DE102004055127A1

DE102004055127A1 - Zahnriemen

Info

Publication number: DE102004055127A1
Application number: DE200410055127
Authority: DE
Inventors: André Huk
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2004-11-16
Filing date: 2004-11-16
Publication date: 2006-06-29

Abstract

Ein Zahnriemen, insbesondere für eine elektromechanische Lenkung, umfasst einen Riemengrundkörper (8) mit einem konstanten Querschnitt, eine an der Innenseite des Riemengrundkörpers (8) vorgesehene Verzahnung (9) zur Kraftübertragung mit einer Vielzahl von Zähnen (6) und an der Außenseite des Riemengrundkörpers (8) vorgesehene Noppen (10). Hierdurch lassen sich die beim Zahneingriff und Abknicken des Zahnriemens auftretenden Geräuscheemissionen vermindern.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Zahnriemen, umfassend einen Riemengrundkörper mit einem konstanten Querschnitt und eine an der Innenseite des Riemengrundkörpers vorgesehene Verzahnung zur Kraftübertragung mit einer Vielzahl von Zähnen.
Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf einen für den Einsatz in einer elektromechanischen Lenkung geeigneten Zahnriemen, mit dem sich das Moment eines Motors für eine Lenkhilfskraft auf das Lenkgetriebe, beispielsweise einen Kugelgewindetrieb desselben übertragen lässt.

Eine elektromechanische Lenkung mit einem entsprechend verwendeten Zahnriemen wird beispielsweise in der DE 100 52 275 A1 beschrieben.

Der Eingriff der Zähne des Zahnriemens mit denen einer Zahnriemenscheibe verursacht eine von der Zahneingriffsfrequenz abhängige Geräuschbildung, die unter Umständen vom Fahrer akustisch wahrgenommen wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, die vom Fahrer wahrnehmbaren Geräusche zu vermindern.

Dies lässt sich beispielsweise durch eine verbesserte Geräuschdämmung realisieren. Auch eine Veränderung der Erregungsfrequenz durch eine Veränderung der Zahnteilung oder eine ungleichförmige Zahnteilung wären zu diesem Zweck möglich.

Erfindungsgemäß wird jedoch vorgeschlagen, an der Außenseite des Riemengrundkörpers Noppen vorzusehen. Durch diese lokalen Materialanhäufungen wird die Dämpfung im Riemen gezielt erhöht und das Körperschallmaß verringert.

Der Erfindung liegt die Überlegung zu Grunde, dass ein wesentlicher Anteil der Geräuschemissionen aus dem Anlegeffekt des Zahnriemens an eine Zahnriemenscheibe resultiert. Der Zahnriemen knickt an jeder Zahnlücke ein und spannt sich zwischen den benachbarten Zähnen der Verzahnung auf. An der Außenseite des Riemengrundkörpers ergibt sich bei Anlage an die Zahnriemenscheibe dadurch eine Polygonform. Das Abknicken des Zahnriemens führt zu einem erhöhten Geräuschpegel beim Zahneingriff.

Durch die Noppen und die damit verbundene Materialverdickung wird der Effekt des Abknickens über die Zahnlücken des Zahnriemens verringert. Damit wird eine Geräuschpegelverringerung erzielt, ohne die Dicke über den gesamten Riemen zu erhöhen.

Durch eine Abstimmung der Noppen auf die Verzahnung, insbesondere in bezug auf die Position, Masse, Höhe und Länge in Umfangsrichtung des Riemens lässt sich der vorstehend genannte Effekt optimieren.

So kann beispielsweise durch eine ungleichförmige Verteilung der Noppen an der Außenseite des Riemengrundkörpers oder der Noppenmassen in den einzelnen Noppen ein breitbandiges Dämpfungsverhalten erzielt werden.

Durch eine Schräganordnung länglicher Noppen zur Breite des Zahnriemens lässt sich ebenfalls eine Pegelminderung erzielen. Dies lässt sich vor allem bei einer Schrägverzahnung gut realisieren.

In einer weiteren, vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Noppen an Abflachungen angeordnet, die beim Laufen des Zahnriemens über eine Zahnriemenscheibe an dem Riemengrundkörper entstehen.

Weitere, vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Patentansprüchen angegeben.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in:
1 eine schematische Ansicht eines Zahnriementriebs einer elektromechanischen Lenkung,
2 eine Teilansicht eines Zahnriemens nach einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung in Anlage an einer Zahnriemenscheibe, sowie eine Detailansicht der Verzahnung,
3 eine Teilansicht eines Zahnriemens nach einem zweiten Ausführungsbeispiel,
4 eine Teilansicht eines Zahnriemens nach einem dritten Ausführungsbeispiel,
5 eine Ansicht eines Zahnriementriebs mit einem Zahnriemen nach einem vierten Ausführungsbeispiel, und in
6 eine Ansicht eines Zahnriementriebs mit einem Zahnriemen nach einem fünften Ausführungsbeispiel.
Das erste Ausführungsbeispiel in den 1 und 2 zeigt einen Zahnriementrieb für eine elektromechanische Lenkung mit einem Motor 1 zur Erzeugung einer den Fahrer unterstützenden Hilfskraft. Das hierzu vom Motor erzeugte Moment wird mittels eines Zahnriemens 2 an ein hier nicht näher dargestelltes Lenkgetriebe übertragen. Hierzu ist an der Abtriebswelle 3 des Motors 1 gegebenenfalls unter Zwischenschaltung einer Getriebestufe eine Antriebs-Zahnriemenscheibe 4 vorgesehen, mit welcher der Zahnriemen 2 kämmt. Auf der Seite des Lenkgetriebes ist beispielsweise an einer Kugelgewindemutter eine weitere, mit dem Zahnriemen 2 kämmende Zahnriemenscheibe 5 vorgesehen. Hierdurch wird eine spielfreie Kraftübertragung erzielt.
Beim Anlegen der Zähne 6 des Zahnriemens 2 an die Zähne der Zahnriemenscheiben 4 und 5 bedingt durch den Zahneingriff und das Abknicken des Zahnriemens 2 an den Lücken 7 zwischen den Zähnen 6 treten Geräuschemissionen auf. Diese lassen sich durch unterschiedliche Maßnahmen verringern. Eine besonders effiziente Möglichkeit besteht darin, den Zahnriemen 2 in besonderer Art und Weise auszugestalten, wie dies nachfolgend erläutert wird.
Der erfindungsgemäße Zahnriemen 2 umfasst zunächst einen Riemengrundkörper 8 mit einem konstanten oder im wesentlichen konstanten Querschnittsprofil. An der Innenseite des Riemengrundkörpers 8 ist eine Verzahnung 9 mit einer Vielzahl von Zähnen 6 zur Kraftübertragung vorgesehen. Die Zähne 6 sind vorzugsweise integral mit dem Riemengrundkörper 8 ausgebildet. Zur Verminderung der Geräuscheemissionen ist der Zahnriemen 2 an der Außenseite des Riemengrundkörpers 8 mit einer Vielzahl von Noppen 10 versehen. Diese Noppen 10 dienen lediglich der Geräuscheminderung und Geräuschdämpfung, jedoch nicht zur Kraftübertragung. Sie können wie die Zähne 6 integral mit dem Riemengrundkörper 8 ausgebildet sein. Durch die Noppen 10 wird lokal die Riemenrückenmasse und das Volumen erhöht. Die hieraus resultierenden Materialanhäufungen vermindern den Effekt des Abknickens des Zahnriemens 2 über die Zahnlücken 7, wodurch eine Geräuschpegelreduzierung bei lediglich geringer Massenzunahme des Zahnriemens 2 erzielt wird.
Durch eine Abstimmung der Noppen 10 auf die Zähne 7 lässt sich der vorstehend genannte Effekt optimieren. Auch kann beispielsweise durch ungleichförmig verteilte Massenerhöhungen ein breitbandigeres Dämpfungsverhalten erzielt werden, da durch die damit verbundene Verstimmung des schwingenden Systems die Schwingungsenergie über ein breiteres Frequenzband abgestrahlt wird, so dass sich insgesamt geringere Maximalpegel ergeben, d.h. die Pegel verwaschen werden.
Bei dem ersten Ausführungsbeispiel sind, wie insbesondere 2 zeigt, die Noppen 10 an Abflachungen 11 angeordnet sind, die beim Laufen des Zahnriemens 2 über eine Zahnriemenscheibe 5 an dem Riemengrundkörper 8 entstehen. Zwischen den Zähnen 6, d. h. an den Rückseiten der Zahnlücken 7 ergibt sich hingegen eine stärkere Krümmung 12. In diesem Bereich wird der Zahnriemen 2 an der Außenseite auf Zug, an der Innenseite hingegen unter Umständen auf Druck belastet. An der Außenseite des Riemengrundkörpers 8 ergibt sich somit eine Polygonform mit Abflachungen 11 und stärker gekrümmten Abschnitten 12.
Die Noppen 10 werden nun in einer ersten Ausführungsform so angeordnet, um die Abflachung 11 im Umschlingungszustand an einer Zahnriemenscheibe 5 zu vermindern. Wie 2 zeigt, befinden sich die Noppen 10 an den Rückseiten der Zähne 6. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiele wird eine gleichförmige Zahnteilung verwendet. Es ist jedoch auch möglich, für die Verzahnung 9 eine ungleichförmige Zahnteilung vorzusehen. Die Noppen 10 werden dann an die unterschiedlichen Längen der Zähne angepasst.
Vorzugsweise sind die Noppen 10 so angeordnet, dass diese die Schnittpunkte S der Verlängerungslinien L der Zahnflanken 13 mit der Außenseite des Riemengrundkörpers 8 jeweils überdecken.
Weiterhin ist die Länge der Noppen 10 in Umfangsrichtung des Zahnriemens 2 größer, als deren Erhebung über den Riemengrundkörper 8. Die Form der Noppen ist im Prinzip beliebig. Vorzugsweise sind diese jedoch nach außen bogenförmig vorgewölbt, wobei zusätzliche Kanten möglichst vermieden werden.
Von dem ersten Ausführungsbeispiel sind nun vielfältige Abwandlungen möglich.
3 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel des Zahnriemens 2', der in bezug auf den Riemengrundkörper 8 und die Verzahnung 9 dem ersten Ausführungsbeispiel entspricht. Im Unterschied zu dem ersten Ausführungsbeispiel sind die Noppen 10' hier jedoch mit geringerer Höhe ausgebildet. Ihre Höhe und Form ist so gewählt, dass sich bei Umschlingung einer Zahnriemenscheibe des Zahnriementriebs die aus den Abflachungen 11 des Riemengrundkörpers 8 resultierende Polygonform zu einem Kreisbogen 13' aufgehoben wird.
4 zeigt anhand eines dritten Ausführungsbeispiels eine weitere Anordnungsmöglichkeit für die Noppen 10''. Diese sind hier mit in Umfangsrichtung des Zahnriemens 2'' kleinerer Länge ausgebildet, so dass diese lediglich die Schnittpunkte S der Verlängerungslinien L der Zahnflanken 13 mit der Außenseite des Riemengrundkörpers 8 überdecken. Dabei kann für jeden Schnittpunkt S eine eigene Noppe 10'' vorgesehen werden. Durch die Noppen 10'' wird bei dem dritten Ausführungsbeispiel die Steifigkeit des Zahnriemens 2'' im Bereich der stärksten Zugbeanspruchungen beim Abknicken erhöht. Hieraus resultiert eine Verminderung der Anschlaghärte beim Zahneingriff und damit eine Geräuschminderung.
Weiterhin ist es möglich, die Noppen an den Brücken zwischen den Zähnen des Zahnriemens anzuordnen. So können beispielsweise zwei benachbarte Noppen 10'' in 4 über einer Zahnbrücke zu einer gemeinsamen Noppe an der Rückseite des Zahnriemens verschmolzen werden
Bei den vorstehend genannten Ausführungsbeispielen können sich die Noppen 10, 10' bzw. 10'' über die Breite des Zahnriemens 2, 2' bzw. 2'' erstrecken.
5 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel, nach dem die Noppen 10, 10' bzw. 10'' auch diagonal zur Breite des Zahnriemens 2''' verlaufend angeordnet werden können. Die Verzahnung 9''' an der Innenseite des Zahnriemens 2''' kann dabei im Prinzip gerade ausgeführt werden. Durch die schräg verlaufenden Noppen 10''' lässt sich eine Verwaschung des Pegels erzielen. Es ist jedoch auch möglich, eine dem Anstellwinkel entsprechende Schrägverzahnung an dem Zahnriemen vorzusehen, um einen kontinuierlichen und damit sanfteren Zahneingriff zu ermöglichen.
6 zeigt anhand eines fünften Ausführungsbeispiels eine unregelmäßige Anordnung der Noppen 10^IV . Zusätzlich können die Noppen 10^IV in ihrer Größe variieren. Sie sind vorzugsweise bogenförmig nach außen gewölbt. Hierdurch kann ebenfalls eine Verwaschung der Pegel und damit eine Geräuschminderung erzielt werden.
Die Erfindung wurde vorstehend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Sie ist jedoch nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern umfasst alle durch die Patentansprüche definierten Ausgestaltungen.

1: Motor
2: Zahnriemen
3: Motorabtriebswelle
4: Antriebs-Riemenscheibe
5: Abtriebs-Riemenscheibe
6: Zahn des Zahnriemens
7: Zahnlücke des Zahnriemens
8: Riemengrundkörper
9: Verzahnung
10: Noppe
11: Abflachung des Riemengrundkörpers 8
12: Krümmung bzw. verstärkt gekrümmter Abschnitt des Riemengrundkörpers 8
13: Zahnflanke
L: Verlängerungslinie der Zahnflanke 13
S: Schnittpunkt der Verlängerungslinie L mit der Außenseite des Riemengrundkörpers 8

Mit Hochkommata gekennzeichnete Elemente entsprechen denjenigen ohne Hochkommata.

Claims

Zahnriemen, umfassend: – einen Riemengrundkörper (8) mit einem konstanten Querschnitt, – eine an der Innenseite des Riemengrundkörpers (8) vorgesehene Verzahnung (9) zur Kraftübertragung mit einer Vielzahl von Zähnen (6), und an der Außenseite des Riemengrundkörpers (8) vorgesehene Noppen (10, 10', 10'', 10''', 10^IV ).
Zahnriemen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Noppen (10, 10', 10'', 10''') an Abflachungen (11) angeordnet sind, die beim Laufen des Zahnriemens (2, 2', 2'', 2''') über eine Zahnriemenscheibe (5) an dem Riemengrundkörper (8) entstehen.
Zahnriemen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Noppen (10, 10', 10'', 10''') sich über die Breite des Zahnriemens (2, 2', 2'', 2''') erstrecken.
Zahnriemen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Noppen (10''') diagonal zur Breite des Zahnriemens (2''') verlaufen.
Zahnriemen nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Noppen (10, 10', 10''', 10^IV ) in Umfangsrichtung des Zahnriemens (2, 2', 2''', 2^IV ) eine größere Länge aufweisen als die Zähne (6) der Verzahnung (9).
Zahnriemen nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge der Noppen (10, 10', 10'', 10''', 10^IV ) in Umfangsrichtung des Zahnriemens größer ist, als deren Erhebung über den Riemengrundkörper (8).
Zahnriemen nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Noppen (10, 10', 10'', 10''', 10^IV ) jeweils bogenförmig nach außen gewölbt sind.
Zahnriemen nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Noppen (10, 10', 10'', 10''') jeweils die Wurzeln der Zahnflanken (13) der Zähne (6) überdecken.
Zahnriemen nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnittpunkte (S) der Verlängerungen der Zahnflanken (13) mit der Außenseite des Riemengrundkörpers (8) jeweils von einer eigenen Noppe (10'') überdeckt sind.
Zahnriemen nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Noppen in Umfangsrichtung des Zahnriemens unterschiedliche Längen aufweisen.
Zahnriemen nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Noppen (10^IV ) an der Außenseite des Riemengrundkörpers (8) unregelmäßig verteilt angeordnet sind.
Elektromechanische Lenkung für ein Kraftfahrzeug, umfassend ein Lenkgetriebe, einen Motor (1) zur Erzeugung einer Hilfskraft, und einen Zahnriementrieb mit einem Zahnriemen (2, 2', 2'', 2''', 2^IV ) nach einem der vorstehend genannten Ansprüche zur Übertragung der Hilfskraft von dem Motor (1) zu dem Lenkgetriebe.