und maximaler Lagerluft verschoben. Aus diesen Werten wird die Abweichung bestimmt die einen „eingedellten“ Grundkreis 23 ergibt.

[0042] Dieses Verfahren kann für jeden ersten Zahn 12 des ersten Zahnrades 3 und/oder für jeden zweiten Zahn 13 des zweiten Zahnrades 6 durchgeführt werden, woraus sich eine gesamte Grundkreisvariation ergibt.

[0043] Es kann dabei vorkommen, dass die Abweichung einzelner erster Zähne 12 des ersten Zahnrades 3 oder einzelner zweiter Zähne 13 des zweiten Zahnrades 6 Null ist, dass also der theoretische Grundkreis für diese Zähne 12 oder 13 nach wie vor gültig ist. Für andere erste oder zweite Zähne 12, 13 kann der kombinierte Grundkreis 23 in Richtung auf den Fußkreis oder in Richtung auf den Kopfkreis relativ zum theoretischen Grundkreis 21 verschoben sein.

[0044] Durch die Grundkreisvariation kann beispielsweise einer Auslenkung pro Umdrehung und einem einmaligen Nachschwingen des Systems pro Umdrehung entgegengewirkt werden. Aufgrund von Massenkräften im System entsteht ein Orbit (Delle in Abbildung 3) des ersten und/oder zweiten Zahnrades 3, 6. Dieser Auslenkung des ersten und/oder zweiten Zahnrades 3, 6 (insbesondere des Kurbelwellenzahnrads) kann durch Verschiebung des Grundkreises entgegengewirkt werden. Der Orbit kann beispielsweise auch durch MKS (Mehrkörperdynamik Berechnung) ermittelt werden.

[0045] In den Fig. 4 und 5 sind zwei Beispiele für eine Variation des Grundkreises 23 der zwei-

ten Verzahnung 7 des zweiten Zahnrades 6 dargestellt, wobei noch einmal darauf hingewiesen sein soll, dass das Prinzip der Grundkreisverschiebung auch auf das erste Zahnrad 3 angewandt werden kann.

[0046] Der Grundkreis 23 kann beispielsweise als überlagerter Sinus dargestellt werden.

[0047] Der Grundkreis 23 kann mittels einer Sinusfunktion angenähert werden. Den Startwinkel bildet die größte Auslenkung der Massenausgleichswelle 5 (Fig. 1). Die Ausrichtung der Modifizierung des Grundkreises kann sich nach der Stellung der Massenausgleichswelle 5 bei der höchsten Auslenkung der Welle 2 (Kurbelwelle) des ersten Zahnrades 3 (Fig. 1) richten. Die Grundkreisvariation kann sich nach folgender Formel richten:

Gv(t) = G - Sin(t)

wobei Gv(t) den variierten Grundkreis 23, G der Grundkreis nominell (= rund) und H{0,x} bedeuten.

[0048] Dieser Variation kann noch eine exzentrische Grundkreisvariation von bis 500 um, insbesondere zwischen 5 um und 500 um, überlagert werden.

[0049] Als Ergebnis kann ein variierter Grundkreis 23 erzeugt werden, der in dem Beispiel nach Fig. 3 in einem Winkelbereich 24 vom vollkommen runden (nominellen Grundkreis) der Verzahnung 7 abweist. Der Winkelbereich 24 kann beispielsweise zwischen 30 ° und 180 ° betragen.

[0050] Wie aus Fig. 5 ersichtlich ist, kann der Grundkreis 23 auch derart variiert werden, dass er im Bereich der Abweichung von nominellen, vollkommen runden Grundkreis (insbesondere im Winkelbereich 24 nach Fig. 4) eine Einlaufzone 25 und eine Auslaufzone 26 aufweist, die unmittelbar an eine dazwischen ausgebildete Nulllaufzone 27 anschließen.

[0051] Die Einlaufzone 25 erstreckt sich bevorzugt über einen Bereich von mindestens einem Zahn und maximal Z/4, wobei Z die Gesamtanzahl der Zähne ist.

[0052] Die Auslaufzone 26 erstreckt sich bevorzugt über einen Bereich von mindestens einem Zahn und maximal Z/4, wobei Z die Gesamtanzahl der Zähne ist.

[0053] Die Nullzone 27 erstreckt sich bevorzugt über einen Bereich von mindestens einem Zahn und maximal Z/3, wobei Z die Gesamtanzahl der Zähne ist.

[0054] Die Grundkreisvariation (Grundkreisverschiebung) kann auch periodisch sich wiederholend ausgebildet werden.

[0055] Durch die Variation der Grundkreisdurchmesser 17 oder 19 kann das Verdrehflankenspiel 14 auch im Betrieb der Antriebsvorrichtung 1 innerhalb eines vordefinierbaren Wertebereichs gehalten werden, insbesondere in dem voranstehend genannten Wertebereich.

[0056] Das erste Zahnrad 3 und/oder das zweite Zahnrad 6 ist’sind gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante als Sinterzahnrad ausgebildet, d.h. nach einem pulvermetallurgischen Verfahren hergestellt.

[0057] Pulvermetallurgische Verfahren an sich sind bekannt, sodass hierzu keine weiteren Ausführungen notwendig sind. Es sei nur so viel erwähnt, dass das Verfahren das Herstellen eines Grünlings aus einem metallischen Sinterpulver durch Pressen des Sinterpulvers und nachfolgendes ein- oder mehrstufiges Sintern bei erhöhter Temperatur umfasst.

[0058] Das erste und/oder das zweite Zahnrad 3, 6 kann/können zumindest teilweise, insbesondere zur Gänze, aus einem Stahl oder aus Aluminium bestehen. Sie können zumindest teilweise auch aus einem Kunststoff bestehen.

[0059] Für die Ausbildung der Variation des ersten Grundkreisdurchmessers 17 des ersten Zahnrades 3 oder der Variation des zweiten Grundkreisdurchmessers 19 des zweiten Zahnrades 6 kann nun vorgesehen sein, dass bereits die Matrize, in der das Sinterpulver gepresst wird, eine entsprechende, komplementäre Grundkreisvariation der Innenverzahnung aufweist. Das erste Zahnrad 3 oder das zweite Zahnrad 6 wird damit bereits mit der richtigen Form der

Abweichungen vom theoretischen Grundkreis 21 gepresst, sodass eine aufwändige Nachbearbeitung der Zähne 12, 13 entfallen kann.

[0060] Es kann aber auch vorgesehen werden, dass anstelle oder zusätzlich dazu die erste Verzahnung 7 des ersten Zahnrades 3 oder die zweite Verzahnung 7 des zweiten Zahnrades 6 nach dem Sintern mit einem Walzwerkzeug gewalzt wird, wie dies an sich bekannt ist. Dabei weist jedoch das Walzwerkzeug eine Außenverzahnung mit Zähnen auf, die eine Variation des Grundkreises der Zähne aufweist, die komplementär zur Veränderung des ersten Grundkreisdurchmessers 17 der in Umfangsrichtung des ersten Zahnrades 3 aufeinanderfolgenden ersten Zähne 12 des ersten Zahnrades 3 oder des zweiten Grundkreisdurchmessers 19 der in Umfangsrichtung des zweiten Zahnrades 6 aufeinanderfolgenden zweiten Zähne 13 des zweiten Zahnrades 6 ist. Alternativ oder zusätzlich dazu kann auch das Walzwerkzeug exzentrisch gelagert sein, wobei die Exzentrizität der Grundkreisdurchmesservariation entsprechend ausgebildet ist.

[0061] Alternativ oder zusätzlich zu diesen Herstellungsverfahren kann vorgesehen sein, dass das erste und/oder zweite Zahnrad 3, 6 in einem Matrizenwerkzeug entlang seiner Längsachse in einer Pressrichtung 20 durch mehrere Matrizenabschnitte von einem ersten Matrizenabschnitt an einer ersten Matrizenöffnung in einen letzten Matrizenabschnitt bewegt wird, wobei eine Wandfläche jedes Matrizenabschnittes zumindest eine Pressfläche bildet, gegen die eine von einer Außenfläche des erste oder zweiten Zahnrades 3, 6 gebildete Kontaktfläche gedrückt wird, und eine, in einem Querschnitt bezüglich der Längsachse liegende, von der Pressfläche definierte Innenkontur Zähne aufweist, die eine Variation des Grundkreises der Zähne aufweist, die komplementär zur Veränderung des Grundkreisdurchmesser der in Umfangsrichtung des ersten Zahnrades 3 aufeinanderfolgenden ersten Zähne des ersten Zahnrades 3 oder der Grundkreisdurchmesser der Umfangsrichtung des zweiten Zahnrades 6 aufeinanderfolgenden zweiten Zähne des zweiten Zahnrades 6 ist, wobei bei der Bewegung des erste und/oder zweiten Zahnrades 3, 6 von der ersten Matrizenöffnung in den letzten Matrizenabschnitt die Oberflächenverdichtung bzw. Veränderung des Grundkreises durch insbesondere stetig ineinander übergehende Matrizenabschnitte und insbesondere monoton abnehmende Innendurchmesser der Matrizenabschnitte erfolgt.

[0062] Die Änderung des Grundkreises kann auch durch Stoßen, Räumen, etc., durchgeführt werden.

[0063] Zusätzlich zu dieser beschriebenen Grundkreisdurchmesservariation kann auch eine Anderung des Eingriffswinkels der ersten Zähne 12 in die zweiten Zähne 13 erfolgen.

[0064] Insbesondere kann/können das erste und/oder das zweite Zahnrad 3, 6 einen Grundkreis aufweisen, der nur eine einzige Abweichung vom runden, nominellen Grundkreis hat, wie dies anhand der einen „Delle“ bzw. Einformung in den Figuren 3 bis 5 dargestellt ist.

[0065] Es ist aber auch möglich, das erste und/oder zweite Zahnrad 3, 6 mit mehreren (voneinander getrennten) Abweichungen vom Grundkreis auszubilden, beispielsweise mit über den Umfang des ersten und/oder zweiten Zahnrades 3, 6 betrachtet periodisch wiederkehrenden Abweichungen.

[0066] Mit dem Verfahren nach der Erfindung wird der Grundkreis der ersten Verzahnung 2 des ersten Zahnrades 3 und/oder der Grundkreis der zweiten Verzahnung 7 des zweiten Zahnrades 6 (zumindest) bereichsweise verändert, sodass die erste Verzahnung 2 und/oder die zweiten Verzahnung 7 über den Umfang des ersten und/oder zweiten Zahnrades 3, 6 einen unterschiedlichen, d.h. variierenden, Grundkreisdurchmesser 17 bzw. 19 aufweisen.

[0067] Die Ausführungsbeispiele zeigen bzw. beschreiben mögliche Ausführungsvarianten der Antriebsvorrichtung 1 bzw. des ersten oder des zweiten Zahnrades 3, 6, wobei an dieser Stelle bemerkt sei, dass auch diverse Kombinationen der einzelnen Ausführungsvarianten untereinander möglich sind.

[0068] Der Ordnung halber sei abschließend darauf hingewiesen, dass zum besseren Ver-

ständnis des Aufbaus der Antriebsvorrichtung 1 bzw. des ersten oder des zweiten Zahnrades 3, 6 diese nicht notwendigerweise maßstäblich dargestellt wurden.

BEZUGSZEICHENLISTE

1 Antriebsvorrichtung 2 Welle

3 Zahnrad

4 Verzahnung

5 Massenausgleichswelle 6 Zahnrad

7 Verzahnung

8 Zwischenrad

9 Achse

10 Lager

11 Motorblock

12 Zahn

13 Zahn

14 Verdrehflankenspiel

15 Wälzkreis

16 Unwucht

17 Grundkreisdurchmesser 18 Grundkreis

19 Grundkreisdurchmesser 20 Grundkreis

21 Grundkreis

22 Grundkreis

23 Grundkreis

24 Winkelbereich

25 Einlaufzone

26 Auslaufzone

27 Nulllaufzone

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Einstellung eines Zahnflankenspiels, insbesondere eines Verdrehflankenspiels (14), innerhalb eines vordefinierbaren Bereichs von einem kämmenden Zahnradpaar aus einem ersten Zahnrad (3), das eine erste Verzahnung (4) mit ersten Zähnen (12) aufweist, und einem zweiten Zahnrad (6), das eine zweite Verzahnung (7) mit zweiten Zähnen (13) aufweist, in einer Antriebsvorrichtung (1), die eine erste Welle (2) und eine Massenausgleichswelle (5) aufweist, wobei das erste Zahnrad (3) auf der ersten Welle (2) und das zweite Zahnrad (6) auf der Massenausgleichswelle (5) angeordnet werden, sodass die erste Verzahnung (4) des ersten Zahnrades (3) mit der zweiten Verzahnung (7) des zweiten Zahnrades (6) in kämmendem Eingriff steht, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Grundkreisdurchmesser (17) von in Umfangsrichtung des ersten Zahnrades (3) aufeinanderfolgender ersten Zähnen (12) des ersten Zahnrades (3) oder ein zweiter Grundkreisdurchmesser (19) von in Umfangsrichtung des zweiten Zahnrades (6) aufeinanderfolgender zweiter Zähne (13) des zweiten Zahnrades (6) verändert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschiebung des Grundkreises (18) der ersten Zähne (12) des ersten Zahnrades (3) oder des Grundkreises (20) der zweiten Zähne (13) des zweiten Zahnrades (6) aus dem theoretischen Grundkreis (21) der ersten Zähne (12) und dem Grundkreis (22) der zweiten Zähne (13) des mit einer Unwucht (16) belasteten zweiten Zahnrades (6) oder aus dem theoretischen Grundkreis (21) der zweiten Zähne (13) und dem Grundkreis (22) der zweiten Zähne (13) des mit einer Unwucht (16) belasteten zweiten Zahnrades (6) für jeden ersten Zahn (12) des ersten Zahnrades (3) oder jeden zweiten Zahn (13) des zweiten Zahnrades (6) berechnet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Änderung des ersten Grundkreisdurchmessers (17) der ersten Zähne (12) des ersten Zahnrades (3) oder die Änderung des zweiten Grundkreisdurchmessers (19) der zweiten Zähne (13) des zweiten Zahnrades (6) periodisch ausgebildet ist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Zahnrad (3) oder das zweite Zahnrad (6) als Sinterzahnrad aus einem metallischen Sinterpulver nach einem pulvermetallurgischen Verfahren hergestellt wird, wobei eine Pressform zum Verpressen des Sinterpulvers eingesetzt wird, deren Innenverzahnung eine Variation des Grundkreises der Zähne aufweist, die komplementär zur Veränderung des ersten Grundkreisdurchmessers (17) der in Umfangsrichtung des ersten Zahnrades (3) aufeinanderfolgenden ersten Zähne (12) des ersten Zahnrades (3) oder der zweite Grundkreisdurchmesser (19) der Umfangsrichtung des zweiten Zahnrades (6) aufeinanderfolgenden zweiten Zähne (13) des zweiten Zahnrades (6) ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Verzahnung (4) des ersten Zahnrades (3) oder die zweite Verzahnung (7) des zweiten Zahnrades (6) nach dem Sintern mit einem Walzwerkzeug gewalzt wird, wobei das Walzwerkzeug eine Außenverzahnung mit Zähnen aufweist, die eine Variation des Grundkreises der Zähne aufweist, die komplementär zur Veränderung des ersten Grundkreisdurchmessers (17) der in Umfangsrichtung des ersten Zahnrades (3) aufeinanderfolgenden ersten Zähne (12) des ersten Zahnrades (3) oder des zweiten Grundkreisdurchmessers (19) der Umfangsrichtung des zweiten Zahnrades (6) aufeinanderfolgenden zweiten Zähne (13) des zweiten Zahnrades (6) ist und/oder das exzentrisch gelagert ist.

6. Antriebsvorrichtung (1) umfassend eine erste Welle (2), insbesondere eine Kurbelwelle, auf der ein erstes Zahnrad (3) angeordnet ist, das eine erste Verzahnung (4) mit ersten Zähnen (12) aufweist, und eine Massenausgleichswelle (5), auf der ein zweites Zahnrad (6) angeordnet ist, das eine zweite Verzahnung (7) mit zweiten Zähnen (13) aufweist, wobei die erste Verzahnung (4) des ersten Zahnrades (3) mit der zweiten Verzahnung (7) des zweiten Zahnrades (6) in kämmendem Eingriff steht, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Grundkreisdurchmesser (17) von in Umfangsrichtung des ersten Zahnrades (3) aufeinanderfolgenden ersten Zähnen (12) des ersten Zahnrades (3) oder ein zweiter Grund-

kreisdurchmesser (19) von in Umfangsrichtung des zweiten Zahnrades (6) aufeinanderfolgenden zweiten Zähnen (13) des zweiten Zahnrades (6) variiert.

7. Antriebsvorrichtung (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Variation des ersten Grundkreisdurchmessers (17) der ersten Zähne (12) oder die Variation des zweiten Grundkreisdurchmessers (19) der zweiten Zähne (13) periodisch ausgebildet ist.

8. Zahnrad (3 oder 6) umfassend einen Zahnradkörper an dessen Außenumfang eine Stirnverzahnung mit Zähnen (12 oder 13) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Grundkreisdurchmesser (17 oder 18) von in Umfangsrichtung des Zahnrades (3 oder 6) aufeinanderfolgenden Zähnen (12 oder 13) unterschiedlich ist.

9. Zahnrad (3 oder 6) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Variation des Grundkreisdurchmessers (17 oder 19) der Zähne (12 oder 13) periodisch ausgebildet ist.

10. Zahnrad (3 oder 6) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass dieses als Sinterzahnrad ausgebildet ist.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen