DE102005058191A1 - Toothed belt wheel e.g. drive pinion, for e.g. passenger car, has sprocket with teeth, and two units that form belt wheel, where one unit is made of metallic material and other unit is made of non-metallic material e.g. thermoplastic - Google Patents

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Abstract

The wheel has a sprocket with teeth, in which a toothed belt intervenes. Two units (5, 6) that are completely defined against each other in circumferential direction and in an axial direction of the toothed belt wheel, are provided. The two units are connected with each other and form the belt wheel, where one unit (5) is made up of a metallic material and the other unit (6) is made up of a non-metallic material e.g. thermosetting plastic, thermoplastic or elastomer.

Description

Die Erfindung betrifft ein Zahnriemenrad mit einem Zahnkranz nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The The invention relates to a toothed belt wheel with a ring gear after Preamble of claim 1.

Der DE 100 52 275 A1 ist ein Zahnriemenrad eines Zahnriemengetriebes für eine elektrische Servolenkung eines Fahrzeugs entnehmbar, das auf einer Rotorwelle eines elektrischen Servomotors drehfest angeordnet ist. Eine zweite Zahnriemenscheibe ist drehfest mit einer Getriebeanordnung, wie etwa einer Kugelumlaufmutter, verbunden, die zur Übertragung ihrer Drehbewegung in eine Stellbewegung einer Spindel und damit eines verlagerbaren Bauelements der Getriebeanordnung dient. Ein Rad des Fahrzeugs ist in bekannter Weise zu dessen Lenkwinkelverstellung mit einer Spurstange und einem Radlenkhebel getrieblich mit dem verlagerbaren Bauelement verbindbar. Ein Zahnriemen läuft mit seiner zu dem Zahnriemenrad und der Zahnriemenscheibe passenden Verzahnung umfangseitig auf diesen um und dient zur formschlüssigen, spielfreien Übertragung des Drehmoments und der Drehzahl der Rotorwelle des Servomotors auf die Getriebeanordnung.Of the DE 100 52 275 A1 a belt pulley of a toothed belt transmission for an electric power steering system of a vehicle can be removed, which is arranged rotationally fixed on a rotor shaft of an electric servo motor. A second toothed belt pulley is rotatably connected to a gear assembly, such as a ball nut, which serves to transmit its rotational movement in an adjusting movement of a spindle and thus a displaceable component of the gear arrangement. A wheel of the vehicle is in a known manner to its steering angle adjustment with a tie rod and a steering wheel geared to the movable component connectable. A toothed belt runs with its matching to the timing pulley and the timing belt toothing circumferentially on this and is used for positive, play-free transmission of torque and the speed of the rotor shaft of the servomotor to the gear assembly.

Die Geräuschemission eines solchen Zahnriemengetriebes mit Zahnriemenrad aus einem metallischen Werkstoff ist nicht minimiert.The noise Such a belt drive with toothed belt from a metallic Material is not minimized.

Die DE 31 46 975 C2 gibt dem Konstrukteur von Zahnriemengetrieben eine Bemessungsregel an die Hand um die geometrischen Parameter der Zahnflankenfläche von Zahnriemen oder das Zahnprofil eines Zahnriemens, wie etwa abgerundete Kopfflächen von Zähnen, so zu wählen, dass die übertragbare Last maximiert oder das Laufgeräusch eines Zahnriemens durch die Wahl eines entsprechenden Zahnkopfprofils verringert wird. Zur Geräuschminderung wird eine Abrundung der Kopffläche von Zahnriemenzähnen vorgeschlagen.The DE 31 46 975 C2 provides the timing belt designer with a design rule to select the toothed belt tooth surface geometrical parameters or the toothed profile of a timing belt, such as rounded head teeth, to maximize the transmittable load or to maximize the running noise of a belt by selecting a corresponding toothed belt Tooth profile is reduced. To reduce noise, a rounding of the head surface of toothed belt teeth is proposed.

Die Dissertationsschrift "Geräuschverhalten und Geräuschminderung von Zahnriementrieben", U. Jansen, TU Aachen, Fortschritt-Berichte VDI Nr. 136, befasst sich mit der systematischen Erforschung von möglichen Geräuschursachen an Zahnriementrieben und die Gewichtung der Ursachen in relevante und weniger relevante Ursachen. Die Schallemission wurde in Abhängigkeit einer großen Zahl von Auslegungs- und Betriebsparametern untersucht. Die Dissertationsschrift belegt, dass die Drehzahl von Zahnriemenrädern und -scheiben und die Riemenbreite alle anderen Einflüsse von Auslegungs- und Betriebsparametern von Zahnriementrieben übersteigen. Die Zahnriemenbreite bestimmt dabei das Frequenzgebiet, in dem die Schallenergie abgestrahlt wird. Mit zunehmender Riemenbreite sinkt die Frequenz maximaler Pegel.The Dissertationsschrift "Noise behavior and noise reduction of timing belt drives ", U. Jansen, TU Aachen, Progress Reports VDI No. 136, deals with the systematic investigation of possible noise causes of toothed belt drives and the weighting of causes in relevant and less relevant Causes. The sound emission was dependent on a large number examined by design and operating parameters. The dissertation proves that the speed of pulleys and pulleys and the Belt width all other influences of design and operation parameters of timing belt drives. The timing belt width determines the frequency range in which the Sound energy is radiated. With increasing belt width decreases the frequency of maximum levels.

Als Ursache für das Betriebsgeräusch von Zahnriementrieben gelten der Zahneingriffsstoß, Zahnriemen-Transversalschwingungen, Luftausströmungen der in Eingriff kommenden Zahnlücke, Drehzahl und Riemengeschwindigkeit und die Zahneingriffsfrequenz. Deutlich höhere Pegel werden an Zahnriemenscheiben gemessen im Vergleich zu der freien Trumlänge, die mit Ausnahme von Riemenresonanz als abstrahlendes Element des Zahnriemens weitgehend ausgeschlossen werden kann.When Cause for the operating noise of toothed belt drives apply the tooth meshing, toothed belt transversal vibrations, Luftausströmungen the tooth gap coming in, Speed and belt speed and the meshing frequency. Significantly higher Levels are measured on timing pulleys compared to the free strand length, with the exception of belt resonance as the radiating element of Timing belt can be largely excluded.

Unmittelbar beim Riemeneinlauf treten die maßgeblichen Pegel auf, wobei ein merklicher Unterschied zwischen Antriebsseite und Abtriebsseite des Zahnriemens nicht besteht. Das Zahnriemengeräusch wird zum überwiegenden Teil durch das Aufschlagen des Zahnriemens auf Zahnriemenradteile im Zahneingriff des treibenden Zahnriemenrades aber auch, was neuere Untersuchungen belegen, durch Körperschall verursacht.immediate at the belt inlet, the relevant levels occur, with a noticeable difference between the drive side and output side the timing belt does not exist. The toothed belt noise is overwhelming Part by the toothed belt hitting toothed belt parts in the meshing of the driving pulley but also what's newer Studies prove, by structure-borne noise caused.

Die Dissertationsschrift schlägt zur Geräuschdämpfung eines vollmetallischen Zahnriemenrades vor, axiale Flächen des Zahnriemenrades mit Schallschluckmasse zu versehen. Es ergeben sich dadurch aber kaum verbesserte akustische Verhältnisse.The Dissertationsschrift proposes for noise reduction of a full metallic timing belt before, axial surfaces of the timing belt with Sound absorption mass to provide. However, this hardly results improved acoustic conditions.

Die DE 103 92 534 T5 schlägt zur Geräuschdämpfung an einer Zahnstangenantriebsordnung einer elektrischen Servolenkanlage vor, einen Isolator zwischen wenigstens einem Teil der äußeren Oberfläche einer Spindelmutter und der inneren Oberfläche einer Rotorwelle anzuordnen. Diese Geräuschdämpfungsmaßnahme stellt eine spezifische, auf eine Servolenkung bestimmter Bauart speziell abgestimmte, konstruktive Maßnahme dar und ist nicht flexibel anwendbar.The DE 103 92 534 T5 suggests for noise damping on a rack and pinion drive assembly of an electric power steering system to arrange an insulator between at least a part of the outer surface of a spindle nut and the inner surface of a rotor shaft. This noise attenuation measure is a specific, specifically designed for a power steering certain design, constructive action and is not flexible applicable.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, auf einfache Weise realisierbare, flexibel anwendbare wirkungsvolle Geräuschdämpfungsmaßnahmen an Zahnriemengetrieben vorzuschlagen.Of the Invention is based on the object, in a simple manner feasible, flexibly applicable effective noise damping measures on toothed belt transmissions propose.

Die Aufgabe wird mit einem Zahnriemenrad mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.The Task is with a toothed belt with the features of the claim 1 solved.

Dadurch, dass ein Zahnriemenrad mit einem Zahnkranz geschaffen ist, das zumindest aus einem ersten Element und einem zweiten Element besteht und die Elemente in Umfangsrichtung und in axialer Richtung des Zahnriemenrades vollständig gegeneinander abgegrenzt sind, wobei die Elemente drehfest miteinander verbunden sind und ein Element aus einem Nichtmetall-Werkstoff, wie etwa einem Kunststoff, und ein Element aus einem Metall-Werkstoff gebildet ist, ist eine wirkungsvolle konstruktive Maßnahme vorgesehen, Körperschall durch Umleitung und/oder Unterbrechung an dem Zahnriemenrad zu minimieren.Thereby, that a toothed belt with a ring gear is created, at least consists of a first element and a second element and the Elements in the circumferential direction and in the axial direction of the toothed belt wheel Completely are delimited against each other, wherein the elements rotatably connected to each other and an element of a non-metal material, such as a Plastic, and an element formed from a metal material is, an effective design measure is provided, structure-borne noise by diversion and / or interruption to minimize the timing belt.

Bevorzugte Ausführungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.preferred versions emerge from the dependent claims.

Ist das Zahnriemenrad als Antriebsritzel auf einer Motorwelle eines Servomotors eines Lenksystems angeordnet, so lässt sich auf, im Vergleich zum Stand der Technik, besonders einfache Weise der Körperschall eines Zahnriemengetriebes des Lenksystems minimieren. Es kann zweckmäßig sein, das Zahnriemenrad aus mehr als zwei Elementen zu bilden und etwa, in radialer Richtung des Zahnriemenrades betrachtet, Elemente aus Metall-Werkstoff abwechseln mit Elementen aus Nichtmetall-Werkstoff abwechselnd drehfest miteinander zu verbinden und ein Zahnriemenrad zu bauen oder mit Hilfe von Spritzgusstechnik zu formen.is the timing pulley as a drive pinion on a motor shaft of a Servo motor of a steering system arranged so can be opened, in comparison to the prior art, particularly simple way the structure-borne sound of a Minimize the belt drive of the steering system. It may be appropriate to make the toothed belt wheel of more than two elements and about, viewed in the radial direction of the belt pulley, elements off Metal material alternates with elements of non-metal material alternately rotatably connect with each other and to build a toothed belt or with the help of injection molding technology.

In einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel des Zahnriemenrades ist ein Element als Nabe des Zahnriemenrades und ein Element als Zahnkranz des Zahnriemenrades zusammengefügt, wobei bevorzugt nicht die Nabe aus einem Nichtmetall-Werkstoff wie etwa aus einem Duroplast oder Thermoplast oder ein Elastomer, wie etwa ein Mischgummi mit geringer Shore-Härte ist.In a particularly preferred embodiment of the toothed belt wheel is an element as a hub of the toothed belt wheel and an element as a ring gear of the toothed belt wheel joined together, wherein does not prefer the hub of a non-metal material such as from a thermoset or thermoplastic or an elastomer, such as is a mixed rubber with low Shore hardness.

Bevorzugt ist das Zahnriemenrad aus einer Stahlnabe und einem darum gespritzten oder gepressten Kunststoffzahnkranz gebildet. Es kann auch anstelle des Kunststoffzahnkranzes ein Sintermetallzahnkranz oder ein Stahlzahnkranz vorgesehen sein, wobei zwischen dem Zahnkranz und der Stahlnabe eine Elastomerschicht angeordnet ist, die die Schallausbreitung über das Zahnriemenrad unterbricht.Prefers the timing belt pulley is made of a steel hub and sprayed around it or pressed plastic ring gear formed. It can also be instead of the plastic sprocket a sintered metal sprocket or a steel sprocket be provided, wherein between the sprocket and the steel hub an elastomeric layer is arranged, the sound propagation over the Timing belt wheel interrupts.

Es kann auch zweckmäßig sein, zwischen der Stahlnabe und dem Kunststoffzahnkranz des Zahnriemenrades eine Elastomerschicht anzuordnen.It may also be appropriate between the steel hub and the plastic toothed ring of the toothed belt wheel to arrange an elastomeric layer.

Das Zahnriemenrad eignet sich als einfache, wirkungsvolle konstruktive Maßnahme um, auf einer Motorwelle eines Servomotors angeordnet, ein Kugelumlauf-Lenkgetriebe einer elektrischen Hilfskraft- oder Fremdkraftlenkung eines Fahrzeugs in seinem Betriebsgeräusch zu optimieren.The Belt pulley is suitable as a simple, effective constructive measure around, arranged on a motor shaft of a servomotor, a recirculating ball steering gear an electric power or power steering system of a vehicle in his operating noise to optimize.

Die Erfindung wird nun näher anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben und anhand der beiliegenden Zeichnung wiedergegeben.The Invention will now be closer based on an embodiment described and reproduced with reference to the accompanying drawings.

1 zeigt einen schematischen Längsschnitt durch ein Kugelumlaufgetriebe mit einem erfindungsgemäßen Zahnriemenrad, 1 shows a schematic longitudinal section through a recirculating ball gear with a toothed belt wheel according to the invention,

2 zeigt einen Querschnitt durch ein Zahnriemenrad, 2 shows a cross section through a toothed belt wheel,

3 zeigt einen Querschnitt durch ein weiteres Zahnriemenrad. 3 shows a cross section through another toothed belt wheel.

In 1 ist ein schematischer Längsschnitt durch ein als elektrische Hilfskraftlenkung ausgebildetes Lenksystem 10 gezeigt. Das Lenksystem 10 besteht im Wesentlichen aus einem Kugelumlauf-Lenkgetriebe 16 mit einer Kugelumlaufmutter 17, die um ein als Gewindespindel 18 ausgebildetes, verlagerbares Bauteil rotierbar angeordnet ist. Die Gewindespindel 18 wird bei Rotation der Kugelumlaufmutter 17 in axialer Richtung bewegt. Dadurch lässt sich ein oder lassen sich mehrere lenkbare Räder mit dem Lenksystem 10 ausgestatteten Fahrzeugs verschwenken. Auf der axial unbeweglich gelagerten Kugelumlaufmutter 17 ist eine Zahnriemenscheibe 19 festgelegt, die über einen Zahnriemen 4, der in die Verzahnung 3 an dem Zahnkranz 2 eines Zahnriemenrades 1 eingreift, formschlüssig, schlupffrei wirkverbunden ist. Das Zahnriemenrad 1 sitzt als Antriebsritzel 7 drehfest auf einer Motorwelle 8 eines elektrischen Servomotors 9 des Lenksystems 10. Die Zahnriemenscheibe 19 und das Zahnriemenrad 1 bilden mit dem Zahnriemen 4 ein untersetztes Zahnriemengetriebe 20.In 1 is a schematic longitudinal section through a designed as an electric power steering system 10 shown. The steering system 10 consists essentially of a recirculating ball steering gear 16 with a ball nut 17 as a threaded spindle 18 trained, displaceable component is arranged rotatably. The threaded spindle 18 becomes during rotation of the ball nut 17 moved in the axial direction. This allows one or more steerable wheels with the steering system 10 swinging equipped vehicle. On the axially immovable ball nut 17 is a timing belt pulley 19 set, which has a toothed belt 4 who is in the toothing 3 on the sprocket 2 a toothed belt wheel 1 engages, form-fitting, slip-free operatively connected. The toothed belt wheel 1 sits as a drive pinion 7 rotationally fixed on a motor shaft 8th an electric servomotor 9 of the steering system 10 , The toothed belt pulley 19 and the timing belt pulley 1 form with the timing belt 4 a stocky toothed belt transmission 20 ,

Um die Körperschallemission an dem Zahnriemenrad 1 zu minimieren, ist, wie 2 in einem Querschnitt durch das Zahnriemenrad 1 zeigt, das Zahnriemenrad 1 in radialer Richtung betrachtet, aus mehreren Elementen 5, 6, die drehfest miteinander verbunden sind, aufgebaut.To the structure-borne noise emission at the toothed belt wheel 1 to minimize is how 2 in a cross section through the toothed belt wheel 1 shows the timing belt pulley 1 viewed in the radial direction, from several elements 5 . 6 , which are rotatably connected to each other, constructed.

Ein erstes, radial innenliegendes, kreisringförmiges Element 5 ist als Nabe 11, hier als Stahlnabe 12 gebildet. Um den Umfang der Stahlnabe 12 ist eine Elastomerschicht 14 angeordnet. Radial außerhalb der Elastomerschicht 14 ist ein Kunsstoffzahnkranz 13 im Wesentlichen drehfest mit der Elastomerschicht 14 und der Stahlnabe 12 verbunden. Eine Unterbrechung des Schallpfades ist durch die Elastomerschicht 14 ermöglicht. Durch den Kunststoffzahnkranz 13 ist eine Schall- oder Geräuschdämpfung bewirkt.A first, radially inner, annular element 5 is as a hub 11 , here as a steel hub 12 educated. Around the circumference of the steel hub 12 is an elastomer layer 14 arranged. Radially outside the elastomer layer 14 is a plastic tooth wreath 13 substantially rotationally fixed with the elastomeric layer 14 and the steel hub 12 connected. An interruption of the sound path is through the elastomeric layer 14 allows. Through the plastic toothed ring 13 is a sound or noise attenuation causes.

Wie 3 in einem weiteren Querschnitt durch ein Zahnriemenrad 1 zeigt, kann es zweckmäßig sein, anstatt des Kunststoffzahnkranzes 13 einen Stahlzahnkranz oder Sintermetall-Zahnkranz 15 an dem Zahnriemenrad 1 vorzusehen. Zwischen der Motorwelle 8 und dem Zahnkranz 2 des Zahnriemenrades 1 ist in jedem Fall ein Element 6 aus einem Nichtmetall-Werkstoff angeordnet, das in Umfangsrichtung und in axialer Richtung vollständig gegen ein weiteres Element 5 des Zahnriemenrades 1 abgegrenzt ist. BEZUGSZEICHENLISTE

Figure 00060001
As 3 in a further cross section through a toothed belt wheel 1 shows, it may be appropriate, instead of the plastic sprocket 13 a steel sprocket or sintered metal sprocket 15 on the toothed belt wheel 1 provided. Between the motor shaft 8th and the sprocket 2 of the toothed belt wheel 1 is in any case an element 6 made of a non-metal material, which in the circumferential direction and in the axial direction completely against another element 5 of the toothed belt wheel 1 is delimited. LIST OF REFERENCE NUMBERS
Figure 00060001

Claims (10)

Zahnriemenrad mit einem Zahnkranz (2) in dessen Verzahnung (3) ein Zahnriemen (4) eingreift, dadurch gekennzeichnet, dass das Zahnriemenrad (1) aus einem in Umfangsrichtung und in axialer Richtung des Zahnriemenrades (1) vollständig gegeneinander abgegrenztem ersten Element (5) und einem zweiten Element (6) gebildet ist, wobei das erste Element (5) und das zweite Element (6) drehfest miteinander verbunden sind und ein Element (5, 6) aus einem Metall-Werkstoff und ein Element (5, 6) aus einem Nichtmetall-Werkstoff besteht.Belt pulley with a sprocket ( 2 ) in its interlocking ( 3 ) a toothed belt ( 4 ) engages, characterized in that the toothed belt wheel ( 1 ) from a circumferentially and in the axial direction of the toothed belt wheel ( 1 ) completely delimited first element ( 5 ) and a second Ele ment ( 6 ), the first element ( 5 ) and the second element ( 6 ) are rotatably connected to each other and an element ( 5 . 6 ) of a metal material and an element ( 5 . 6 ) consists of a non-metal material. Zahnriemenrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Zahnriemenrad (1) ein Antriebsritzel (7) auf einer Motorwelle (8) eines Servomotors (9) eines Lenksystems (10) ist.Toothed belt wheel according to claim 1, characterized in that the toothed belt wheel ( 1 ) a drive pinion ( 7 ) on a motor shaft ( 8th ) of a servomotor ( 9 ) of a steering system ( 10 ). Zahnriemenrad nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Zahnriemenrad (1) aus mehr als zwei Elementen aus einem Metall-Werkstoff und einem Nichtmetall-Werkstoff gebildet ist.Toothed belt wheel according to one of claims 1 or 2, characterized in that the toothed belt wheel ( 1 ) is formed of more than two elements of a metal material and a non-metal material. Zahnriemenrad nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Element (5, 6) eine Nabe (11) und ein Element (5, 6) der Zahnkranz (2) ist.Toothed belt wheel according to one of claims 1 to 3, characterized in that an element ( 5 . 6 ) a hub ( 11 ) and an element ( 5 . 6 ) the sprocket ( 2 ). Zahnriemenrad nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Nichtmetall-Werkstoff ein Duroplast oder ein Thermoplast oder ein Elastomer ist.Toothed belt wheel according to one of claims 1 to 4, characterized in that the non-metal material is a thermoset or a thermoplastic or an elastomer. Zahnriemenrad nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Zahnriemenrad (1) ein als Stahlnabe (12) gebildetes, erstes Element (5) und ein als Kunststoffzahnkranz (13) gebildetes, zweites Element (6) aufweist.Toothed belt wheel according to one of claims 4 or 5, characterized in that the toothed belt wheel ( 1 ) as a steel hub ( 12 ), first element ( 5 ) and a plastic toothed ring ( 13 ) formed second element ( 6 ) having. Zahnriemenrad nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Element (5) eine Stahlnabe (12) ist, die umfangsseitig eine Elastomerschicht (14) trägt, auf der ein Sintermetall-Zahnkranz (15) drehfest festgelegt ist.Toothed belt wheel according to one of claims 4 or 5, characterized in that the first element ( 5 ) a steel hub ( 12 ), the circumference of an elastomer layer ( 14 ) on which a sintered metal ring gear ( 15 ) is fixed against rotation. Zahnriemenrad nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Element (5) eine Stahlnabe (12) ist, die umfangsseitig eine Elastomerschicht (14) trägt, auf der ein Stahlzahnkranz drehfest festgelegt ist.Toothed belt wheel according to one of claims 4 or 5, characterized in that the first element ( 5 ) a steel hub ( 12 ), the circumference of an elastomer layer ( 14 ), on which a steel ring gear is fixed against rotation. Zahnriemenrad nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Element (5) eine Stahlnabe (12) ist, die umfangsseitig eine Elastomerschicht (14) trägt, auf der der Kunststoff-Zahnkranz (13) drehfest festgelegt ist.Toothed belt wheel according to one of claims 4 or 5, characterized in that the first element ( 5 ) a steel hub ( 12 ), the circumference of an elastomer layer ( 14 ) on which the plastic sprocket ( 13 ) is fixed against rotation. Zahnriemenrad nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Zahnriemenrad (1) Teil eines Kugelumlauf-Lenkgetriebes (16) einer elektrischen Hilfskraft- oder Fremdkraftlenkung eines Personenkraftwagens oder leichten Nutzkraftwagens ist.Toothed belt wheel according to one of claims 1 to 9, characterized in that the toothed belt wheel ( 1 ) Part of a recirculating ball steering gear ( 16 ) is an electric power steering or power steering system of a passenger car or light commercial vehicle.
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