AT522433A4 - Zahnrad - Google Patents

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AT522433A4 ATA50824/2019A AT508242019A AT522433A4 AT 522433 A4 AT522433 A4 AT 522433A4 AT 508242019 A AT508242019 A AT 508242019A AT 522433 A4 AT522433 A4 AT 522433A4
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Zahnrad (6) umfassend einen ringförmigen Zahnradkörper (13) mit einer inneren Mantelfläche (14) und einer äußeren Mantelfläche (8), wobei auf der äußeren Mantelfläche (8) eine Verzahnung (7) mit Zähnen (15) angeordnet ist, wobei die Verzahnung (7) eine Oberflächenrauheit nach DIN EN ISO 4287 zwischen Rz 1 und Rz 25 und die innere Mantelfläche (14) eine Oberflächenrauheit nach DIN EN ISO 4287 zwischen Rz 0,3 und Rz 12 aufweist oder dass die Verzahnung (7) eine Oberflächenrauheit nach DIN EN ISO 4287 zwischen Rz 0,3 und Rz 25 und die innere Mantelfläche (14) eine Oberflächenrauheit nach DIN EN ISO 4287 zwischen Rz 0,3 und Rz 25 aufweisen und auf der inneren Mantelfläche (14) und diese in radialer Richtung überragend zumindest drei Vorsprünge (21) angeordnet sind.

Description

Reren Mantelfläche eine Verzahnung mit Zähnen angeordnet ist.
Weiter betrifft die Erfindung einen Zahnradtrieb umfassend mehrere miteinander kämmende Zahnräder, wobei zumindest eines der Zahnräder auf einer Aus-
gleichswelle angeordnet ist.
Zahnradtriebe werden in Verbrennungsmotoren unter anderem im Antriebsstrang dafür eingesetzt, um die in den Zylindern freigesetzte Energie auf die Räder bzw. andere Verbraucher zu übertragen. Aufgrund von Fertigungstoleranzen kann dabei das Spiel zwischen den Zähnen der miteinander kämmenden Zahnräder relativ groß werden, weshalb unterschiedlichste Methoden angewandt werden, um dieses Spiel zu verringern, da es zu vermehrten Geräuschen und Vibrationen führen kann, die auch im Fahrgastraum störend empfunden werden. Ein üblicher Weg zur Verbesserung des sogenannten NVH-Verhaltens (= Noise Vibration Harshness) ist heute das Schleifen der Verzahnung der Zahnräder. Für den gleichen Zweck werden in Verbrennungsmotoren auch Massenausgleichswellen eingesetzt, auf denen Zahnräder angeordnet sind, die mit den Zahnrädern des Antriebsstranges in käm-
menden Eingriff sind.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, die Bereitstellung von
Zahnradtrieben bzw. mit verbesserten NVH-Verhalten zu vereinfachen.
Die Aufgabe der Erfindung wird bei dem eingangs genannten Zahnrad dadurch gelöst, dass die Verzahnung eine Oberflächenrauheit nach DIN EN ISO 4287 zwischen Rz 1 und Rz 25 und die innere Mantelfläche eine Oberflächenrauheit nach
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sind.
Weiter wird die Aufgabe mit dem eingangs genannten Zahnradtrieb gelöst, bei
dem das Zahnrad auf der Ausgleichswelle erfindungsgemäß ausgebildet ist.
Von Vorteil ist dabei, dass bei beiden Varianten, dass die Verzahnung nicht mehr geschliffen werden muss, womit ein teurer und zeitaufwändiger Bearbeitungsschritt entfällt. Anstelle davon kann gemäß der ersten Ausführungsvariante ausschließlich die innere Mantelfläche zur Bereitstellung der geforderten Toleranzen geschliffen bzw. bearbeitet, beispielsweise gedreht, werden, womit die Bearbeitung geometriebedingt deutlich vereinfacht werden kann. Bei der zweiten Ausführungsvariante kann hingegen auch auf das Bearbeiten der inneren Mantelfläche verzichtet werden, da durch Plastifizierung der drei Vorsprünge bei der Montage des Zahnrades die geforderte Toleranz für die Funktion des Zahnrades erreicht werden kann. Es kann damit auch die nominelle Größe des normalerweise eingesetzten Fügespiels für die Montage des Zahnrades für die Rundlaufverbesserung
des Zahnrades herangezogen werden.
Gemäß Ausführungsvarianten der Erfindung kann vorgesehen sein, dass dieses eine Sinterzahnrad ist und die Verzahnung sinterrau ausgeführt ist und/oder dass dieses in der Ausführung mit den Vorsprüngen auf der inneren Mantelfläche ein Sinterzahnrad ist und die innere Mantelfläche sinterrau ausgeführt ist. Das Zahnrad kann also im Wesentlichen als Near Netshape oder als Netshape Zahnrad ausgeführt sein, womit eine entsprechende Zeit- und Kostenersparnis erreicht
werden kann.
Vorzugsweise sind gemäß einer anderen Ausführungsvariante der Erfindung die
Vorsprünge rippenförmig ausgebildet, da damit das Fügen des Zahnrades, also
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facht werden.
Zur weiteren Vereinfachung des Fügens kann gemäß einer anderen Ausführungsvariante der Erfindung vorgesehen sein, dass die Vorsprünge zumindest teilweise eine gerundete Oberfläche aufweisen. Es kann damit die Kontaktfläche der Vor-
sprünge zumindest am Beginn des Fügens reduziert werden.
Ebenfalls zu Vereinfachung des Fügens kann nach einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung vorgesehen sein, dass die Vorsprünge in axialer Richtung mit zunehmender Höhe ausgebildet sind. Mit dieser Ausbildung kann das Aufschieben des Zahnrades auf eine Welle bzw. Achse vereinfacht werden, da die Quantität
des verdrängten Materials zu Beginn des Aufschiebens reduziert werden kann.
Gemäß einer Ausführungsvariante des Zahnradtriebes kann vorgesehen sein, dass zwischen dem Zahnrad und der Ausgleichswelle ein Schiebesitz ausgebildet ist. Es ist damit eine Reduktion von Spannungen im Zahnrad möglich, womit die-
ses höheren mechanischen Belastungen ausgesetzt werden kann.
Es kann nach einer weiteren Ausführungsvariante des Zahnradtriebes vorgesehen sein, dass das Zahnrad mit einer Überdeckung zwischen 5 um und 100 um auf der Ausgleichswelle montiert ist, womit die Sitz des Zahnrades auf der Ausgleichs-
welle verbessert werden kann.
Zum besseren Verständnis der Erfindung wird diese anhand der nachfolgenden
Figuren näher erläutert.
Es zeigen jeweils in vereinfachter, schematischer Darstellung:
Fig. 1 einen Zahnradtrieb in Frontansicht;
Fig. 2 eine erste Ausführungsvariante eines Zahnrades in Frontansicht;
Fig. 3 eine andere Ausführungsvariante des Zahnrades im Querschnitt;
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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 Lage-
angaben bei einer Lageänderung sinngemäß auf die neue Lage zu übertragen.
Sofern in der Beschreibung nichts anderes angegeben ist, beziehen sich Angaben zu Normen immer auf die zum Anmeldetag gegenständlicher Anmeldung letztgül-
tige Fassung.
In Fig. 1 ist eine Ausführungsvariante eines Zahnradtriebes 1 schematisch dargestellt. Der Zahnradtrieb 1 umfasst eine Kurbelwelle 2 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.
Es sei darauf hingewiesen, dass sämtliche Zahnräder des Zahnradtriebes 1 bevorzugt als Stirmverzahnungen ausgeführt sind, die am äußeren Umfang des jeweiligen Zahnrades ausgebildet bzw. angeordnet ist. Der Einfachheit halber sind diese
in Fig. 1 als Kreisringe dargestellt.
Der Zahnradtrieb 1 umfasst weiter zumindest eine Ausgleichswelle 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, d.h. auf einer äußeren Mantelfläche 8 des zweiten Zahnrades 6 angeordnet. Die Verzah-
nung 7 kann beispielsweise als Gerad- oder Schrägverzahnung ausgeführt sein.
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auch nur eine Ausgleichswelle 5 mit dem zweiten Zahnrad 6 vorgesehen sein.
Zwischen dem ersten Zahnrad 3 und dem zweiten Zahnrad 6 kann gegebenenfalls ein Zwischenrad 9 angeordnet sein. Die Verzahnung des Zwischenrades 9 steht dann im kämmenden Eingriff mit der ersten Verzahnung 4 des ersten Zahnrades 3 der Kurbelwelle 2 und der zweiten Verzahnung 7 des zweiten Zahnrades 6 der Ausgleichswelle 5. Anders als das erste Zahnrad 3 und das zweite Zahnrad 6 ist das Zwischenrad 9 nicht auf einer Welle angeordnet, sondern auf einer Achse 10 über ein Lager 11, beispielsweise ein Wälzlager, gelagert. Die Achse 10 ist insbe-
sondere drehfest mit beispielsweise einem Motorblock 12 verbunden.
Das Zwischenrad 9 dient der Herstellung des gleichen Drehsinns des Kurbelwel-
lenzahnrades und des Ausgleichswellenzahnrades.
In Fig. 2 ist eine Frontansicht einer ersten Ausführungsvariante des Zahnrades 6 dargestellt. Das Zahnrad 6 umfasst einen ringförmigen Zahnradkörper 13 mit einer inneren Mantelfläche 14 und der äußeren Mantelfläche 8. Auf der äußeren Mantel-
fläche 8 ist, wie bereits ausgeführt, die Verzahnung 7 mit Zähnen 15 angeordnet.
Der Zahnradkörper 13 kann bei Bedarf zwischen der inneren Mantelfläche 14 und der äußeren Mantelfläche 8 eine oder mehrere Ausnehmungen 16 oder Durchbrüche aufweisen. Diese Ausnehmungen 16 bzw. Durchbrüche dienen vornehmlich
der Reduktion des Gewichts des Zahnradkörpers 13.
Die innere Mantelfläche 14 umgibt einen Durchbruch 17/eine Bohrung, die der Aufnahme einer Achse oder Welle, insbesondere der Ausgleichswelle 5 (Fig. 1) dient. Demzufolge wird über diese Bohrung der, insbesondere drehfeste, Sitz des
Zahnrades 6 auf der Achse oder Welle bereitgestellt.
Es ist vorgesehen, dass die Verzahnung 7 des Zahnrades 6, d.h. deren Zähne 15, eine Oberflächenrauheit nach DIN EN ISO 4287 zwischen Rz 1 und Rz 25 auf-
weist. Weiter weist die innere Mantelfläche 14 eine Oberflächenrauheit nach DIN
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zeit deutlich verkürzt werden.
Für diese mechanische Bearbeitung wird ein Durchmesser 18 des Durchbruchs 17 bei der Herstellung des Zahnradrohlings um 0 % bis 10 % kleiner bemessen, als
dies dem Sollmaß entspricht.
Überraschenderweise hat die Nichtbearbeitung der Zähne 15 der Verzahnung 7 des Zahnrades 6 keine negativen Auswirkungen auf das NHV-Verhalten des Zahnrades 6 bzw. des damit ausgerüsteten Zahnradtriebes 1. Vielmehr konnten in
Frequenzbereichen Verbesserungen des NHV-Verhaltens festgestellt werden.
In Fig. 3 ist eine weitere Ausführungsvariante des Zahnrades 6 im Querschnitt dargestellt. Wie bei vorangegangener Ausführungsvariante umfasst auch dieses Zahnrad 6 den Zahnradkörper 13 mit der inneren und äußeren Mantelfläche 14, 8 und der Verzahnung 7. Anders als das Zahnrad nach Fig. 2 ist dieses Zahnrad aber mit einem Nabenteil 19 auf. Der Nabenteil 19 weist in der Axialrichtung 20 eine größere Länge auf, als die Verzahnung 7, sodass also der Nabenteil 19 in der Axialrichtung 20 die Verzahnung 7 überragen kann. Es ist aber auch eine zumindest annähernd tellerförmige Ausführung des Zahnrades 6 möglich, sodass der Nabenteil 19 also nicht zwingend in der Axialrichtung 20 über die Verzahnung 7
vorragen muss.
Bei dieser Ausführungsvariante des Zahnrades 6 ist vorgesehen, dass die Verzahnung 7 eine Oberflächenrauheit nach DIN EN ISO 4287 zwischen Rz 0,3 und Rz 25 und die innere Mantelfläche 14 eine Oberflächenrauheit nach DIN EN ISO 4287 zwischen Rz 0,3 und Rz 25 aufweisen. Es sind also sowohl die Verzahnung 7 als auch die innere Mantelfläche 14 nicht geschliffen oder gedreht. Um die für die Anordnung des Zahnrads 6 auf der Welle bzw. Achse und für den Einbau in den Zahnradtrieb 1 benötigte Toleranzen zur Verfügung zu stellen, weist das
Zahnrad 6 auf seiner inneren Mantelfläche 14 zumindest drei Vorsprünge 21 auf.
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innen.
Bevorzugt sind die Vorsprünge 21 gleichmäßig über den Umfang des Durchbruchs 17 verteilt angeordnet, also um jeweils 120 ° versetzt. Es können auch mehr als drei Vorsprünge 21 angeordnet sein, beispielsweise vier oder fünf oder sechs,
etc.. In diesem Fall sind die Vorsprünge 21 also bevorzugt um 90 ° oder 72 ° oder
um 60 °, etc., versetzt angeordnet.
In Fig. 4 ist ein Vorsprung 21 größer dargestellt. Wie zu ersehen ist, erstreckt sich der Vorsprung 21 an der inneren Mantelfläche 14 nur über einen Teilbereiche der gesamten Länge des Zahnrades 6 in der Axialrichtung 20. Beispielsweis können sich die Vorsprünge 21 über eine Länge zwischen 30 % und 90 %, insbesondere zwischen 40 % und 70 %, der gesamten Länge des Zahnrades 6 an der inneren Mantelfläche 14 in der Axialrichtung 20. Die oder zumindest einzelne der Vorsprünge 21 können sich aber auch über die gesamte Länge der inneren Mantelflä-
che 14 in der Axialrichtung 20 erstrecken.
Weiter ist bevorzugt, wenn alle Vorsprünge 21 beginnend an derselben Stirnfläche 22 des Zahnrades 6 angeordnet sind, sodass also ein Bereich der inneren Mantel-
fläche 14 an der anderen Stirnfläche 23 frei ist von den Vorsprüngen 21.
Weiter können die Vorsprünge 21 eine Höhe 24 über der inneren Mantelfläche 14 aufweisen, die ausgewählt ist aus einem Bereich von 0,1 % bis 15 % des Durch-
messers 18 (Fig. 2) des Durchbruchs 17.
Wie insbesondere aus Fig. 3 zu ersehen ist, können die Vorsprünge 21 nach einer Ausführungsvariante der Erfindung zumindest annähernd rippenförmig ausgebildet sein. Sie weisen also im Vergleich zur maximalen Breite in Umfangsrichtung eine deutlich größere maximale Länge 25 (Fig. 4) in der Axialrichtung 20 auf (jeweils in Draufsicht betrachtet). Beispielsweise kann die Länge 25 um 100 % bis 30.000 % größer sein, als die Breite, bezogen auf die Länge 25. Die Länge 25 kann z.B. zwi-
schen 3 mm und 20 mm und die Breite zwischen 0,1 mm und 3 mm betragen.
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Axialrichtung 20 betrachtet halbkreisförmig oder kreissegmentförmig, etc., sein.
Die Vorsprünge 21 können aber auch eine andere Form bzw. Querschnittsform (in der Axialrichtung 20 betrachtet) aufweisen, beispielsweise eine trapezförmige oder
dreieckförmige, etc..
Die Fig. 4 zeigt noch eine andere Ausführungsvariante des Zahnrades 6. Wie strichliert dargestellt ist, können die Vorsprünge 21 in der Axialrichtung 20 mit zunehmender Höhe 24 ausgebildet sein. Die Zunahme gestuft oder stufenlos ausgebildet sein. Ein Winkel 26, den die Oberfläche der Vorsprünge 21 mit der inneren Mantelfläche 14 einschließt, kann dabei ausgewählt sein aus einem Bereich von 0,5 ° bis 45 °.
Alle Vorsprünge 21 des Zahnrades 6 sind bevorzugt gleich ausgebildet. Es besteht aber auch die Möglichkeit, dass zumindest einzelne der Vorsprünge 21 an-
ders ausgebildet sind, als der Rest der Vorsprünge 21.
Nach weiteren Ausführungsvarianten der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Zahnrad 6 ein Sinterzahnrad ist, also nach einem pulvermetallurgischen Verfahren hergestellt ist. Da diese Verfahren an sich bekannt sind, sei zur Vermeidung von Wiederholungen auf den einschlägigen Stand der Technik verwiesen. Es sei nur so viel angemerkt, dass das Zahnrad 6 bevorzugt ein metallisches Zahnrad
ist, als beispielsweise aus einem Sinterstahlpulver hergestellt ist.
In der Ausführung des Zahnrades 6 als Sinterzahnrad kann nach weiteren Ausführungsvarianten der Erfindung vorgesehen sein, Verzahnung 7 sinterrau ausgeführt
ist und/oder dass die innere Mantelfläche 14 sinterrau ausgeführt ist.
Unter dem Begriff „sinterrau“ wird im Sinne der Erfindung ein Oberflächenzustand verstanden, wie ihn das Zahnrad nach dem Sintern und ohne weitere mechani-
sche Bearbeitung bzw. Behandlung aufweist. Eine sinterraue Oberfläche ist also
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Raumtemperatur aufweist.
Gemäß einer Ausführungsvariante des Zahnradtriebes 1 kann zwischen dem
Zahnrad 6 und der Ausgleichswelle 5 ein Schiebesitz ausgebildet sein.
Es kann weiter vorgesehen sein, dass die Anordnung des Zahnrades 6 auf der Ausgleichswelle 5 zwischen einem Schiebesitz und einem Presssitz liegt bzw. beide Varianten ausgebildet sind. Dazu kann beispielsweise die Mindestüberdeckung zwischen 0,01 mm und 0,03 mm und die Maximalüberdeckung zwischen
0,1 mm und 0,3 mm betragen.
Nach einer anderen Ausführungsvariante des Zahnradtriebes 1 kann vorgesehen sein, dass das Zahnrad 6 mit einer Überdeckung zwischen 5 um und 100 um hergestellt worden ist, und mit dieser Überdeckung auf der Ausgleichswelle montiert
ist.
Die Ausführungsbeispiele zeigen mögliche Ausführungsvarianten, wobei an dieser Stelle bemerkt sei, dass auch Kombinationen der einzelnen Ausführungsvarianten
untereinander möglich sind.
Der Ordnung halber sei abschließend darauf hingewiesen, dass zum besseren Verständnis des Aufbaus der Zahnradtrieb, das Zahnrad 6 bzw. dessen Bestand-
teile nicht notwendigerweise maßstäblich dargestellt sind.
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Zahnradtrieb Kurbelwelle Zahnrad Verzahnung Ausgleichswelle Zahnrad Verzahnung Mantelfläche Zwischenrad Achse Lager Motorblock Zahnradkörper Mantelfläche Zahn Ausnehmung Durchbruch Durchmesser Nabenteil Axialrichtung Vorsprung Stirnfläche Stirnfläche Höhe
Länge Winkel
10
Bezugszeichenliste
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Claims (9)

Patentansprüche
1. Zahnrad (6) umfassend einen ringförmigen Zahnradkörper (13) mit einer inneren Mantelfläche (14) und einer äußeren Mantelfläche (8), wobei auf der äußeren Mantelfläche (8) eine Verzahnung (7) mit Zähnen (15) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Verzahnung (7) eine Oberflächenrauheit nach DIN EN ISO 4287 zwischen Rz 1 und Rz 25 und die innere Mantelfläche (14) eine Oberflächenrauheit nach DIN EN ISO 4287 zwischen Rz 0,3 und Rz 12 aufweist oder dass die Verzahnung (7) eine Oberflächenrauheit nach DIN EN ISO 4287 zwischen Rz 0,3 und Rz 25 und die innere Mantelfläche (14) eine Oberflächenrauheit nach DIN EN ISO 4287 zwischen Rz 0,3 und Rz 25 aufweisen und auf der inneren Mantelfläche (14) und diese in radialer Richtung überragend zumindest drei
Vorsprünge (21) angeordnet sind.
2. Zahnrad (6) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dieses
eine Sinterzahnrad ist und die Verzahnung (7) sinterrau ausgeführt ist.
3. Zahnrad (6) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass dieses in der Ausführung mit den Vorsprüngen (21) auf der inneren Mantelfläche (14) eine Sinterzahnrad ist und die innere Mantelfläche (14) sinterrau ausgeführt
ist.
4. Zahnrad (6) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Vor-
sprünge (21) rippenförmig ausgebildet sind.
5. Zahnrad (6) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die
Vorsprünge (21) zumindest teilweise eine gerundete Oberfläche aufweisen.
6. Zahnrad (6) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorsprünge (21) in der Axialrichtung (20) mit zunehmender Höhe (24) ausgebildet sind.
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7. Zahnradtrieb (1) umfassend mehrere miteinander kämmende Zahnräder (3, 6), wobei zumindest eines der Zahnräder (3, 6) auf einer Ausgleichswelle (5) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Zahnrad (6) auf der Aus-
gleichswelle (5) entsprechend einem der Ansprüche 1 bis 6 ausgebildet ist.
8. Zahnradtrieb (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Zahnrad (6) und der Ausgleichswelle (5) ein Schiebesitz ausgebildet
ist.
9. Zahnradtrieb (1) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Zahnrad (6) mit einer Überdeckung zwischen 5 um und 100 um auf der
Ausgleichswelle (5) montiert ist.
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