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Hintergrund der Erfindung
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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Scherzahnrad zum Reduzieren des
Spiels mit einem Gegenzahnrad und ebenso einen spielfreien Mechanismus,
bei dem kein Spiel zwischen den ineinandergreifenden Zahnrädern gegeben
ist.
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Beschreibung
des Standes der Technik
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Bei
einem Wechselschaltgetriebe für
ein Fahrzeug kommt beispielsweise ein Scherzahnrad zur Verhinderung
eines Spieles zum Einsatz. Dies bedeutet, Nebenzahnräder sind
an einem im ersten Gang angetriebenen Zahnrad und einem im zweiten Gang
angetriebenen Zahnrad angeordnet, wobei beide rotierbar auf einer
Gegenwelle angeordnet sind, und diese im ersten Gang und im zweiten
Gang angetriebenen Zahnräder
mit den jeweiligen Nebenzahnrädern
stehen im Eingriff mit einem im ersten Gang antreibenden Zahnrad
bzw. einem im zweiten Gang antreibenden Zahnrad, wodurch das Spiel
zwischen dem im ersten Gang antreibenden Zahnrad und dem im ersten
Gang angetriebenen Zahnrad sowie das Spiel zwischen dem im zweiten
Gang antreibenden Zahnrad und dem im zweiten Gang angetriebenen
Zahnrad eliminiert wird. Ein derartiges Scherzahnrad wird ebenfalls
als antreibendes Zahnrad oder als angetriebenes Zahnrad in einer
Einrichtung verwendet, die Drehmomentschwankungen verursacht, wie
beispielsweise eine Treibstoffeinspritzpumpe und eine Nockenwelle
für den
Motor eines Kraftfahrzeuges.
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Genauer
gesagt umfasst das Scherzahnrad ein Hauptzahnrad mit einer vorbestimmten
Anzahl an Zähnen,
ein Nebenzahnrad, das die selbe Form und Anzahl an Zähnen wie
das Hauptzahnrad aufweist, wobei das Nebenzahnrad axial an das Hauptzahnrad angrenzend
angeordnet und derart ausgebildet ist, dass es zusammen mit dem
Hauptzahnrad in ein Gegenzahnrad eingreifen kann, und eine Feder,
um das Nebenzahnrad relativ zu dem Hauptzahnrad in Rotationsrichtung
vorzuspannen. Das Nebenzahnrad steht mit dem Gegenzahnrad in Eingriff,
um ein Erfassen in der Rotationsrichtung durch Aufbringen einer
Federkraft der Feder zu erhalten. Demzufolge ist jeder Zahn des
Gegenzahnrades zwischen den entsprechenden Zähnen des Hauptrades und des
Nebenzahnrades eingeklemmt, wodurch das Spiel zwischen dem Hauptzahnrad
und dem Gegenzahnrad eliminiert ist.
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1 zeigt
eine perspektivische Explosionsdarstellung eines Scherzahnrades
nach dem Stand der Technik. Das in 1 gezeigte
Scherzahnrad umfasst ein Hauptzahnrad 2, ein Nebenzahnrad 6 und
eine Feder 8, die zwischen dem Hauptzahnrad 2 und
dem Nebenzahnrad 6 angeordnet ist. Das Hauptzahnrad 2 weist
eine Nabe 4 und eine Vielzahl von Löchern 5 zum Vernieten
auf. Ebenso weist das Nebenzahnrad eine Vielzahl von Löchern 7 zum
Vernieten auf. Das Nebenzahnrad 6 wird mit einer Vielzahl
von Nieten 10 an dem Hauptzahnrad 2 befestigt, wenn
die Feder 8 zwischen dem Hauptzahnrad 2 und dem
Nebenzahnrad 6 angeordnet ist, wodurch das Scherzahnrad
zusammengesetzt ist. In dem gezeigten Scherzahnrad ist das Nebenzahnrad 6 radial
zu dem Hauptzahnrad 2 festgelegt, indem ein Mittelloch des
Nebenzahnrades 6 mit der Nabe 4 des Hauptzahnrades 2 verbunden
ist. Das Nebenzahnrad 6 ist ebenso axial und in Rotationsrichtung
zu dem Hauptzahnrad 2 mit Hilfe der Nieten 10 festgelegt,
die in die Löcher 5 und 7 eingesetzt
sind.
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Jedoch
müssen
die Nieten 10 zum Aufnehmen der Reaktion der Feder 8 beim
Zusammenbau des in 1 gezeigten Scherzahnrades verstemmt werden.
Demzufolge ist es schwer, das bekannte Scherzahnrad zusammenzubauen.
Ferner müssen die
Nieten 10 zum Befestigen der Zahnräder 2 und 6 verwendet
werden. Demzufolge wird eine große Anzahl an Einzelteilen benötigt.
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Im
Allgemeinen sind die antreibenden Zahnräder und die angetriebenen Zahnräder als
schrägverzahnte
Zahnräder
ausgebildet, um hohe Belastungen aufnehmen zu können und hohe Geschwindigkeiten
zu übertragen,
während
die Nebenzahnräder
aus Kostengründen,
aus Gründen
einer einfachen Herstellbarkeit, etc. als Stirnzahnräder ausgebildet
sind, die durch Stanzen einer Stahlplatte erzeugt wurden. Demzufolge
ist das Nebenzahnrad, das als Stirnzahnrad ausgebildet ist, in linienförmigem Kontakt
mit dem antreibenden Zahnrad, das als schrägverzahntes Zahnrad ausgebildet
ist. Dies bedeutet, dass der Kontaktbereich zwischen dem Nebenzahnrad
und dem antreibenden Zahnrad klein ist.
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Jede
Zahnflanke (Zahnoberfläche)
des Nebenzahnrades, das durch Ausstanzen erzeugt wurde, weist eine
glatte Schnittfläche
in einem Abschnitt auf, welcher unter Berücksichtigung der Stanzrichtung
als erster durch einen Stanzstempel eingedrückt wird. Die glatte Schnittfläche geht
in einen anderen Abschnitt der Zahnflanke über, der von einer rauen, gebrochenen
Oberfläche
gebildet ist, was zu einer Reduzierung der Genauigkeit des Kontaktes
(des Eingriffs) zwischen der rauen gebrochenen Oberfläche jeder
Zahnflanke des Nebenzahnrades und der korrespondierenden Zahnflanke
des antreibenden Zahnrades führt.
Demzufolge sind die Eingriffsbedingungen zwischen dem als Stirnzahnrad
ausgebildeten Nebenzahnrad und dem als schrägverzahntes Zahnrad ausgebildeten
antreibenden Zahnrad, die miteinander linienförmig in Kontakt stehen, schlecht, so
dass weiterhin ein Spiel zwischen dem antreibenden Zahnrad und dem
angetriebenen Zahnrad verbleibt.
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Um
dieses Problem zu lösen,
wird jede Zahnflanke des konventionellen Nebenzahnrades nach dem
Ausstanzen geglättet,
um die Eingriffsbedingung zwischen dem Nebenzahnrad und dem antreibenden
Zahnrad zu verbessern, wodurch die Genauigkeit des Zahnradeingriffs
verbessert wird, um das Spiel zu entfernen. Jedoch muss das Verfahren des
Glättens
jeder Zahnflanke nach dem Ausstanzen durchgeführt werden, was zu einer mühevollen
Arbeit und einem Anstieg der durch die Herstellung des Nebenzahnrades
anfallenden Kosten führt.
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Ein
spielfreier Mechanismus, der dieses Problem löst, wurde in dem japanischen
Gebrauchsmuster Nr. 2595071 vorgeschlagen. Der in der genannten Druckschrift
beschriebene spielfreie Mechanismus ist dadurch gekennzeichnet,
das ein Nebenzahnrad lediglich mit seiner Schnittfläche einer
jeden Zahnflanke des Nebenzahnrades, das durch Ausstanzen erzeugt
wurde, mit einem schrägverzahnten
Gegenzahnrad in Eingriff steht. Ferner schlägt das japanische Gebrauchsmuster
Nr. 5-3059599 eine Einrichtung zum Eliminieren des Spiels vor, bei
der jede Zahnflanke eines Nebenzahnrades durch Pressen erzeugt wurde,
um in Oberflächenkontakt
mit jeder Zahnflanke eines schrägverzahnten
Gegenzahnrades zu kommen.
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Bei
dem spielfreien Mechanismus, der in dem oben genannten japanischen
Gebrauchsmuster Nr. 2595071 beschrieben ist, tritt lediglich die
Schnittfläche
jeder Zahnflanke des Nebenzahnrades, das durch Ausstanzen erzeugt
wurde, in linienförmigen Kontakt
mit dem schrägverzahnten
Gegenzahnrad, was zu einer Reduzierung der Lebensdauer führt. Als Ergebnis
ist die ursprüngliche
Funktion des spielfreien Mechanismus eingeschränkt.
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Bei
der Einrichtung zum Eliminieren des Spiels, die in der japanischen
Gebrauchsmusteroffenlegungsschrift Nr. HEI 5-30599 wie oben erwähnt beschrieben ist, wird jede
Zahnflanke des Nebenzahnrades durch Vergrößern einer Schnittschräge ausgebildet,
so dass das Nebenzahnrad flächenmäßig mit
dem schrägverzahnten
Gegenzahnrad in Kontakt treten kann. Es ist jedoch schwierig, die Schnittschräge festzusetzen
und es kommt zu dem Fall, dass die Fabrikation des entsprechenden
Stempels mehrfach wiederholt und ausprobiert werden muss.
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Darüber hinaus
werden unterschiedliche Schnittschrägen von dem ursprünglichen
Stempel und dem verschlissenen Stempel erzeugt, so dass eine periodische
Wartung des Stempels erforderlich ist. Zusätzlich ist eine maschinelle
Bearbeitung erforderlich, um die Grate, die sich gegenüber der
Schnittschräge
erstrecken, zu entfernen, was zu einer Erhöhung der Kosten führt.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Scherzahnrad zu
schaffen, das einfacher zusammengebaut werden kann und eine reduzierte Anzahl
an Einzelteilen aufweist.
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Es
ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen spielfreien
Mechanismus zu schaffen, der bei geringen Kosten einfach herzustellen
ist.
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Gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Scherzahnrad geschaffen,
aufweisend ein Hauptzahnrad mit einer vorbestimmten Zahl von Zähnen, ein
Nebenzahnrad, das die selbe Form und die selbe Anzahl von Zähnen wie
das Hauptzahnrad aufweist, wobei das Nebenzahnrad axial an das Hauptzahnrad
angrenzend angeordnet und derart ausgebildet ist, dass es zusammen
mit dem Hauptzahnrad in ein Gegenzahnrad eingreifen kann, und eine
Feder, die zwischen dem Hauptzahnrad und dem Nebenzahnrad angeordnet
ist, um das Nebenzahnrad relativ zu dem Hauptzahnrad in dessen Rotationsrichtung
vorzuspannen.
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Das
Hauptzahnrad weist auf einer Seite eine Vielzahl von ersten Kopplungsvorsprüngen auf,
die jeweils eine innere Nut haben, wobei die ersten Kopplungsvorsprünge mit
gleichen Abständen
zueinander in Umfangsrichtung des Hauptzahnrades angeordnet sind
und sich in radialer Richtung des Hauptzahnrades nach innen erstrecken.
Das Nebenzahnrad setzt sich aus einem äußeren ringförmigen Umfangsabschnitt mit
einer Vielzahl von Zähnen
entlang des äußeren Umfangs
und einem inneren ringförmigen
Umfangsabschnitt zusammen, der in eine erste axiale Richtung um
einen ersten vorbestimmten Abstand gegenüber dem äußeren ringförmigen Umfangsabschnitt versetzt
angeordnet ist.
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Das
Nebenzahnrad weist eine Vielzahl axialer Positionierungsabschnitte
und eine Vielzahl radialer und rotationaler Positionierungsabschnitte
auf.
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Jeder
der axialen Positionierungsabschnitte setzt sich aus einem ersten
Schlitz, der sich durch den äußeren ringförmigen Umfangsabschnitt
erstreckt, um eine Behinderung durch den entsprechenden ersten Kopplungsvorsprung
des Hauptzahnrades zu vermeiden, und einem zweiten Kopplungsvorsprung
zusammen, der integral mit dem äußeren Umfang
des inneren ringförmigen
Umfangsabschnittes ausgebildet ist, so dass dieser dem ersten Schlitz
ausgesetzt und in die erste axiale Richtung um einen zweiten vorbestimmten
Abstand, der größer als
der erste vorbestimmte Abstand ist, gegenüber dem äußeren ringförmigen Umfangsabschnitt versetzt
angeordnet ist.
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Jeder
der radialen und rotationalen Positionierungsabschnitte setzt sich
aus einem zweiten Schlitz, der sich durch den äußeren ringförmigen Umfangsabschnitt erstreckt,
um eine Behinderung durch den entsprechenden ersten Kopplungsvorsprung
des Hauptzahnrades zu vermeiden, und einem dritten Kopplungsvorsprung
und einem Anschlag zusammen, die beide integral mit dem äußeren Umfang
des inneren ringförmigen
Umfangsabschnittes ausgebildet sind, um dem zweiten Schlitz ausgesetzt
zu sein.
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Wenn
das Nebenzahnrad an dem Hauptzahnrad angeordnet ist, so steht der
zweite Kopplungsvorsprung in Eingriff mit der inneren Nut, um eine
axiale Positionierung zu erzielen, der äußere Umfang des dritten Kopplungsvorsprunges
grenzt an den inneren Umfang des ersten Kopplungsvorsprunges an,
um eine radiale Positionierung zu erzielen, und der Anschlag ist
auf Grund der Vorspannkraft der Feder unter Druck mit dem ersten
Kopplungsvorsprung in Kontakt getreten, um eine Positionierung in Rotationsrichtung
zu erzielen.
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Mit
dieser Konfiguration ist es möglich,
die Anzahl der für
den Zusammenbau des Scherzahnrades erforderlichen Bauteile zu reduzieren,
wodurch ferner eine Verringerung des Gewichts, der Größe und der
Kosten realisiert werden kann. Ferner ist es möglich, die Zusammenbaubarkeit
des Scherzahnrades zu verbessern.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung weist das Hauptzahnrad eine Vielzahl von Vertiefungen
auf, die zwischen den benachbarten ersten Kopplungsvorsprüngen ausgebildet
sind und eine Tiefe haben, die größer als die Tiefe jeder inneren
Nut ist. Bei dieser Konfiguration kann das Scherzahnrad einfach
zusammengebaut werden, indem zuerst das Nebenzahnrad an dem Hauptzahnrad
befestigt wird, so dass die axialen Positionierungsabschnitte und
die radialen und rotationalen Positionierungsabschnitte des Nebenzahnrades
mit den Vertiefungen des Hauptzahnrades in Abdeckung gebracht werden,
um anschließend
das Nebenzahnrad in eine vorbestimmte Richtung zu drehen.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
weisen der erste Schlitz und der zweite Schlitz die gleiche Form
auf. Mit dieser Konfiguration kann die Produktionsreife des Nebenzahnrades
verbessert werden.
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Der
erfindungsgemäße spielfreie
Mechanismus umfasst ein erstes und ein zweites schrägverzahntes
Zahnrad, die ineinander greifen, ein Nebenzahnrad, das die selbe
Anzahl von Zähnen
aufweist wie das erste schrägverzahnte
Zahnrad, wobei das Nebenzahnrad axial an das erste schrägverzahnte Zahnrad
angrenzt und mit dem zweiten schrägverzahnten Zahnrad in Eingriff
ist, und eine Feder, die zwischen dem ersten schrägverzahnten
Zahnrad und dem Nebenzahnrad angeordnet ist, um das Nebenzahnrad
vorzuspannen, so dass das erste schrägverzahnte Zahnrad und das
Nebenzahnrad entgegengesetzt in ihre Rotationsrichtungen gedrängt bzw.
gedrückt
sind. Die Ecke einer Zahnflanke (Zahnoberfläche) eines jeden Zahnes des
Nebenzahnrades, das mit dem zweiten schrägverzahnten Zahnrad in Eingriff
steht, weist eine Prägung
auf, so dass ein Winkel ausgebildet ist, der dem Schrägungswinkel
des ersten und zweiten schrägverzahnten
Zahnrades entspricht.
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Bei
dieser Konfiguration ist die Ecke einer Zahnflanke eines jeden Zahnes
des Nebenzahnrades geprägt,
um einen flächigen
Kontakt mit jedem Zahn des zweiten schrägverzahnten Zahnrades zu erreichen.
Ferner ist der Prägungswinkel
bei dem Nebenzahnrad derart gewählt,
dass dieser mit dem Schrägungswinkel
des ersten und zweiten schrägverzahnten
Zahnrades übereinstimmt,
wodurch die Genauigkeit des Zahnradeingriffes verbessert ist. Ferner
kann durch die Herstellung eines solchen geprägten Abschnittes an jedem Zahn
des Nebenzahnrades ein einheitlicher flächiger Kontakt zwischen dem
Nebenzahnrad und dem zweiten schrägverzahnten Zahnrad über die
gesamte Zahnflanke erreicht werden, wodurch die Geräusch- und
Vibrationsentwicklung im Zusammenhang mit dem Nebenzahnrad reduziert
werden kann. Ferner wird der Abschnitt des Flächenkontakts durch das Prägen gehärtet, so
dass auf eine Wärmebehandlung
verzichtet werden kann, die normalerweise als Maßnahme gegen den Verschleiß ergriffen
wird.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist das Nebenzahnrad als Stirnzahnrad ausgebildet,
das durch Stanzen erzeugt wurde, wobei die Ecke der Zahnflanke nach
dem Stanzen geprägt
wurde. Bei dieser Konfiguration kann die Zahnflanke eines jeden
Zahnes des Nebenzahnrades präzise
endbearbeitet werden, und es ist möglich, einen spielfreien Mechanismus
zu schaffen, der effizient bei geringen Kosten hergestellt werden
kann, ohne dass eine maschinelle Nachbehandlung und Wärmebehandlung
erforderlich wäre.
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Die
oben genannte Aufgabe sowie andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile
der vorliegenden Erfindung und die Weise ihrer Realisierung wird
deutlicher, und die Erfindung selbst wird am besten durch die folgende
Beschreibung sowie die beigefügten
Ansprüche
unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen
verstanden, die einige bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
zeigen.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
eine perspektivische Explosionsdarstellung eines Scherzahnrades
nach dem Stand der Technik.
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2 ist
ein Längsschnitt
durch ein Wechselschaltgetriebe in einem Bereich, in dem ein Getriebezug
des ersten Ganges und ein Getriebezug des zweiten Ganges vorgesehen
ist, wobei die vorliegende Erfindung hier geeignet zum Einsatz gebracht wird.
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3 ist
eine perspektivische Explosionsdarstellung eines Scherzahnrades
gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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4 ist
eine perspektivische Darstellung des Scherzahnrades in dem zusammengebauten
Zustand gemäß der bevorzugten
Ausführungsform.
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5 ist
ein Draufsicht auf ein Hauptzahnrad.
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6 ist
ein Querschnitt entlang der Linie A-A in 5.
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7 ist
eine Hinteransicht des Hauptzahnrades von 5.
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8 ist
eine Draufsicht auf ein Nebenzahnrad.
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9 ist
eine Querschnittsansicht entlang der Linie A-A von 8.
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10 ist
eine Querschnittsansicht entlang der Linie B-B in 8.
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11A ist eine Seitenansicht einer Schraubenfeder.
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11B ist eine Draufsicht auf die Schraubenfeder.
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12 ist
eine perspektivische Darstellung, die einen ersten Kopplungsvorsprung
mit einer inneren Nut des Hauptzahnrades zeigt.
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13 ist
eine perspektivische Darstellung, die den Zustand einer axialen
Positionierung zeigt.
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14 ist
eine perspektivische Darstellung, die den Zustand einer radialen
Positionierung sowie einer Festlegung in Rotationsrichtung zeigt.
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15 ist
ein Längsschnitt
durch ein Scherzahnrad gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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16 ist
eine teilweise weggeschnittene Draufsicht, die einen Zustand zeigt,
in dem das Scherzahnrad von 15 in
Eingriff mit einem antreibenden Zahnrad steht.
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17 ist
eine Draufsicht auf ein Nebenzahnrad des Scherzahnrades von 15.
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18A ist eine Ansicht zur Erläuterung eines Verfahrens zum
Ausstanzen, um das Nebenzahnrad herzustellen.
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18B ist eine Ansicht zur Erläuterung eines Verfahrens zum
Prägen,
welches nach dem Verfahren des Ausstanzens, wie es in 18a gezeigt ist, durchgeführt wird.
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19 ist
eine perspektivische Explosionsdarstellung eines Scherzahnrades,
bei dem Nieten zur Befestigung des Nebenzahnrades an dem Hauptzahnrad
zum Einsatz kommen, gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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Detaillierte Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsformen
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In 2 ist
ein Längsschnitt
durch ein Wechselschaltgetriebe in einem Bereich gezeigt, der einen Getriebezug
des ersten Ganges und einen Getriebezug des zweiten Ganges umfasst,
wobei das Scherzahnrad gemäß der vorliegenden
Erfindung vorteilhafterweise in diesem Wechselschaltgetriebe angebracht
ist. Eine Hauptwelle (Eingangswelle) 12 und eine Gegenwelle 14 sind
rotierbar an einem Getriebegehäuse
(nicht dargestellt) angeordnet. Die Hauptwelle 12 ist wechselweise über eine
Kupplung (nicht dargestellt) mit einer Kurbelwelle eines Motors
(nicht dargestellt) verbunden, wobei, wenn die Kupplung in Eingriff
steht, die Hauptwelle 12 durch eine Antriebskraft des Motors
rotiert wird. Obwohl eine Vielzahl von Schaltgetriebezüge zur Definition
einer Vielzahl von Schaltpositionen, wie beispielsweise der erste bis
zum sechsten Gang, zwischen der Hauptwelle 12 und der Gegenwelle 14 vorgesehen
sind, so sind in 2 lediglich ein Getriebezug 16 des
ersten Ganges und ein Getriebezug 18 des zweiten Ganges
dargestellt.
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Der
Getriebezug 16 des ersten Ganges umfasst ein antreibendes
Zahnrad 20, das fest an der Eingangswelle 12 angeordnet
ist, und ein angetriebenes Zahnrad 22, das rotierbar an
der Gegenwelle 14 angeordnet ist. Das antreibende Zahnrad 20 und
das angetriebene Zahnrad 22 stehen miteinander in Eingriff.
Der Getriebezug 18 des zweiten Ganges umfasst ein antreibendes
Zahnrad 24, das fest an der Eingangswelle 12 angeordnet
ist, und ein angetriebenes Zahnrad 26, das rotierbar an
der Gegenwelle 14 angeordnet ist. Das antreibende Zahnrad 24 und
das angetriebene Zahnrad 26 stehen miteinander in Eingriff.
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Ein
Nebenzahnrad ist an dem angetriebenen Zahnrad 22 des Getriebezuges 16 des
ersten Ganges angeordnet, und ein Nebenzahnrad 30 ist an dem
angetriebenen Zahnrad 26 des Getriebezuges 18 des
zweiten Ganges angebracht. Die Auswahl zwischen dem Getriebezug 16 des
ersten Ganges und dem Getriebezug 18 des zweiten Ganges
wird durch ein Synchrongetriebe 32 erreicht, das an der Gegenwelle 14 in
einer Position zwischen dem angetriebenen Zahnrad 22 des
ersten Ganges und dem angetriebenen Zahnrad 26 des zweiten
Ganges vorgesehen ist.
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Das
Synchrongetriebe 32 umfasst eine Synchronisationsnabe 34,
die mit der Gegenwelle 14 verkeilt ist, eine Synchronisationshülse 36,
die mit dem äußeren Umfang
der Synchronisationsnabe verkeilt ist, und ein entgegengesetzt angetriebenes
Zahnrad 37 und zwei Synchronringe 38 und 40.
Die Nebenzahnräder 28 und 30 sind
an den seitlichen Oberflächen
des angetriebenen Zahnrades 22 des ersten Ganges bzw. des
angetriebenen Zahnrades 26 des zweiten Ganges angeordnet.
Demzufolge ist es möglich,
das Spiel zwischen dem antreibenden Zahnrad 20 des ersten
Ganges und dem angetriebenen Zahnrad 22 des ersten Ganges,
die konstant miteinander in Eingriff stehen, und das Spiel zwischen
dem antreibenden Zahnrad 24 des zweiten Ganges und dem angetriebenen
Zahnrad 26 des zweiten Ganges, die konstant miteinander
in Eingriff stehen, zu unterdrücken.
Als Ergebnis kann ein ratterndes Geräusch der Zahnräder unterdrückt werden,
welches auf Variationen der Rotationswinkelgeschwindigkeiten des
Motors zurückzuführen wäre.
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In 3 ist
eine perspektivische Explosionsdarstellung eines Scherzahnrades 42 gemäß einer bevorzugten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung dargestellt. 4 zeigt
eine perspektivische Darstellung des Scherzahnrades 42,
nachdem es zusammengesetzt wurde. Das Scherzahnrad 42 gemäß der bevorzugten
Ausführungsform
setzt sich aus einem Hauptzahnrad 44, einem Nebenzahnrad 46,
das an dem Hauptzahnrad 44 angeordnet ist, und einer Schraubenfeder
(Torsionsfeder) 48 zusammen, die zwischen dem Hauptzahnrad 44 und
dem Nebenzahnrad 46 angeordnet ist. Das Scherzahnrad 42 ist dadurch
gekennzeichnet, dass keinerlei Befestigungsmittel, wie beispielsweise
Nieten, verwendet werden, die normalerweise benötigt werden, um das Nebenzahnrad 46 an
dem Hauptzahnrad 46 zu befestigen.
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5 zeigt
eine Draufsicht auf das Hauptzahnrad 44 in der bevorzugten
Ausführungsform. 6 ist
eine Querschnittsansicht entlang der Linie A-A in 5,
und 7 ist eine Rückansicht
des Hauptzahnrades 44, das in 5 gezeigt
ist. Das Hauptzahnrad 44 weist eine Vielzahl von Zähnen 50 entlang
des äußeren Umfangs
auf und hat ebenfalls eine Vielzahl von Mitnahmezähnen 51 auf
der Rückseite
der Zähne 50,
wobei die Mitnahmezähne 51 derart
ausgebildet sind, dass diese mit den Schiebekeilen der Hülsen 36 des
Synchrongetriebes 32 in Eingriff stehen. Wie aus den 5 und 6 hervorgeht,
weist das Hauptzahnrad 44 auf einer Seite eine Vielzahl
von ersten Kopplungsvorsprüngen 52 auf, die
jeweils eine innere Nut 54 haben. Die ersten Kopplungsvorsprünge 52 sind
in Umfangsrichtung des Hauptzahnrades 44 äquidistant
zueinander angeordnet und erstrecken sich in radialer Richtung des Hauptzahnrades 44 nach
innen. Bei dieser bevorzugten Ausführungsform sind die ersten
Kopplungsvorsprünge 52 in
umfangsmäßigen, gleichen
Intervallen von 60 Grad angeordnet. Eine Vertiefung 56,
die tiefer als die innere Nut 54 ist, ist zwischen allen
benachbarten ersten Kopplungsvorsprüngen 52 ausgebildet.
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In 8 ist
eine Draufsicht auf das Nebenzahnrad 46 in der bevorzugten
Ausführungsform
dargestellt. 9 zeigt eine Querschnittsansicht
entlang der Linie A-A von 8, und 10 zeigt
eine Querschnittsansicht entlang der Linie B-B in 8.
Das Nebenzahnrad 46 setzt sich aus einem äußeren ringförmigen Umfangsabschnitt 46a mit
einer Vielzahl von Zähnen 60 entlang
des äußeren Umfangs
und einem inneren ringförmigen
Umfangsabschnitt 46b zusammen, der in eine erste axiale
Richtung um einen ersten vorbestimmten Abstand, z.B. 3 mm gegenüber dem äußeren ringförmigen Umfangsabschnitt 46a versetzt
angeordnet ist. Wie in 8 zu erkennen, weist das Nebenzahnrad 46 drei
axiale Positionierungsabschnitte 62 auf, die umfangsmäßig in gleichen
Intervallen von 120 Grad angeordnet sind, und das Nebenzahnrad 46 weist
ferner drei radiale und rotationale Positionierungsabschnitte 64 auf,
die umfangsmäßig in gleichbleibenden
Intervallen von 120 Grad angeordnet sind, so dass jeder radiale
und rotationale Positionierungsabschnitt 64 zwischen den benachbarten
axialen Positionierungsabschnitten 62 angeordnet ist.
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Jeder
der axialen Positionierungsabschnitte 62 setzt sich aus
einem ersten Schlitz 66, der sich durch den äußeren ringförmigen Umgangsabschnitt 46a erstreckt,
um eine Behinderung durch den entsprechenden ersten Kopplungsvorsprung 52 des Hauptzahnrades 44 zu
vermeiden, und einem zweiten Kopplungsvorsprung 68 zusammen,
der integral mit dem äußeren Umfang
des inneren ringförmigen Umfangsabschnittes 46b ausgebildet
ist, so dass dieser dem ersten Schlitz ausgesetzt und in die erste axiale
Richtung um einen zweiten vorbestimmten Abstand, wie z.B. 4,6 mm
der größer als
der erste vorbestimmte Abstand ist, gegenüber dem äußeren ringförmigen Umfangsabschnitt 46a versetzt
angeordnet ist.
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Jeder
radiale und rotationale Positionierungsabschnitt 64 setzt
sich aus einem zweiten Schlitz 70, der sich durch den äußeren ringförmigen Umfangsabschnitt 46a erstreckt,
um eine Behinderung durch den entsprechenden ersten Kopplungsvorsprung 52 des
Hauptzahnrades 44 zu vermeiden, und einem dritten Kopplungsvorsprung 72 und
einem Anschlag 74 zusammen, die beide integral mit dem äußeren Umfang
des inneren ringförmigen
Umfangsabschnittes 46b ausgebildet sind, um dem zweiten Schlitz 70 ausgesetzt
zu sein.
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Wie
aus 9 hervorgeht sind der dritte Kopplungsvorsprung 72 und
der Anschlag 74 eines jeden radialen und rotationalen Positionierungsabschnittes 64 in
der gleichen Ebene ausgebildet wie der innere ringförmige Umfangsabschnitt 46b des Nebenzahnrades 46,
während
der zweite Kopplungsvorsprung 68 eines jeden Positionierungsabschnittes 62 derart
ausgebildet ist, dass dieser ausgehend von dem inneren ringförmigen Umfangsabschnitt 46b in Richtung
der Bewegung weg von dem äußeren ringförmigen Umfangsabschnitt 46a versetzt
angeordnet ist.
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11a zeigt eine Seitenansicht der Schraubenfeder 48 in
festgesetzter Lage, und 11b ist
eine Draufsicht auf die Schraubenfeder 48. Unter der festgesetzten
Lage der Schraubenfeder 48 ist eine Lage zu verstehen,
bei der die Schraubenfeder 48 zwischen dem Hauptzahnrad 44 und dem
Nebenzahnrad 46 befestigt ist, um das Scherzahnrad 42 zusammenzubauen,
wie dies in 4 gezeigt ist. Die Schraubenfeder 48 weist
einen Endabschnitt 48a, der derart ausgebildet ist, dass
dieser in ein Loch 58 des Hauptzahnrades 44 eingreift,
und einen anderen Endabschnitt 48b auf, der derart ausgebildet
ist, dass er in ein Loch 76 des Nebenzahnrades 46 eingreift.
Eine frei Lage der Schraubenfeder 48 ist in 11A anhand der Phantomlinie angedeutet.
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Nachfolgend
wird das Verfahren zum Zusammenbauen des Scherzahnrades 42 erläutert. Zunächst wird
der Endabschnitt 48a der Schraubenfeder 48 in
ihrer freien Lage in das Loch 58 des Hauptzahnrades 44 eingebracht,
und der Endabschnitt 48b der Schraubenfeder 48 in
ihrer freien Lage in das Loch 76 des Nebenzahnrades 46 eingebracht.
In dieser Eingriffslage wird die Schraubenfeder 48 in eine Richtung
der Längenausdehnung,
zum Beispiel gegen den Uhrzeigersinn, wie dies in 11a zu sehen ist, gedreht (verdreht), wodurch
sich die Phasen des Hauptzahnrades 44 und des Nebenzahnrades 46 decken.
Mit anderen Worten wird das Nebenzahnrad 46 gegen eine
Vorspannungskraft (Torsionskraft) der Schraubenfeder 48 gedreht,
so dass die axialen Positionierungsabschnitte 62 und die
radialen/rotationalen Positionierungsabschnitte 64 des
Nebenzahnrades sich mit den Vertiefungen 56 des Hauptzahnrades 44 decken.
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In
dieser Lage wird das Nebenzahnrad 46 im Uhrzeigersinn rotiert,
wenn es gegen das Hauptzahnrad 44 gedrückt wird. Als Ergebnis kommt
jeder zweite Kopplungsvorsprung 68 des Nebenzahnrades 46 mit
der inneren Nut 54 in Eingriff, die an der Innenseite des
entsprechenden ersten Kopplungsvorsprunges 52 des Hauptzahnrades 44 ausgebildet
ist, wie dies in 13 zu sehen ist. Hierdurch wird
die axiale Befestigung bzw. Positionierung des Scherzahnrades 42 erreicht.
Dann wird eine Haltekraft, die durch eine Bedienungspeson auf das
Nebenzahnrad 46 ausgeübt
wird, entfernt oder das Nebenzahnrad 46 wird weiter im
Uhrzeigersinn gedreht, so dass der Anschlag 74 eines jeden
radialen und rotationalen Positionierungsabschnittes 64 des
Nebenzahnrades 46 an eine Endoberfläche des entsprechenden ersten
Kopplungsvorsprunges 52 des Hauptzahnrades 44 angrenzt,
wie dies in 14 zu sehen ist, wodurch die
festgesetzte Lage des Scherzahnrades 42 erreicht wird.
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In
dieser Lage wirkt die Vorspannkraft der Schraubenfeder 48 in
eine Richtung, die in 14 anhand des Pfeiles 78 angedeutet
ist, so dass ein Druckkontakt des Anschlages 74 mit der
Endoberfläche
des entsprechenden ersten Kopplungsvorsprunges 52 zu Stande
kommt. Somit wird zumindest eine Festsetzung des Scherzahnrades 42 in
Rotationsrichtung erreicht. Ferner kommt der äußere Umfang eines jeden dritten
Kopplungsvorsprunges 72 des Nebenzahnrades 46 in
eine an den entsprechenden ersten Kopplungsvorsprung 52 des
Hauptzahnrades 44 angrenzende Position. Somit wird auch
die radiale Positionierung des Scherzahnrades 42 erreicht.
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Obwohl
das Scherzahnrad der vorliegenden Erfindung an den angetriebenen
Zahnrädern
des ersten und zweiten Ganges in einem Wechselschaltgetriebe zum
Einsatz kommen, wie dies in der zuvor beschriebenen bevorzugten
Ausführungsform
der Fall ist, so ist die vorliegende Erfindung nicht auf diesen Anwendungsfall
begrenzt, sondern kann auch für
ein antreibendes oder angetriebenes Zahnrad in einer Einrichtung
verwendet werden, bei der Drehmomentschwankungen auftreten, wie
beispielsweise bei einer Treibstoffeinspritzpumpe und einer Nockenwelle für Kraftfahrzeugmotoren.
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15 zeigt
einen Längsschnitt
durch ein Scherzahnrad 42a, das ein Nebenzahnrad 46' verwendet,
wobei die Ecke einer Zahnflanke (Zahnoberfläche) eines jeden Zahnes gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung geprägt
ist. Das Scherzahnrad 42a gemäß dieser bevorzugten Ausführungsform ähnelt dem
Scherzahnrad 42 gemäß der zuvor
beschriebenen bevorzugten Ausführungsform,
mit dem Unterscheid, dass die Ecke einer Zahnflanke eines jeden
Zahnes des Nebenzahnrades 46' geprägt ist. 16 ist
eine teilweise geschnittene Draufsicht, die eine Situation zeigt,
in der das Scherzahnrad 42a, dass in 15 gezeigt
ist, in Eingriff mit einem antreibenden Zahnrad 43 steht.
In diesem Fall ist das Hauptzahnrad 44 ein angetriebenes
Zahnrad, das durch das antreibende Zahnrad 43 angetrieben
wird. Das antreibende Zahnrad 43 und das Hauptzahnrad 44 werden
von schrägverzahnten
Zahnrädern
gebildet, die jeweils einen vorbestimmten Schrägungswinkel aufweisen, wobei
das Nebenzahnrad 46' von
einem Stirnzahnrad gebildet wird, das durch Ausstanzen einer Stahlplatte
hergestellt wurde.
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Aus 16 geht
hervor, dass ein geprägter Abschnitt 61 an
der Ecke einer Zahnflanke 60a eines jeden Zahnes 60 des
Nebenzahnrades 46' ausgebildet
ist. Der geprägte
Abschnitt 61 eines jeden Zahnes 60 des Nebenzahnrades 46' steht in flächigem Kontakt
mit einer Zahnflanke eines jeden Zahnes 43a des antreibenden
Zahnrades 43, so dass der geprägte Abschnitt 61 durch
die Kraft der Schraubenfeder 48 in eine Richtung gedrückt wird,
die in 16 anhand des Pfeiles A dargestellt
ist. Jeder Zahn 50 des Hauptzahnrades 44 wird
durch die Reaktion der Schraubenfeder 48 in die Richtung,
die durch den Pfeil B angezeigt ist, gedrückt, so dass ein Druckkontakt
mit jedem Zahn 43a des antreibenden Zahnrades 43 besteht.
Demzufolge kann das Spiel zwischen dem antreibendem Zahnrad 43 und
dem Hauptzahnrad 44 eliminiert werden. Bei dieser Konfiguration werden
das antreibende Zahnrad 43 und das Scherzahnrad 42a in
die Richtung rotiert, die durch den Pfeil C angedeutet ist. Wie
aus 17 hervorgeht, ist das Nebenzahnrad 46' als Stirnzahnrad
ausgebildet, das durch Ausstanzen einer Stahlplatte, die eine Dicke
von etwa 1,6 mm aufweist, hergestellt ist, und der geprägte Abschnitt 61 ist
an der Ecke einer Zahnflanke 60a eines jeden Zahnes 60 ausgebildet.
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Dieses
Ausstanzen und Prägen
des Nebenzahnrades 46' wird
nachstehend unter Bezugnahme auf die 18A und 18B beschrieben. Bezugnehmend auf 18A ist die Richtung des Stanzens des Nebenzahnrades 46' durch den Pfeil
P angedeutet. Das Bezugszeichen 60b bezeichnet einen schmalen
Abschnitt der Zahnflanke 60a, welcher unter Bezugnahme
auf die Dickenrichtung des Nebenzahnrades 46' als erstes durch einen Stempel
gedrückt
wird (nicht dargestellt). Dieser Abschnitt 60b ist ein
deformierter Abschnitt, was auf die Schnittfläche zurückzuführen ist. Der Schnittflächenabschnitt 60b geht
in eine glatte, geschnittene Oberfläche 60c über, an
die sich wiederum eine gebrochene Oberfläche 60d anschließt. Die
gebrochene Oberfläche 60d ist
eine Schnittoberfläche,
die rauer als die geschnittene Oberfläche 60c ist. Somit
setzt sich die Zahnflanke 60a eines jeden Zahnes 60 des
Nebenzahnrades 46' aus
dem Schnittflächenabschnitt 60b,
der während
des Ausstandsprozesses zuerst entsteht, der glatten, geschnittenen
Oberfläche 60c,
der im Anschluss an den Schnittflächenabschnitt 60b entsteht,
und der rauen, gebrochenen Oberfläche 60d zusammen,
die auf die geschnittene Oberfläche 60c folgt.
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Aus 18B geht hervor, dass das Nebenzahnrad 46' gemäß dieser
bevorzugten Ausführungsform
dadurch gekennzeichnet ist, das die Ecke der Zahnflanke 60a eines
jeden Zahnes 60, dessen Ecke an eine Zahnflanke eines jeden
Zahnes 43a des antreibenden Zahnrades 43 angrenzt,
das von einem schrägverzahnten
Zahnrad gebildet wird, geprägt
ist, so dass ein Winkel, der dem Schrägungswinkel è des antreibenden
Zahnrades 43 entspricht, entsteht, wie dies anhand des
Bezugszeichens 61 angedeutet ist. Demzufolge kann ein flächiger Kontakt
zwischen dem Nebenzahnrad 46' und
dem antreibenden Zahnrad 43 erreicht werden. Ferner kann durch
die Übereinstimmung
des Winkels der Prägung
des Nebenzahnrades 46' mit
dem Schrägungswinkel
des antreibenden Zahnrades die Genauigkeit des Zahnradeingriffs
verbessert werden.
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Obwohl
das Zahnrad gemäß einer
jeden zuvor beschriebenen bevorzugten Ausführungsform ein spezielles Scherzahn
ist, das keinerlei Nieten zur Befestigung des Nebenzahnrades an
dem Hauptzahnrad benötigt,
so ist die vorliegende Erfindung dennoch nicht auf ein derart spezielles
Scherzahnrad beschränkt,
vielmehr kann das Scherzahnrad als generelles Scherzahnrad eingesetzt
werden, das beispielsweise auch Nieten zur Befestigung des Nebenzahnrades
an dem Hauptzahnrad verwendet, wie dies in 19 gezeigt
ist.
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Genauer
gesagt umfasst das Scherzahnrad von 19 ein
Hauptzahnrad 80, ein Nebenzahnrad 84 und eine
Feder 86, die zwischen dem Hauptzahnrad 80 und
dem Nebenzahnrad 84 angeordnet ist. Das Hauptzahnrad 80 weist
eine Nabe 82 und eine Vielzahl von Löchern 83 zum Vernieten
auf. Auch das Nebenzahnrad 84 weist eine Vielzahl von Löchern 85 zum
Vernieten auf. Das Nebenzahnrad 84 wird mit Hilfe einer
Vielzahl von Nieten 88 an dem Hauptzahnrad 80 befestigt,
wenn die Feder 86 zwischen dem Hauptzahnrad 80 und
dem Nebenzahnrad 84 angeordnet ist. Das Nebenzahnrad 84 weist
eine Vielzahl von Zähnen 87 auf,
die jeweils einen geprägten
Abschnitt 61 aufweisen, wie dies in den 17 und 18B angedeutet ist.
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Die
vorliegende Erfindung ist nicht auf die jeweiligen Details der oben
beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen
beschränkt.
Der Schutzbereich der Erfindung ist vielmehr durch die beigefügten Ansprüche beschränkt, und
jegliche Änderungen
und Modifikationen, die in dem Bereich der Ansprüche liegen, sind von der Erfindung
mit erfasst.