DE102005013134A1 - Zahnrad - Google Patents

Abstract

Zahnrad (1) mit einem metallischen Grundkörper (2), an dem radial Zähne (3, 3', 3'') aus einem Kunststoff angeordnet sind, wobei der Grundkörper (2) zumindest einen radial abstehenden Bereich (4) aufweist, der sich bis in einen Zahn (3', 3'') erstreckt. DOLLAR A Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung wird das übertragbare Wechseldrehmoment für ein gattungsgemäßes Zahnrad erhöht.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Zahnrad mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
• Sie geht von der deutschen Patentschrift DE 35 30 190 C2 aus. In dieser ist ein Zahnrad, insbesondere für Steuerungszwecke in Verbrennungskraftmaschinen, beschrieben. Dieses weist einen mit Kunststoff ummantelten, metallischen Stützkörper auf, an den radial außen ein Kunststoffzahnkranz angeordnet ist. Der metallische Stützkörper ist an seinem radial äußeren und seinem radial inneren Ende topfförmig umgeformt, wobei die radial äußere topfförmige Umformung die Zahnräder aus Kunststoff trägt. Derartige gattungsgemäße Antriebsräder werden insbesondere im Automobilbau bei den dort verwendeten Verbrennungskraftmaschinen eingesetzt, beispielsweise zum Herstellen der Kraftübertragung von der Kurbelwelle zur Nockenwelle, aber auch sonst zu Steuerungszwecken, wobei von diesen Antriebsrädern eine geringe Kraftübertragung gefordert wird. Diese Räder sind jedoch besonderer Wärmebelastung ausgesetzt, wobei die Verbindung der Materialien Kunststoff und Metall besondere Probleme aufwirft. Weiter weist eine Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine prinzipiell, abhängig von Last und Drehzahl der Brennkraftmaschine, eine Drehungleichförmigkeit auf, welche auf die angekoppelten Nebenaggregate als Wechseldrehmoment wirkt. Durch das Anliegen der Wechseldrehmomente und der Trägheit der Nebenaggregate kommt es zum Flankenwechsel in der Verzahnung. Als Folge entstehen Rasselgeräusche, die nur durch eine aufwändige Spieleinstellung zwischen den Flanken auf ein akzeptables Niveau reduziert werden können. Zur Abhilfe können die gattungsgemäßen Kunststoffzahnräder eingesetzt werden.
• Diese Kunststoffzahnräder haben jedoch den gravierenden Nachteil, dass das übertragbare Drehmoment aus Festigkeitsgründen stark eingeschränkt ist.
• Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein gattungsgemäßes Zahnrad aufzuzeigen, mit dem ein größeres Drehmoment, insbesondere Wechseldrehmoment übertragen werden kann.
• Diese Aufgabe wird durch das Merkmal im kennzeichnenden Teil vom Patentanspruch 1 dadurch gelöst, dass der Grundkörper zumindest einen radial abstehenden Bereich aufweist, der sich bis in einen Zahn erstreckt. Durch die vorgeschlagene Maßnahme wird in vorteilhafter Weise die Festigkeit bei der Kunststoffverzahnung gesteigert, bei gleichzeitiger Beibehaltung der erforderlichen Zahnelastizität.
• Bei einer ersten bevorzugten Ausführungsvariante gemäß Patentanspruch 2 ist der radial abstehende Bereich einstückig mit dem Grundkörper ausgebildet. Bei dieser Ausführungsform braucht bei der Herstellung des Zahnrades nur ein einziges Bauteil, der metallische Grundkörper, mit Kunststoff umspritzt werden.
• Bei einer zweiten bevorzugten Ausführungsform gemäß Patentanspruch 3 ist der radial abstehende Bereich ein separates, in den Grundkörper einbringbares, d. h. einschieb- oder einsteckbares Bauelement. Bei dieser Bauvariante kann der radial abstehende Bereich entsprechend den mechanischen Anforderungen des Zahnrades angepasst werden, während der eigentliche metallische Grundkörper aus einem Standardmaterial, wie beispielsweise einem Eisenwerkstoff, hergestellt wird.
• Eine weitere Verbesserung des Zahnrades wird gemäß Patentanspruch 4 dadurch erzielt, dass der radial abstehende Bereich ein Federelement ist, d. h. tangential federnde Eigenschaften aufweist. Bei dieser Ausführungsform wird nicht nur das übertragbare Wechseldrehmoment gesteigert, sondern das Akustikpotential von Kunststoffzahnrädern kann auch bei hohen Wechselmomenten voll ausgenutzt werden.
• Im Folgenden sind zwei bevorzugte Ausführungsbeispiele anhand einer einzigen Figur im Vergleich zu einem nicht näher zitierten Stand der Technik näher erläutert.
• 1 zeigt die Aufsicht auf einen schematisch dargestellten Abschnitt eines gattungsgemäßen Zahnrades 1.
• 1 zeigt die Aufsicht auf einen schematisch dargestellten Abschnitt eines gattungsgemäßen Zahnrades 1. Das Zahnrad 1 besteht im Wesentlichen aus einem metallischen Grundkörper 2, an den radial außen Kunststoffzähne 3, 3' und 3'' angeordnet sind. Während der Zahn 3 dem gattungsgemäßen Stand der Technik entspricht, stellen die Zähne 3' und 3'' zwei unterschiedliche erfindungsgemäße Ausgestaltungen des Zahnrades 1 dar. Der metallische Grundkörper 2 weist im Bereich der Zähne 3', 3'' jeweils einen radial nach außen abstehenden Bereich 4 auf, der sich bis in die Zähne 3', 3'' erstreckt. Der radial abstehende Bereich 4 kann entweder wie beim Zahn 3' einstückig und materialeinheitlich mit dem metallischen Grundkörper 2 ausgebildet sein, oder wie beim Zahn 3'' als metallisches Einlegeteil, welches vor der Fertigstellung des Zahnrades 1 in den metallischen Grundkörper 2 eingesetzt wird.
• Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind die radial abstehenden Bereiche 4 für beide oben genannten Ausführungsformen als Federelemente ausgelegt, um tangentiale Kräfte noch besser aufnehmen zu können. Wenn der radial abstehende Bereich 4 durch ein separates, in den metallischen Grundkörper 2 einbringbares Bauelement dargestellt ist, so kann dieses beispielsweise ein einsteck- oder einschiebbares Federblech sein. Der metallische Grundkörper 2 kann in diesem Fall durch ein kostengünstigeres Material als der radial abstehende Bereich 4, beispielsweise einem einfachen Eisenwerkstoff, dargestellt werden. Bei der Herstellung des Zahnrades 1 kann der Kunststoff beispielsweise auf den metallischen Grundkörper 2 aufgespritzt werden oder es wird ein separater Zahnkranz aus Kunststoff angefertigt, der axial auf das Zahnrad 1 aufgeschoben wird. Die radial abstehenden Bereiche 4 erstrecken sich vorzugsweise 10 bis 90 % einer Zahnhöhe in den Zahn 3', 3''.
• Das erfindungsgemäße Zahnrad 1 wird bevorzugt in Brennkraftmaschinen zur Übertragung eines Drehmomentes zwischen einer Kurbelwelle und einer Nockenwelle eingesetzt. Es ist jedoch genauso für andere Steuer- bzw. Antriebszwecke geeignet. Dementsprechend können die erfindungsgemäßen Zahnräder 1 gerade oder schräg verzahnt sein.
• Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung wird die Festigkeit der Kunststoffverzahnung gesteigert, während gleichzeitig die erforderliche Zahnelastizität beibehalten wird. Die Dimensionierung und die Formgebung des radial abstehenden Bereiches 4 kann an den jeweiligen Belastungszustand bzw. an das zu übertragende Drehmoment angepasst werden. Neben der Erhöhung des übertragbaren Wechseldrehmomentes wird das Akustikpotential von Kunststoffzahnrädern auch bei hohen Wechseldrehmomenten voll ausge nutzt. Darüber hinaus werden aufwendige Spieleinstellmechanismen zum Einstellen des Flankenspiels von Zahnrädern 1 vermieden. Als weiterer Vorteil ist der Entfall von aufwendigen Entkopplungsmaßnahmen zu nennen.

1

Zahnrad

2

Metallischer Grundkörper

3, 3', 3''

Zahn

4

Radial abstehender Bereich

Claims (4)

1. Zahnrad (1), insbesondere für eine Brennkraftmaschine, mit einem metallischen Grundkörper (2) an den radial Zähne (3, 3', 3'') aus einem Kunststoff angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (2) zumindest einen radial abstehenden Bereich (4) aufweist, der sich bis in einen Zahn (3', 3'') erstreckt.
2. Zahnrad nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der radial abstehende Bereich (4) einstückig mit dem metallischen Grundkörper (2) ist.
3. Zahnrad nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der radial abstehende Bereich (4) ein separates, in den metallischen Grundkörper (2) einbringbares Bauelement ist.
4. Zahnrad nach Patentanspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der radial abstehende Bereich (4) ein Federelement ist.