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Die
Erfindung betrifft ein Getrieberad sowie ein mit mindestens einem
solchen Getrieberad ausgestattetes Getriebe.
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In
der Praxis hat sich gezeigt, dass es bei Getrieben durch Schwingungen
in Planetenradsätzen bzw. im Stirnradsätzen mit
Zwischenrad zu erhöhten Bauteilbelastungen und störenden
Geräuschen durch Körperschallübertragung
kommt.
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Aus
der Praxis und aus der
DE
39 42 761 A1 ist es ferner bekannt, dass bei als Kettentrieben
ausgebildeten Getrieben Ketteneinspurgeräusche auftreten,
die nicht nur als störend empfunden werden sondern auch
mit einem Verschleiß verbunden sind. Zur Reduzierung der
Ketteneinspurgeräusche ist es aus der genannten
DE 39 42 761 A1 bekannt,
an einem Kettenzahnrad zwischen einer Nabe und einem als Zahnkranz
ausgebildeten Eingriffsring eine Dämpfungszone anzuordnen,
wobei die Nabe und der Eingriffsring so gestaltet werden, dass von
der Nabe auf den Eingriffsring Momente übertragen werden
können. Um diese Drehmomentenfestigkeit zu erreichen, weisen
sowohl die Nabe als auch der Eingriffsring aufeinander bezogene
Verzahnungen auf. Damit ist eine Herstellung solcher Getrieberäder
und mit solchen Getrieberädern ausgestatteter Getriebe sehr
aufwendig.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Aufwand bei der Herstellung
von geräusch- und verschleißarmen Getrieben zu
verringern.
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Die
Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit
den Merkmalen der Ansprüche 1 bzw. 9.
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Gemäß der
Erfindung ist bei einem Getrieberad, mit einer Nabe und einem äußeren
Eingriffsring, wobei zwischen der Nabe und dem Eingriffsring eine Dämpfungszone
angeordnet ist, vorgesehen, dass die Dämpfungszone als
eine momentenarme Verbindung der Nabe und des Eingriffsringes ausgebildet ist.
Zwar lassen sich dadurch Momente von der Nabe nicht auf den Eingriffsring übertragen,
es wird jedoch eine erheblich einfachere und damit auch kostengünstigere
Herstellung solcher Getrieberäder ermöglicht,
wobei durch die Dämpfungszone die Geräuschbildung
und der Verschleiß vermindert werden.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die
Dämpfungszone als Dämpfungsring, vorzugsweise
mit entlang des Umfanges gleichen Querschnitten und Abmessungen
ausgebildet ist. Dies erleichtert eine besonders kostengünstige
Fertigung.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen,
dass die Dämpfungszone, insbesondere der Dämpfungsring aus
einem Metallschaum, einem Metall-Polymerschaum oder aus einem Polymerwerkstoff,
insbesondere aus einem Polymerschaum, Aluminiumschaum oder Stahlschaum
gebildet sind. Durch Einsatz der besonders bevorzugten Dämpfungswerkstoffe,
Metallschäume, Kunststoffschäume oder Polymerwerkstoffe
zwischen Zahnkranz und Nabe werden störende Schwingungen
zur Vermeidung von Körperschall gedämpft. Da die
eingesetzten Werkstoffe nur eine sehr begrenzte Scherfestigkeit
besitzen, ist der Einsatz zwar auf drehmomentfreie Zahnräder
(Zwischenräder) beschränkt, an diesen wird jedoch
eine wirksame Verminderung des Körperschalls und eine verminderte
Bauteilbelastung mit geringem Aufwand erreicht.
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Hinsichtlich
der verschiedenen Dämpfungswerkstoffe hat es sich als besonders
vorteilhaft erwiesen, wenn zur Entkoppelung mittels einer Metallschaumeinlage,
vorzugsweise aus Aluminium- oder Stahlschaum mit unterschiedlichen
Porositäten eine geklebten oder eine gepresste Verbindung
gewählt wird. Bei einem Dämpfungswerkstoff aus
einem Polymerschaum hat sich eine geklebte Ausführung als vorteilhaft
erwiesen. Ferner hat sich eine Polymerschicht aus einem temperatur-
und ölbeständigen Dichtungswerkstoffs als vorteilhaft
erwiesen.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen,
dass zwischen der Nabe und dem äußeren Eingriffsring Überlastspeichen
angeordnet sind, welche bei einer radialen Überlastung
in Eingriff gelangen. Generell können die Überlastspeichen
auch durch ein oder mehrere Überlast-Stützringe
ersetzt oder ergänzt werden. Gemäß weiterer
bevorzugter Ausgestaltungen der Erfindung ist ferner vorgesehen,
dass die Überlastspeichen nur an einem ihrer stirnseitigen
Enden fest angeschlossen sind, und insbesondere dass die Überlastspeichen
an dem äußeren Eingriffsring fest angeschlossen,
insbesondere einstückig ausgebildet sind. Damit lässt
sich eine sichere Übertragung der teilweise sehr großen
Radiallasten erreichen, indem ein oder mehrere Stege zur Übertragung
von Lastspitzen bei der maximal zulässigen Spannung in
der Dämpfungsschicht auf Anschlag gehen und so eine Zerstörung
der Dämpfungsschicht verhindern.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen,
dass zwischen der Dämpfungszone, insbesondere dem Dämpfungsring
und der Nabe einerseits sowie dem Eingriffsring und der Nabe andererseits
eine Kleb- und/oder Pressverbindung ausgebildet ist. Bei einer solchen Ausgestaltung
lassen sich Planeten- oder Zwischenräder in einer geteilten
Ausführung herstellen, wobei der Zahnkranz von der auf
der Achse gelagerten Nabe durch einen geeigneten Werkstoff (Metall-/Polymerschaum
oder Polymerwerkstoff) getrennt wird. Dies erleichtert eine kostengünstige
Herstellung. Durch die Dämpfungseigenschaften des Zwischenwerkstoffes
wird die Körperschallausbreitung verhindert bzw. deutlich
vermindert.
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Die
vorgenannten Vorteile ergeben sich insbesondere, wenn das Getrieberad – wie
gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung
der Erfindung vorgesehen – als Getriebezwischenrad, insbesondere
zur Anordnung zwischen zwei Verzahnungen ausgebildet ist.
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Die
erfindungsgemäßen Getrieberäder werden
vorzugsweise in Getrieben eingesetzt. Daher wird auch für
ein Getriebe, bei dem das Zwischenrad gemäß einem
der Ansprüche 1 bis 8 ausgebildet ist, Schutz beansprucht.
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Gemäß einer
besonders bevorzugten Ausgestaltung eines Getriebes ist vorgesehen,
dass das Getriebe als Planetengetriebe ausgebildet ist, wobei die
Getrieberäder als Planetenräder ausgebildet sind.
Mit der Erfindung wird so bei Planetengetrieben das Konzept verfolgt,
eine Entkopplung der Planeten- bzw. Zwischenräder zur Verhinderung
bzw. Verminderung der Körperschallausbreitung durch passive
Dämpfung innerhalb des Zahnrades zu bewirken. Planeten-
bzw. Zwischenräder stehen im Eingriff mit zwei Verzahnungen.
Diese Räder haben lediglich eine Drehrichtungsumkehr zur
Folge, wobei die Nabe des Rades drehmomentfrei ist. Die Nabe muss
dem zur Folge nur Zug-/Druckkräfte in radialer Richtung übertragen.
Sind nun die Nabe und der Eingriffsring – wie bei der Erfindung
vorgesehen – entkoppelt, kann sich ein Körperschall
durch Schwingungen bei Zahneingriff und Toleranzen in der Verzahnung über
die Nabe und die zugehörige Zahnradachse nicht mehr in
angrenzende Bauteile ausbreiten und durch das Getriebegehäuse
abgestrahlt werden.
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Zusätzlich
reagieren erfindungsgemäße, vorzugsweise als Zahnräder
ausgebildete Getrieberäder unempfindlicher gegen Achsen-
bzw. Lagerschiefstellungen, denn die Dämpfungszone ermöglicht
eine Selbsteinstellung über die Verzahnung. Dadurch wird
die Verzahnungskapazität besser ausgenutzt und die Lebensdauer
erhöht.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben
sich aus den Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung
im Zusammenhang mit den Zeichnungen.
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Dabei
zeigen:
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1 eine
erste besonders bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen
Getrieberades in einem Schnitt, und
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2 eine
zweite besonders bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen
Getrieberades in einem Schnitt.
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In 1 ist
als eine erste besonders bevorzugte Ausführungsform eines
erfindungsgemäßen Getrieberades 100 ein
Planetenrad 102 gezeigt, welches eine zentral angeordnete
Nabe 104 sowie einen äußeren Eingriffsring 106 aufweist.
Zwischen der Nabe 104 und dem Eingriffsring 106 ist
als Dämpfungszone 108 ein Dämpfungsring 110 aus
einem Metallschaum, insbesondere aus Aluminiumschaum angeordnet.
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Die
Nabe 104 ist als Kreiszylinder ausgebildet, und sie weist
eine glatte, kreiszylindrische Innenfläche 112 zum
Aufstecken auf eine Achse oder eine Welle sowie eine Außenfläche 114 auf,
welche ebenfalls als Kreiszylinderfläche ausgebildet ist.
In Rahmen der Erfindung ist auch vorgesehen, eine Nabe einstückig
mit einer Welle auszubilden.
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Der
Eingriffsring 106 ist als Zahnkranz mit einer außen
liegenden Verzahnung 116 ausgebildet, wobei eine Zahnkranzinnenfläche 118 als
glatte Kreiszylinderfläche ausgebildet ist.
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Bei
dem Getrieberad 100 gemäß der ersten Ausführungsform
sind die Nabe 104, der Eingriffsring 106 und der
Dämpfungsring 110 separat gefertigt und nach der
Endbearbeitung der genannten Komponenten miteinander verpresst,
so dass die Verbindungen zwischen der Nabe 104 und dem
Dämpfungsring 110 einerseits sowie dem Eingriffsring 106 und
dem Dämpfungsring 110 andererseits als Pressverbindung
ausgebildet sind.
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Das
in 2 gezeigte Getrieberad 200 gemäß einer
zweiten besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung
entspricht im wesentlichen dem Getrieberad 100 gemäß der
ersten Ausführungsform, so dass für übereinstimmende
Teile Bezugszeichen verwendet worden sind, die gegenüber der
ersten Ausführungsform um 100 erhöht
sind. Auf die entsprechende Beschreibung im Zusammenhang mit der
ersten Ausführungsform wird hiermit ausdrücklich
Bezug genommen.
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Wie
das Getrieberad 100 der ersten Ausführungsform
weist das Getrieberad 200 gemäß der zweiten
Ausführungsform eine Nabe 204, einen Eingriffsring 206 sowie
eine Dämpfungszone 208 auf, wobei die Dämpfungszone 208 jedoch
einen ersten Dämpfungsring 210 sowie einen zweiten
Dämpfungsring 211 umfasst.
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Wie
bei der ersten Ausführungsform weist die Nabe 204 des
Getrieberades 200 gemäß der zweiten Ausführungsform
eine zylindrische Form mit einer Innenfläche 212 sowie
einer kreiszylindrischen Außenfläche 214 auf.
Dadurch ist die Nabe 204 wie die Nabe 104 durch
Bohren und Drehen besonders günstig herstellbar.
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Der
Eingriffring 206 des Getrieberades 200 der zweiten
Ausführungsform weist wiederum eine Verzahnung 216 auf.
Im Unterschied zur ersten Ausführungsform ist jedoch bei
dem Getrieberad 200 gemäß der zweiten
Ausführungsform die an sich kreiszylinderförmig
ausgebildete Zahnkranzinnenfläche 218 durch einen
nach innen vorspringenden Überlast-Stützring 220 in
zwei Teilflächen unterteilt. Der Innendurchmesser des Überlast-Stützringes 220,
der einstückig mit dem Eingriffsring 206 ausgebildet
ist, ist dabei größer als der Außendurchmesser
der Nabe 204.
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Wie
die Komponenten des Getrieberades 100 sind die Komponenten
des Getrieberades 200 separat gefertigt, wobei allerdings
der erste Dämpfungsring 210 und der zweite Dämpfungsring 211 aus einem
Polymerwerkstoff gefertigt sind. Die Dämpfungsringe 210, 211,
deren Länge in Achsrichtung des Getrieberades 200 der
Länge der zugehörigen Teilfläche der
Zahnkranzinnenfläche 218 gleicht, sind sowohl
an ihrer Innenseite mit der Außenfläche 214 der
Nabe 204 als auch mit ihrer Außenseite mit der jeweils
entsprechenden Teilfläche des Eingriffsringes 206 verklebt.
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Im
Einsatz bewirken die Dämpfungsringe 110, 210, 211 der
Getrieberäder eine sinnvolle Entkopplung des Eingriffsrings 106 bzw. 206 gegenüber der
entsprechenden Nabe 104 bzw. 204. Momente, die
beispielsweise von einem benachbarten Sonnenrad auf ein Hohlrad übertragen
werden sollen, verbleiben im Eingriffsring 106 und werden
nicht auf die Nabe 104 übertragen. Die gezeigten
bevorzugten Ausführungsformen von Getrieberädern 100, 200 verhindern
bzw. vermindern die Körperschallausbreitung durch passive
Dämpfung, wobei die Dämpfungszonen 108, 208 auch
eine Selbsteinstellung über die Verzahnung ermöglichen.
Dadurch wird die Verzahnungskapazität besser ausgenutzt
und über eine Verminderung des Verschleißes die
Lebensdauer erhöht.
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Bei
der zweiten Ausführungsform, die ein Zwischenrad eines
Stirnradgetriebes zeigt, ist noch beachtlich, dass durch den Überlast-Stützring 220, der
bei Erreichen einer maximal zulässigen Spannung in den
Dämpfungsringen 210, 211 auf Anschlag geht,
auch sehr große Radiallasten übertragen werden
können, ohne dass eine Zerstörung der Dämpfungsringe 210, 211 erfolgt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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A1 [0003, 0003]