DE102005032595B3

DE102005032595B3 - Getriebebauteil und Ausgleichsgetriebe

Info

Publication number: DE102005032595B3
Application number: DE102005032595A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Christian Dr. Depp
Original assignee: Metaldyne International Deutschland GmbH
Current assignee: Metaldyne International Deutschland GmbH
Priority date: 2005-05-13
Filing date: 2005-07-11
Publication date: 2006-12-21
Anticipated expiration: 2025-07-12

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Getriebebauteil (1), insbesondere Zahnrad, wobei das Getriebebauteil ein erstes ringförmiges, sich um eine Drehachse (5) des Getriebebauteils herum erstreckendes Element (2) und ein zweites ringförmiges, sich um die Drehachse des Getriebebauteils herum erstreckendes Element (3) aufweist. Das erste ringförmige Element (2) weist eine Mehrzahl sich radial nach außen erstreckender erster Vorsprünge (6) auf. Das zweite ringförmige Element (3) weist eine Mehrzahl sich radial nach innen erstreckender zweiter Vorsprünge (11) auf, die - betrachtet in einer Schnittebene senkrecht zu der Drehachse (5) oder in einer Projektionsebene senkrecht zu der Drehachse - jeweils in einen Zwischenraum zwischen zwei der ersten Vorsprünge (6) hineinragen. Zwischen den ersten Vorsprüngen (6) und jeweils einem in Umfangsrichtung nächst benachbarten zweiten Vorsprung (11) besteht ein Abstand, so dass zumindest durch Oberflächen der voneinander beabstandeten Vorsprünge (6, 11) ein Abstandsbereich zwischen dem ersten ringförmigen Element (2) und dem zweiten ringförmigen Element (3) definiert ist. Zumindest ein Elastomer-Bereich (16), der ein Teilbereich des Abstandsbereichs ist, ist durch ein elastomeres Material ausgefüllt, wobei über den Elastomer-Bereich (16) Kräfte zwischen dem ersten ringförmigen Element und dem zweiten ringförmigen Element übertragbar sind. Zumindest ein Teilbereich des Abstandsbereichs ist frei von dem elastomeren Material.

Description

Die Erfindung betrifft ein Getriebebauteil (insbesondere ein Zahnrad) und ein Ausgleichsgetriebe mit einem solchen Getriebebauteil, wobei das Getriebebauteil insbesondere dazu bestimmt ist, um eine Drehachse verdreht werden zu können und dabei Kräfte zwischen zwei verschiedenen Angriffsbereichen an dem Getriebebauteil übertragen zu können. Typischerweise wird das Getriebebauteil drehfest auf einer Welle des Ausgleichsgetriebes befestigt und liegt der zweite Angriffsbereich im Bereich des Außenumfangs (z. B. Zahnkranz). Das Ausgleichsgetriebe wird insbesondere in Kombination mit Brennkraftmaschinen, z. B. Antriebsmotoren von Straßenkraftfahrzeugen, verwendet.
Es ist bekannt, dass in Getrieben Vibrationen und kurzzeitig wirkende Kräfte auftreten können. Entsprechende unerwünschte Drehmomente und Kräfte werden zwischen den beweglichen Teilen des Getriebes übertragen. Hierdurch können insbesondere Materialien der beteiligten Bauteile übermäßig beansprucht werden, hörbare Geräusche erzeugt werden und/oder Schwingungen im entsprechenden Frequenzbereich übertragen werden und mechanische Widerstände erhöht werden. Beispielsweise können von einem PKW-Kraftfahrzeugmotor Schwingungen erzeugt und über Zahnkränze von Zahnrädern eines Ausgleichsgetriebes auf eine Welle des Getriebes übertragen werden. Über die Drehlagerung der Welle werden die Schwingungen auf ein Gehäuse oder andere Bauteile in dem Kraftfahrzeug übertragen und erzeugen nicht akzeptable Geräusche. Ein wesentlicher, bei der Übertragung und Erzeugung von Schwingungen beteiligter Prozess ist der Flankenwechsel am Zahnkranz eines Zahnrades. Es wurde versucht, den Flankenwechsel zwischen miteinander kämmenden Zahnrädern durch elastische Elemente in Zahnrädern zu minimieren. Dabei ist es jedoch zu Ablösungen der elastischen Elemente von anderen Elementen und/oder zur Zerstörung der elastischen Elemente gekommen.

US 5,927,149 A beschreibt ein Getriebebauteil, das eine innere Nabe mit einer Mehrzahl sich radial nach außen erstreckender Arme und einen äußeren Ring aufweist. Langgestreckte Zähne des Rings erstrecken sich radial nach innen zwischen die Arme. Der Raum zwischen der Nabe und dem Ring ist mit einem relativ inkompressiblen elastomeren Element gefüllt. Auf Grund des inkompressiblen Materials ist jedoch der Frequenzbereich, in dem das Getriebebauteil wirksam dämpft, gering und liegt außerhalb von Frequenzbereichen, in denen eine Dämpfungswirkung erwünscht ist. Außerdem ist ein Spielausgleich zwischen dem Getriebebauteil und einem damit am Außenumfang zusammenwirkenden Getriebebauteil nur in sehr geringem Maße und nur beim Auftreten von hohen Anpresskräften möglich.

US 3,094,853 beschreibt eine flexible Übertragungskupplung, die eine Nabe mit Rippen aufweist, welche über Gummielemente mit Rippen einer Felge verbunden sind.

DE 1 575 892 A beschreibt eine elastische Kupplung mit ineinandergreifendem, außenverzahntem Nabenteil und innenverzahntem Muffenteil. Zwischen die einem Außenzahn und einem Innenzahn ist ein Dämpfungselement aus elastischem Werkstoff angeordnet.

GB 538,625 beschreibt eine elastische Kupplung, wobei in dem elastischen Material Hohlräume ausgebildet sind, die in Bereichen von radial nach außen ragenden Spitzen des Innenteils der Kupplung liegen.

US 5,531,642 A beschreibt eine schwingungssichere Leistungs-Startvorrichtung für eine Maschine, wobei die Startvorrichtung elastische Halteelemente aus Gummi aufweist, durch die die Maschine an einer Halterung montiert ist. Von einer Nabe erstreckt sich eine Mehrzahl von ersten Finnen radial nach außen. Von einer Felge erstreckt sich eine Mehrzahl von zweiten Finnen radial nach innen in Zwischenräume zwischen den ersten Finnen. Einander gegenüber stehenden Oberflächen der ersten und zweiten Finnen sind durch die elastischen Halteelemente miteinander verbunden.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Bauweise eines Getriebebauteils anzugeben, das beim Betrieb eine drehschwingungsdämpfende und/oder drehelastisch entkoppelnde Wirkung hat und das unter Beibehaltung des Prinzips der Bauweise auf verschiedene unterschiedliche Kraft- und Frequenzbereiche angepasst werden kann. Insbesondere soll außerdem bei reduzierten mechanischen Verlusten ein Spielausgleich zu Bauteilen möglich sein, die mit dem Getriebebauteil zusammenwirken, und soll dauerhafte Funktionsfähigkeit garantiert sein.

Die Aufgabe wird durch ein Getriebebauteil, insbesondere Zahnrad gemäß Patentanspruch 1 gelöst.

Zumindest ein Teilbereich (freier Bereich) des Abstandsbereichs ist frei von elastomeren Material. Durch den freien Bereich wird es dem elastomeren Material ermöglicht, sich in anderer Weise (insbesondere stärker) zu verformen als es bei einem vollständig mit elastomerem Material gefüllten Abstandsbereich der Fall wäre. Dadurch kann eine drehelastische Entkopplung und/oder Schwingungsdämpfung zwischen dem ersten und zweiten ringförmigen Element erzielt werden, die auf einfache Weise auf den Einsatzzweck abgestimmt werden kann. Insbesondere können die Eigenschaften auf einfache Weise durch Wahl der Steifigkeit des elastomeren Materials, durch Vorgabe einer bestimmten Geometrie und/oder Lage des oder der Elastomer-Bereiche und/oder durch Vorgabe einer Geometrie des Abstandsbereichs eingestellt werden. Der Erfindung liegt dabei die Erkenntnis zu Grunde, dass es bei der beschriebenen Gestaltung des ersten und des zweiten ringförmigen Elements (jeweils mit Vorsprüngen) für eine dauerhafte Funktionsfähigkeit ausreicht, lediglich Teilbereiche des Abstandsbereichs mit dem elastomeren Material zu versehen.

Darüber hinaus erhöht das Vorhandensein eines freien Bereichs in jedem Fall die Strecke in radialer Richtung, um die das erste ringförmige Element und das zweite ringförmige Element gegeneinander ausgelenkt werden können.

Insbesondere können die ersten Vorsprünge und/oder die zweiten Vorsprünge bezüglich der Drehachse gleiche Winkelabstände zwischen einander aufweisen und/oder jeweils zwei Vorsprünge desselben ringförmigen Elements (des ersten und/oder des zweiten ringförmigen Elements) bezüglich der Drehachse achsensymmetrisch zueinander angeordnet sein.

Es werden drehachsensymmetrische Anordnungen der Elastomer-Bereiche und/oder der Vorsprünge mit mehrzähliger (insbesondere geradzahliger mehrzähliger Symmetrie, etwa 4-zähliger, 6-zähliger oder 8-zähliger) Symmetrie bevorzugt, um zum Zwecke des Spielausgleichs während einer Drehbewegung um die Drehachse eine gleich bleibende axiale Kraft und/oder eine gleich bleibende Auslenkung zu erzielen. Unter einer n-zähligen Symmetrie wird eine Ausgestaltung verstanden, die durch n (n ist eine ganze positive Zahl) Drehungen mit verschiedenen Drehwinkeln um die Symmetrieachse auf sich selbst abgebildet werden kann. Dabei wird die Abbildung durch Drehung um 360 Grad mitgezählt.

Insbesondere wird die Übertragung von Schwingungen, die hörbare Geräusche anregen können, wirksam unterdrückt. Die Effektivität der Unterdrückung ist dabei auf Grund der freien Bereiche gegenüber Getriebebauteilen erhöht, bei denen der gesamte Abstandsbereich mit elastomerem Material gefüllt ist.

Das erste und/oder das zweite ringförmige Element sind vorzugsweise aus einem Material mit einer Steifigkeit in der Größenordnung von Metall oder anderen für den Zahnradbau üblichen Materialien gefertigt. Insbesondere liegt der Schwerpunkt jeweils des ersten und des zweiten ringförmigen Elements im nicht ausgelenkten Zustand auf der Drehachse. Die ringförmigen Elemente können jeweils einteilig oder mehrteilig gefertigt sein.

Vorzugsweise weist das Getriebebauteil eine Nabe und/oder einen in radialer Richtung bezüglich der Drehachse des Getriebebauteils außen an dem Getriebebauteil angeordneten Zahnkranz auf. Das Getriebebauteil kann ein Zahnrad oder ein anderes Getriebebauteil, beispielsweise eine Riemenscheibe, sein. Insbesondere ist das erste ringförmige Element eine Nabe und/oder es ist an dem zweiten ringförmigen Element ein Zahnkranz und/oder ein Profil für die Kopplung mit einem Riemen eines Riementriebes ausgebildet.

Insbesondere ist das Getriebebauteil ausgestaltet und/oder geeignet, bezüglich einer Drehachse des Getriebebauteils auftretende Drehkräfte von einem radial innen angreifenden Gegenstand, insbesondere einer mit dem Getriebebauteil verbundenen oder damit verbindbaren Welle, auf einen periphär mit dem Getriebebauteil gekoppelten Gegenstand zu übertragen und/oder umgekehrt.

Unter Drehkräften werden Kräfte verstanden, die eine Drehbewegung um eine Drehachse auslösen, beschleunigen, aufrechterhalten, verlangsamen und/oder stoppen. Unter einem periphär mit dem Getriebebauteil gekoppelten Gegenstand wird insbesondere ein Gegenstand verstanden, der zwecks Kraftübertragung im Bereich des Außenumfangs des Getriebebauteils mit diesem zusammenwirkt. Dabei kann der Gegenstand, muss aber nicht zwangsläufig in der Art von zwei miteinander kämmenden Zahnrädern oder in der Art eines Keilriemens in radialer Richtung außerhalb des Außenumfangs des Getriebebauteils angeordnet sein.

Unter einem Vorsprung wird ein Formmerkmal des ringförmigen Elements verstanden, bei dem sich die Oberfläche des ringförmigen Elements in einer Schnitt- oder Projektionsebene, die senkrecht zu der Drehachse verläuft, quer zu einer Kreislinie um die Drehachse erstreckt. Insbesondere muss der Vorsprung nicht massiv aus dem Material des ringförmigen Elements gebildet sein.

Unter sich radial nach außen erstreckenden Vorsprüngen werden insbesondere Vorsprünge verstanden, die sich von einem Ansatz, über den sie beispielsweise mit anderen Bereichen des ringförmigen Elements verbunden sind, bis zu einem freien Ende erstrecken, wobei das freien Ende einen größeren Abstand von der Drehachse des Getriebebauteils aufweist als der Ansatz. Dabei kann sich der Vorsprung in radialer Richtung erstrecken. "Radial nach außen/innen" schließt aber auch Ausgestaltungen mit ein, bei denen sich zumindest ein Abschnitt des Vorsprungs nicht geradlinig nach außen bzw. innen erstreckt und/oder sich entlang einer Linie erstreckt, die quer zur (auf die Drehachse bezogen) radialen Richtung und/oder gekrümmt verläuft. In besonderer Ausgestaltung können sich die Vorsprünge jedoch in der Art von Speichen geradlinig nach innen bzw. nach außen erstrecken oder sogar über ihre gesamte, vom Ansatz bis zum freien Ende gemessenen Länge in radialer Richtung erstrecken.

Unter einem Zwischenraum zwischen zwei der ersten Vorsprünge wird insbesondere auch ein Bereich verstanden, der sich entlang einer Umfangsrichtung (d. h. entlang dem Verlauf einer Kreislinie um die Drehachse) erstreckt. Insbesondere wenn nur zwei der ersten Vorsprünge vorhanden sind, kann der Fall eintreten, dass die Vorsprünge entlang einer geraden Linie keinen Zwischenraum aufweisen. Ob ein zweiter Vorsprung in einen Zwischenraum zwischen zwei der ersten Vorsprünge hineinragt, wird in einer Schnittebene senkrecht zu der Drehachse oder in einer Projektionsebene senkrecht zu der Drehachse betrachtet. Der zuletzt genannte Fall betrifft z. B. Gestaltungen, bei denen die ersten Vorsprünge und die zweiten Vorsprünge keine Bereiche in einer gemeinsamen Ebene senkrecht zu der Drehachse aufweisen. In diesem Fall werden die Vorsprünge jeweils senkrecht in eine solche Projektionsebene projiziert.

Ein freier Bereich kann ein Hohlraum sein und/oder mit einem anderen (z. B. ebenfalls elastischen) Material zumindest teilweise gefüllt sein, das vorzugsweise eine wesentlich geringere Steifigkeit als das elastomere Material hat.

Der Abstandsbereich erstreckt sich (wie bei dem Getriebebauteil gemäß der US 5,927,14 A ) zwischen dem ersten ringförmigen Element und dem zweiten ringförmigen Element, in sich geschlossen (wie bei dem Getriebebauteil gemäß der US 5,927,149 A um die Drehachse herum. Im Verlauf des Abstandsbereichs um die Drehachse folgen Elastomer-Bereiche und freie Bereiche alternierend aufeinander. Durch die Mehrzahl von freien Bereichen wird die Verformbarkeit der Elastomer-Bereiche erhöht.

Bei einer Ausgestaltung der Erfindung kann der Abstandsbereich in seinem Verlauf um die Drehachse einen sich verändernden Abstand zwischen dem ersten ringförmigen Element und dem zweiten ringförmigen Element aufweisen. Z. B. ist der Abstand in einem freien Bereich oder in den freien Bereichen größer als in zumindest einem Elastomer-Bereich. Beispielsweise kann der freie Bereich durch eine Durchgangsbohrung in axialer Richtung gebildet sein.

Zumindest einer der Elastomer-Bereiche kann zwischen Flanken eines ersten Vorsprungs und eines benachbarten zweiten Vorsprungs angeordnet sein. Hierdurch wird eine Kompression oder Elongation bei in Umfangsrichtung wirkenden Kräften ermöglicht und somit, je nach Auslegung der elastischen Eigenschaften und Einsatzzweck, eine entsprechende Schwingungsdämpfung oder drehelastische Entkopplung des ersten und des zweiten ringförmigen Elements. Außerdem hat sich gezeigt, dass dadurch beim Einsatz als rotierendes Bauteil in einem Getriebe verhältnismäßig geringe entlang der Flanken-Oberflächen wirkende Kräfte auftreten, sodass eine Ablösung des elastomeren Materials von der Oberfläche vermieden wird.

Insbesondere kann zumindest einer der Elastomer-Bereiche einander gegenüberliegende Flanken eines ersten Vorsprungs und eines zweiten Vorsprungs verbinden, wobei die Flanken jeweils durch einen Oberflächenbereich des Vorsprungs gebildet werden, der sich von einem Ansatz des Vorsprungs an dem ringförmigen Element zu einem freien Ende des Vorsprungs erstreckt.

Der Elastomer-Bereich kann sich zwischen den Flanken, die er verbindet, von radial außen nach radial innen verjüngen. Dies gewährleistet eine etwa gleichmäßige relative Dehnung oder Kompression des elastomeren Materials, wenn das Getriebebauteil während seines Betriebes in Umfangsrichtung wirkenden Kräften ausgesetzt ist. Es treten daher nicht lokal begrenzte, besonders große Belastungen, sondern gleichmäßige Belastungen des elastomeren Materials auf.

Zumindest einer der freien Bereiche ist vorzugsweise zwischen einem freien, radial nach außen weisenden Ende eines der ersten Vorsprünge und dem zweiten ringförmigen Element angeordnet oder zwischen einem freien, radial nach innen weisenden Ende eines der zweiten Vorsprünge und dem ersten ringförmigen Element. Insbesondere wenn sich zwischen allen freien Enden der Vorsprünge und dem auf einer gegenüberliegenden Seite des Abstandsbereich liegenden zweiten bzw. ersten ringförmigen Element ein freier Bereich erstreckt, wird eine relative Verschiebung des ersten ringförmigen Elements und des zweiten ringförmigen Elements senkrecht zur Drehachse zugelassen. Das Getriebebauteil kann daher besonders gut zum Ausgleich eines entsprechenden Spiels in einem Getriebe verwendet werden.

Dies ist bei dem in der US 5,927,149 A beschriebenen Getriebebauteil, bei dem der Abstandsbereich vollständig mit elastomerem Material ausgefüllt ist, nicht oder nur in sehr geringem Maße der Fall. Verwendet man für das bekannte Getriebebauteil ein dauerhaft funktionsfähiges Gummimaterial, ist dieses praktisch inkompressibel. Bei Verwendung von elastomeren Materialien mit Hohlräumen ist die Dauerhaftigkeit u. U. nicht gewährleistet. Demgegenüber kann eine wesentlich bessere Spiel-Ausgleichsbeweglichkeit mit einem Getriebebauteil gemäß der vorliegenden Erfindung bereits dann erreicht werden, wenn nur wenige freie Bereiche vorgesehen werden. Dabei muss nicht an jedem freien Ende der Vorsprünge ein freier Bereich liegen. Vielmehr lässt ein Elastomer-Bereich mit einem benachbarter freien Bereich bereits eine Kompression oder Elongation z. B. in radialer Richtung zu.

Das Getriebebauteil kann insbesondere so ausgestaltet sein, dass sich der Elastomer-Bereich ausgehend von einer Oberfläche eines der ersten Vorsprünge entlang einer Erstreckungslinie zu einer Oberfläche des zweiten Vorsprungs erstreckt und wobei die Erstreckungslinie im Wesentlichen tangential zu einer Kreislinie um die Drehachse verläuft.

Der Begriff Erstreckungslinie bezeichnet insbesondere eine Verbindungslinie zwischen der Oberfläche des ersten Vorsprungs und der Oberfläche des zweiten Vorsprungs, wobei die Erstreckungslinie jedoch vollständig zentral durch (mitten durch) das elastomere Material hindurch verläuft. Insbesondere wenn alle Elastomer-Bereiche des Getriebebauteils in etwa tangentialer Richtung jeweils einen ersten Vorsprung und einen zweiten Vorsprung verbinden, können sowohl in Umfangsrichtung wirkende Stöße und Vibrationen gedämpft werden, als auch eine relative Verschiebung des ersten ringförmigen Elements und des zweiten ringförmigen Elements senkrecht zur Drehachse zugelassen werden.

Eine besondere Ausgestaltung des Getriebebauteils erlaubt eine elastische Relativ-Auslenkung des ersten ringförmigen Elements und des zweiten ringförmigen Elements nicht nur in radialer Richtung zu der Drehachse, sondern außerdem in Richtung der Drehachse. Insbesondere erstreckt sich der Elastomer-Bereich ausgehend von einer Oberfläche eines der ersten Vorsprünge entlang einer Erstreckungslinie zu einer Oberfläche des zweiten Vorsprungs und verläuft die Erstreckungslinie sowohl teilweise um die Drehachse herum als auch quer zu einer Kreisebene, wobei die Drehachse die Kreisebene in ihrem Mittelpunkt durchstößt. Unter „um die Drehachse herum" wird in diesem Fall auch verstanden, dass die Erstreckungslinie nicht gekrümmt (sondern in einer Schnittebene senkrecht zur Drehachse betrachtet beispielsweise geradlinig) um die Drehachse verläuft. Beispielsweise verläuft die Erstreckungslinie im Wesentlichen entlang einer Schraubenlinie um die Drehachse. Vorzugsweise ist eine Mehrzahl solcher Elastomer-Bereiche in dem Abstandsbereich vorhanden, wobei die Elastomer-Bereiche um die Drehachse verteilt sind. Im Fall der im Wesentlichen schraubenlinienförmigen Erstreckungslinie kann dabei der Drehsinn (rechts drehende oder links drehende Schraubenlinie) von Elastomer-Bereichen, die an gegenüberliegenden Flanken desselben ersten Vorsprungs angreifen, entgegengesetzt sein. Auf diese Weise entsteht im Ergebnis eine elastische Relativbeweglichkeit in der axialen Richtung, die nicht zwangsläufig eine relative Verdrehung des ersten ringförmigen Elements und des zweiten ringförmigen Elements um die Drehachse erfordert.

Bei der Herstellung der Elastomer-Bereiche wird vorzugsweise wie folgt vorgegangen:
Diejenigen Bereiche, in die das Elastomer-Material eingebracht werden soll, werden gegen die von Elastomer-Material freizuhaltenden Bereiche durch Trennelemente abgegrenzt. Dabei wird zwischen den Trennelementen und den Oberflächen zumindest eines der ringförmigen Elemente ein Spalt freigelassen. Das Elastomer-Material wird dann in die Elastomer-Bereiche eingebracht und ausvulkanisiert. Dabei tritt in der Regel, insbesondere wenn das Elastomer-Material in einem Hochdruck-Spritzgußverfahren eingebracht wird, Elastomer-Material durch den zumindest einen Spalt in den freien Bereich ein und lagert sich in der Regel an der Oberfläche des entsprechenden ringförmigen Elements, an dem der Spalt gelassen wurde, an. Außerdem können Gase durch den Spalt in den freien Bereich austreten. Dadurch wird die Erzeugung eines blasenfreien Elastomer-Bereichs erleichtert. Dem entspricht ein Getriebebauteil, wobei zumindest einer der freien Bereiche sich zwischen zumindest einer ersten Oberflächenschicht aus dem elastomeren Material, die eine Oberfläche des ersten oder zweiten ringförmigen Elements bedeckt (dem ringförmigen Element, an dem der Spalt gelassen wurde), und einer Oberfläche des anderen ringförmigen Elements erstreckt.

Die Erfindung betrifft auch ein Ausgleichsgetriebe mit einem Getriebebauteil in einer der in dieser Beschreibung sowie den beigefügten Figuren und Ansprüchen beschriebenen Ausgestaltung.

Insbesondere können in dem Ausgleichsgetriebe ein erstes und ein zweites der Getriebebauteile, hintereinander angeordnet sein und drehfest mit derselben Welle des Ausgleichsgetriebes verbunden sein. Bei den Getriebebauteilen handelt es sich um die oben beschriebenen besonderen Ausgestaltungen, die eine elastische Relativ-Auslenkung des ersten ringförmigen Elements und des zweiten ringförmigen Elements in Richtung der Drehachse (axiale Auslenkung) erlauben. Die Elastomer-Bereiche sind dabei derart gestaltet, dass eine axiale Auslenkung in einer bestimmten Richtung zu einer Elongation der Elastomer-Bereiche des ersten Getriebebauteils und zu einer Kompression der Elastomer-Bereiche des zweiten Getriebebauteils führt. Insbesondere können die Elastomer-Bereiche des ersten Getriebebauteils spiegelbildlich zu den Elastomer-Bereichen des zweiten Getriebebauteils angeordnet sein.

Vorzugsweise wird ein Gummimaterial für die Elastomer-Bereiche verwendet, das frei von Gaseinschlüssen ist. Unter „Gummi" wird in der vorliegenden Beschreibung jegliches elastomere Material verstanden, unabhängig davon, ob es aus natürlichen Stoffen wie z. B. Naturkautschuk gewonnen und/oder aus Kunststoff hergestellt wurde, beispielsweise aus einer Nitril- oder Ethylenacrylat-Mischung. Insbesondere bei der Verwendung des Getriebebauteils in einem Ausgleichsgetriebe wird vorgeschlagen, als Gummi bzw. elastomeres Material ein polares Kautschukmaterial, vorzugsweise eine hydrierte Nitril-Butadien-Kautschukverbindung (HNBR) zu verwenden. Es können aber alternativ beispielsweise ENR (Epoxidized Natural Rubber), EVA (Ethylene Vinyl Acetate), NBR (Nitril-Butadien-Kautschuk), AEM (Ethylen-Acrylat-Kautschuk) oder ACM (Polyacrylat-Kautschuk) verwendet werden.

Das elastomere Material des zumindest einen Elastomer-Bereichs ist vorzugsweise fest, insbesondere unlösbar, mit sowohl einer Oberfläche des ersten ringförmigen Elements als auch mit einer Oberfläche des zweiten ringförmigen Elements verbunden.

Bei der Herstellung der Elastomer-Bereiche werden vorzugsweise zunächst die für das Aufbringen des elastomeren Materials vorgesehenen Kontaktflächen (insbesondere die Flanken an den Vorsprüngen) vorbehandelt (entfettet, phosphatiert und/oder sandgestrahlt) und dann das Material auf die Kontaktflächen aufgebracht. Gut geeignet ist hierfür ein Hochdruck-Spritzverfahren, insbesondere Spritzgussverfahren (Injection Moulding). Durch ein nachfolgendes Vulkanisieren wird das Material stoffschlüssig mit dem Material der Kontaktfläche verbunden.

Es sind jedoch auch Gestaltungen von der Erfindung umfasst, bei denen ein oder mehrere elastomere Elemente lediglich in Kontakt mit den Oberflächen der ringförmigen Elemente sind. Dabei können die Oberflächen jeweils so geformt sein, dass die elastomeren Elemente in dem Elastomer-Bereich gehalten werden.

Das Getriebebauteil kann mit einem Begrenzungselement zur Begrenzung einer Relativbewegung des ersten und zweiten ringförmigen Elements und der jeweils damit fest verbundenen Bauelemente kombiniert werden. Beispielsweise kann ein scheibenförmiges Element drehfest mit dem ersten ringförmigen Element verbunden werden, wobei das scheibenförmige Element sich in radialer Richtung nach außen in einen Bereich neben dem zweiten ringförmigen Element erstreckt. Auf diese Weise wird verhindert, dass sich unter Verformung des elastomeren Materials das zweite ringförmige Element über die durch das Begrenzungselement definierte Begrenzungsfläche hinaus gelangt. Zwar kann es durch einen Kontakt des zweiten ringförmigen Elements mit dem Begrenzungselement zu einer direkten Übertragung von Vibrationen kommen. Über die gesamte Zeit des Betriebes gesehen ist der damit verbundenen Effekt jedoch gering, da es nur kurzzeitig zu einem Kontakt kommt.

Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung und alternative, nicht zur Erfindung (wie sie in beigefügten Patentansprüchen definiert ist) gehörende Bauformen näher erläutert, die in den Figuren schematisch dargestellt sind. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die Ausführungsbeispiele beschränkt. Gleiche Bezugsziffern in den einzelnen Figuren bezeichnen dabei gleiche oder funktionsgleiche bzw. hinsichtlich ihrer Funktionen einander entsprechende Elemente. Im Einzelnen zeigen:
1 einen Querschnitt eines Getriebebauteils in einer Ebene senkrecht zu der Drehachse des Getriebebauteils,
2 einen Querschnitt durch das in 1 gezeigte Getriebebauteil in einer Ebene, die senkrecht zu der Zeichnungsebene von 1 steht und die in 1 durch die mit A bezeichneten Pfeile markiert ist,
3 einen Querschnitt durch das in 1 gezeigte Getriebebauteil in einer Ebene, die senkrecht zu der Zeichnungsebene von 1 steht und die in 1 durch die mit B bezeichneten Pfeile markiert ist,
4 einen Querschnitt durch das in 1 gezeigte Getriebebauteil in einer Ebene, die senkrecht zu der Zeichnungsebene von 1 steht und die in 1 durch die mit C bezeichneten Pfeile markiert ist, und
5 einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Ausführungsform eines Getriebebauteils in einer Ebene senkrecht zu der Drehachse des Getriebebauteils.
Das in 1 bis 4 dargestellte Getriebebauteil ist ein Zahnrad 1 mit einer Nabe 2, die sich ringförmig um eine zentrale Drehachse 5 herum erstreckt, und mit einem Zahnkranz 3, der sich ebenfalls ringförmig um die Drehachse 5 herum erstreckt. Das Zahnrad 1 kann drehfest auf einer Welle montiert werden, sodass bei Drehung der Welle das Zahnrad 1 im Wesentlichen um die Drehachse 5 gedreht wird. Am Außenumfang des Zahnkranzes 3 ist eine Vielzahl von Zähnen 4 angeordnet, um mit einem entsprechend geformten Zahnrad oder anderen Getriebebauteil zusammenwirken zu können.
Die Nabe 2 weist an ihrer Außenoberfläche ein gestuftes Profil auf (2 bis 4). In dem Bereich ihres größten Außenumfanges erstrecken sich außerdem vier erste Vorsprünge 6 radial nach außen (1 und 2). Die ersten Vorsprünge 6 sind in 90 Grad Abständen gleichmäßig über den Umfang verteilt und sind jeweils symmetrisch zu einer Symmetrieebene ausgestaltet, die die Drehachse 5 enthält. Dabei fallen die Symmetrieebenen von jeweils zwei gegenüberliegenden ersten Vorsprüngen 6 zusammen. Insgesamt ist so eine vierzählige Achsensymmetrie der Nabe 2 mit zusätzlicher Flächensymmetrie der Vorsprünge erreicht.
Die vierzählige Symmetrie ist ebenfalls bei dem Zahnkranz 3 realisiert. Hierauf wird noch näher eingegangen. Bei anderen Ausgestaltungen kann die Formgestaltung und Anordnung der ersten Vorsprünge 6 und jeweils zweier benachbarter zweiter Vorsprünge 11 des Zahnkranzes 3 auf eine andere Art von Achsensymmetrie bezüglich der Drehachse 5 übertragen werden, beispielsweise auf eine entsprechende sechszählige Symmetrie (mit jeweils sechs Vorsprüngen der Nabe und des Zahnkranzes). Außerdem kann ein anderes Getriebebauteil, beispielsweise eine Riemenscheibe zum Zusammenwirken mit einem außen am Umfang der Riemenscheibe umlaufenden Riemen, in entsprechende Weise mit einem inneren kreisförmigen Element, einem äußeren kreisförmigen Element und die beiden Elemente verbindenden Elastomer-Bereichen ausgestaltet sein.
Die ersten Vorsprünge 6 weisen jeweils einen Ansatz an einem im Wesentlichen rotationssymmetrischen Bereich der Nabe 2 auf. Ausgehend von dem Ansatz erstrecken sie sich bis zu einem radial nach außen weisenden freien Ende 7. In der speziellen Ausgestaltung, die in 1 bis 4 dargestellt ist, weisen die ersten Vorsprünge 6 (und ebenfalls die zweiten Vorsprünge 11) jeweils eine in axialer Richtung verlaufende Durchgangsbohrung 9 bzw. 14 auf. Die Bohrungen 9, 14 erleichtern die Herstellung. Beim Einbringen von elastomerem Material zwischen die Nabe 2 und den Zahnkranz 3 können diese Mithilfe von in die Bohrungen 9, 14 eingreifenden Halteelementen gehalten werden. Außerdem reduzieren die Bohrungen 9, 14 die Masse und damit die Trägheit des Getriebebauteils 1.
Die freien Ende 7 sind an ihrer Oberflächen mit einer Oberflächenschicht 8 aus elastomerem Material überzogen. Dabei muss die Oberflächenschicht 8 nicht zwangsläufig die gesamte Oberfläche zwischen zwei benachbarten Elastomer-Bereichen 16a, 16b abdecken (wie in 1 dargestellt). Zwischen der Oberflächenschicht 8 und einer gegenüberliegenden Oberflächenschicht 13, die eine Oberfläche des Zahnkranzes 3 bedeckt, befindet sich ein freier Bereich 17a, in dem kein elastomeres Material angeordnet ist. In entsprechender Weise sind freie Bereiche 17b zwischen radial nach innen weisenden freien Enden 12 der zweiten Vorsprünge 11 und Oberflächen der Nabe 2 vorhanden, wobei die Oberflächen jeweils von einer Oberflächenschicht aus elastomerem Material bedeckt sein können.
Die mäanderförmige Oberflächengestaltung sowohl am Außenumfang der Nabe 2 als auch am Innenumfang des Zahnkranzes 3 lässt einen Abstand zwischen der Nabe 2 und den Zahnkranz 3. Durch diesen Abstandsbereich sind die Nabe 2 und der Zahnkranz 3 vollständig voneinander getrennt und lediglich über elastomeres Material miteinander verbunden. Dies schließt nicht aus, dass sie an anderer Stelle, insbesondere parallel zu der Zeichnungsebene von 1, außerdem über ein Begrenzungselement miteinander verbunden sind oder miteinander in Kontakt sind.
Die zweiten Vorsprünge 11 ragen in ihrem Verlauf radial nach innen, vom Ansatz bis zu ihrem jeweiligen freien Ende, in Zwischenräume zwischen jeweils zwei ersten Vorsprünge 6 hinein. Die Oberflächen der Nabe 2 und des Zahnkranzes 3 sind daher quasi miteinander verzahnt. Hierdurch wird eine sehr Platz sparende Anordnung erzielt.
Die sich im Wesentlichen in radialer Richtung erstreckenden Flanken der ersten Vorsprünge 6 und der zweiten Vorsprünge 11 erstrecken sich nicht genau parallel zueinander. Vielmehr verjüngt sich der Abstandsbereich zwischen jeweils zwei einander gegenüberliegenden Flanken von radial außen nach radial innen. In diesen sich verjüngenden Teilbereichen des Abstandsbereich ist jeweils elastomeres Material angeordnet und mit den Oberflächen an den Flanken der Vorsprünge 6, 11 unlösbar verbunden (insbesondere aufvulkanisiert). Die so gebildeten Elastomer-Bereiche 16 verbinden die ersten Vorsprünge 6 und die zweiten Vorsprünge 11 und ermöglichen auf diese Weise eine Kraftübertragung in Umfangsrichtung bzw. eine Drehmomentübertragung zwischen der Nabe 2 und den Zahnkranz 3.
Jeder der ersten Vorsprünge 6 weist an seinen gegenüberliegenden Flanken jeweils einen Elastomer-Bereich 16a, 16b auf. Hierdurch ist eine sehr wirksame und stabile Übertragungskette zur Kraftübertragung zwischen der Nabe 2 und den Zahnkranz 3 erreicht. Wird durch eine relative Verdrehung der Nabe 2 und des Zahnkranzes 3 der eine der Elastomer-Bereiche 16 (z. B. 16a) in seinem Verlauf zwischen den beiden Bauelementen (d. h. etwa in Umfangsrichtung) auf Zug beansprucht wird dementsprechend der andere Elastomer-Bereich 16 (z. B. 16b) auf Druck beansprucht. Dies hat mehrere Vorteile. Zum einen sind die drehelastischen Eigenschaften des gesamten Zahnrades unabhängig von der Richtung der relativen Verdrehung zwischen der Nabe 2 und dem Zahnkranz 3. Zum anderen bleibt das Getriebebauteil auch bei einer Degradation der elastischen Eigenschaften des elastomeren Materials stabil. Die Degradation beschleunigt sich insbesondere nicht von selbst.
Die Übertragungskennlinie des beschriebenen Getriebebauteils ist progressiv, d. h. das für eine relative Verdrehung der Nabe 2 und des Zahnkranzes 3 erforderliche Drehmoment der Kraftübertragung steigt überproportional mit dem Winkel der gegenseitigen Verdrehung aus der Ruhelage an. Ein solches progressives Verhalten zeigt nicht nur das in den 1 bis 4 dargestellte Getriebebauteil, sondern kann auch bei anderen Ausführungsformen eines Getriebebauteils vorhanden sein.
Eine erfindungsgemäße Ausführungsform eines Getriebebauteils (5) ist wie die anhand von 1 beschriebene Ausführungsform ein Zahnrad 51 mit einer Nabe 52, die sich ringförmig um eine zentrale Drehachse herum erstreckt, und mit einem Zahnkranz 53, der sich ebenfalls ringförmig um die Drehachse herum erstreckt. Im Folgenden werden lediglich die Unterschiede zu der Ausführungsform von 1 beschrieben. Die im Folgenden beschriebenen Merkmale können (einzeln oder in beliebige Kombination der folgenden Merkmale) jedoch auch bei anderen Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Getriebebauteils vorhanden sein.
Die vier ersten Vorsprünge 56 weisen jeweils einen Ansatz an einem im Wesentlichen rotationssymmetrischen Bereich der Nabe 52 auf. Ausgehend von dem Ansatz erstrecken sich die ersten Vorsprünge 56 ebenfalls in Zwischenräume der von dem Zahnkranz 53 nach innen ragenden zweiten Vorsprünge 61. Der Abstandsbereich zwischen dem Zahnkranz 53 und der Nabe 52 ist jedoch anders als in 1 gestaltet. Der Abstandsbereich weist über seinen Verlauf um die Drehachse einen konstanten Abstand auf, wobei sich der Abstandsbereich jedoch an einer Mehrzahl von Stellen, nämlich an insgesamt vier Bohrungen 69 jeweils erweitert. Dabei liegt die zentrale Achse der Bohrungen 69 etwa in der Mitte des Verlaufs des Abstandsbereichs. Außerdem liegen die Bohrungen an Orten in der Mitte zwischen jeweils zwei der ersten Vorsprünge 56. Anders ausgedrückt liegen die Bohrungen 69 jeweils an dem nach innen, zur Drehachse weisenden Ende der zweiten Vorsprünge 61.
Der Abstandsbereich weist insgesamt vier voneinander getrennte Elastomer-Bereiche auf, wobei jeweils zwei der Elastomer-Bereiche durch einen freien Bereich getrennt sind, der kein Elastomer-Material aufweist. In der Darstellung von 5 erkennt man folglich einen spurartigen Verlauf des Abstandsbereichs. Daher kann auch von einer mehrfach unterbrochenen Elastomer-Spur gesprochen werden. In der speziellen Ausgestaltung gemäß 5 ist der gesamte Abstandsbereich mit elastomerem Material ausgefüllt, mit Ausnahme des Innenraumes der Bohrungen 69. Die Bohrungen 69 definieren also die freien Bereiche.
Diese Ausgestaltung wird beispielsweise durch ein besonders einfaches Herstellungsverfahren erzielt, bei dem während des Prozessschritts des Einbringens von elastomerem Material in den Abstandsbereich jeweils ein Element (z. B. ein Stift) in die Bohrungen 69 eingreift, sodass kein elastomeres Material in die Bohrungen gelangen kann, oder allenfalls in einen Zwischenraum zwischen dem Element und dem Rand der Bohrung 69 gelangen kann. Die Elemente übernehmen insbesondere die Funktion, den Zahnkranz und die Nabe relativ zueinander zu positionieren und/oder zu halten.
Das elastomere Material ist vorzugsweise HNBR oder AEM. Ferner wird die Haftung des elastomeren Materials an den Oberflächen des Zahnkranzes und der Nabe vorzugsweise durch Vulkanisation bewirkt. Die Nabe besteht vorzugsweise aus gesintertem Metall. Der Zahnkranz kann z. B. ein Zahnkranz mit Gerad- oder Schrägverzahnung sein. An Stelle der Bohrungen 69 können auch anders geformte Ausnehmungen vorgesehen sein.

Claims

Getriebebauteil, insbesondere Zahnrad, wobei • das Getriebebauteil ein erstes ringförmiges, sich um eine Drehachse des Getriebebauteils herum erstreckendes Element (52) und ein zweites ringförmiges, sich um die Drehachse des Getriebebauteils herum erstreckendes Element (53) aufweist, • das erste ringförmige Element (52) eine Mehrzahl sich radial nach außen erstreckender erster Vorsprünge (56) aufweist, • das zweite ringförmige Element (53) eine Mehrzahl sich radial nach innen erstreckender zweiter Vorsprünge (61) aufweist, die – betrachtet in einer Schnittebene senkrecht zu der Drehachse oder in einer Projektionsebene senkrecht zu der Drehachse – jeweils in einen Zwischenraum zwischen zwei der ersten Vorsprünge (56) hineinragen, • zwischen dem ersten Element (52) und dem zweiten Element (53) ein Abstand besteht, so dass durch Oberflächen des ersten ringförmigen Elements (52) einerseits und des zweiten ringförmigen Elements (53) andererseits ein Abstandsbereich zwischen dem ersten ringförmigen Element (52) und dem zweiten ringförmigen Element (53) definiert ist, • sich der Abstandsbereich in sich geschlossen um die Drehachse (5) herum erstreckt, • der Abstandsbereich durch ein elastomeres Material ausgefüllt ist, wobei über das elastomere Material Kräfte zwischen dem ersten ringförmigen Element (52) und dem zweiten ringförmigen Element (53) übertragbar sind, • sich der Abstandsbereich über seinen Verlauf um die Drehachse an einer Mehrzahl von Stellen zu jeweils einer Bohrung (69) erweitert und • der Abstandsbereich mit Ausnahme der Bohrungen (69) vollständig durch das elastomere Material ausgefüllt ist.
Getriebebauteil nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei der Abstandsbereich über seinem Verlauf um die Drehachse mit Ausnahme der Bohrungen (69) einen konstanten Abstand zwischen dem ersten ringförmigen Element (52) und dem zweiten ringförmigen Element (53) aufweist.
Getriebebauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die ersten Vorsprünge (56) und/oder die zweiten Vorsprünge (61) bezüglich der Drehachse gleiche Winkelabstände zwischen einander aufweisen.
Getriebebauteil nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei jeweils zwei Vorsprünge (56, 61) desselben ringförmigen Elements (52, 53) bezüglich der Drehachse achsensymmetrisch zueinander angeordnet sind.
Ausgleichsgetriebe mit einem Getriebebauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Verfahren zur Herstellung eines Getriebebauteils mit den Merkmalen gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei während dem Einbringen des elastomeren Materials in den Abstandsbereich jeweils ein Positionierungselement in die Bohrungen (69) eingreift, sodass kein elastomeres Material in die Bohrungen (69) gelangen kann, oder elastomeres Material allenfalls in einen Zwischenraum zwischen dem Positionierungselement und dem Rand der Bohrung (69) gelangen kann.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Positionierungselemente das erste ringförmige Element (52) und das zweite ringförmige Element (53) relativ zueinander positionieren und halten.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Elastomer-Material in einem Hochdruck-Spritzgußverfahren in den Abstandsbereich eingebracht wird.