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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine mechanische Bauteilpaarung aus
einem ersten Bauteil mit einer ersten Bauteilverzahnung und einem
zweiten Bauteil mit einer zweiten Bauteilverzahnung, die mit der
ersten Bauteilverzahnung in Eingriff steht, um über die
Bauteilverzahnungen eine Antriebskraft in einer Antriebsrichtung übertragen
zu können.
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Derartige
Bauteilpaarungen sind allgemein bekannt, beispielsweise in Form
von Zahnradpaarungen und/oder der Paarung einer Zahnstange mit einem
Zahnrad. Solche Bauteilpaarungen werden häufig in Antriebssträngen
von Kraftfahrzeugen eingesetzt, beispielsweise in Stufengetrieben,
in Antrieben für Nebenaggregate etc.
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Eines
der Hauptprobleme bei derartigen mechanischen Bauteilpaarungen ist
das so genannte Rasselphänomen. Dieses tritt hauptsächlich
aufgrund von Schwingungsanregungen im Antriebsstrang auf, die beispielsweise
von einem Antriebsmotor wie einem Verbrennungsmotor des Antriebsstranges
erzeugt werden. Das Rasseln (auch als unsympathische Schwingungen
bezeichnet) entsteht dadurch, dass sich aufgrund der Schwingungsanregung
das antreibende Bauteil verzögert, das angetriebene Bauteil
(z. B. ein Losrad) sich aber mit einer eingeprägten Umlaufbewegung
weiterdreht und nur durch Reibungs- und Schleppmomenteffekte verzögert
wird. Dabei löst sich das angetriebene Bauteil von einer
Zugflanke des Antriebsbauteils, um zur Schubflanke des Antriebsbauteils
hin zu schwingen und gegebenenfalls dort anzustoßen. Derartige
Phänomene treten nicht nur bei Lastwechselreaktionen auf,
sondern insbesondere aufgrund der höherfrequenten Anregungen
aus anderen Teilen des Antriebsstranges, wie beispielsweise einem
Verbrennungsmotor.
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Zur
Verringerung von solchen Geräuschen gibt es mehrere Ansätze.
Zum einen können aktive getriebeexterne Maßnahmen
vorgesehen werden, die beispielsweise die Störanregung
aus einem Verbrennungsmotor durch ein Zweimassenschwungrad entkoppeln.
Derartige Zweimassenschwungräder sind jedoch aufwändig
hinsichtlich des beanspruchten Bauraumes, des notwendigen Zusatzgewichtes und
hinsichtlich der Kosten. Eine weitere Möglichkeit sind
passive getriebeexterne Maßnahmen, wie etwa Kapselungen
oder Dämmungen des Getriebegehäuses. Auch diese
Maßnahmen sind ungünstig. Ferner sind aktive getriebeinterne
Maßnahmen bekannt, die gezielt an den Hauptgeräuschquellen
angeordnet werden. Solche aktiven getriebeinternen Maßnahmen
zielen häufig darauf ab, die funktionsbedingten Spiele
zu minimieren bzw. die Beweglichkeit innerhalb dieser funktionsbedingten
Spiele zu behindern. Nachteilig hierbei sind häufig der
verringerte Wirkungsgrad und die Erzeugung anderer unerwünschter
Geräusche (wie z. B. Heulen). Ferner ist es bekannt, zur
Geräuschverringerung passive getriebeinterne Maßnahmen
vorzusehen, die direkt an den Geräuschquellen (also beispielsweise
an den Zahnrädern) angeordnet sind und mechanische Schwingungen
tilgen oder isolieren.
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Bekannte
Maßnahmen hierbei sind Losradbremsen, Maßnahmen
zur Zahnlückenverspannung, Maßnahmen, bei denen
eine Scheibe mit einer etwas anderen Übersetzung verwendet
wird, Maßnahmen mit einer Reibrad-Nebenübersetzung,
Schwingungstilger, magnetische Lösungen zum Verhindern
eines Lösens der Zahnflanken voneinander, etc.
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Beispielsweise
ist aus dem Dokument
DE 103
28 482 A1 ein Zahnradgetriebe mit einer Antirasseleinrichtung
bekannt. Dabei ist einem Losrad und einem Festrad jeweils ein Reibrad
zugeordnet, die in Reibeingriff zueinander stehen.
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Aus
dem Dokument
DE 197
21 851 A1 ist es bekannt, das Zahnflankenspiel in einer
Zahnradpaarung zu verringern, indem an dem einen Zahnrad eine Zahnscheibe
mit geringfügig verbiegbaren Zähnen angebracht
wird. Die verbiegbaren Zähne der Zahnscheibe greifen in
die Gegenverzahnung der Zahnradpaarung und sollen für eine
Geräuschdämpfung ohne nennenswerten Verschleiß an
dem anderen Zahnradelement sorgen.
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Aus
der
DE 38 39 807 C1 ist
es bekannt, das Zahnflankenspiel zwischen zwei Zahnrädern
aufzuheben, indem an einem Zahnrad eine zusätzliche Zahnscheibe
vorgesehen wird und indem die Zahnscheibe gegenüber dem
zugeordneten Zahnrad durch Federn in Umfangsrichtung vorgespannt
wird.
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Ferner
offenbart das Dokument
DE
10 2004 008 171 A1 einen Stirnradtrieb für Nockenwellen,
bei dem ein Zahnrad zweiteilig ausgebildet ist.
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Aus
dem Stand der Technik sind ferner Antirasselmaßnahmen bekannt
(z. B.
DE 1 967 959
A1 ,
JP 62228735
A ,
US 4,577,525
B ), bei denen eine Antirasselverzahnung eines Antirasselbauteils
einen Zahn mehr oder weniger hat als die Bauteilverzahnung des zugeordneten
Bauteils.
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Das
Dokument
JP 01153865
A offenbart eine Anordnung mit einer Bauteilpaarung und
einem zugeordneten Antirasselbauteil, wobei die Antirasselverzahnung
des Bauteils, mit dem das Antirasselbauteil in Eingriff steht, einen
anderen Schrägungswinkel aufweist als dessen Bauteilverzahnung.
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Vor
dem obigen Hintergrund ist es die Aufgabe der Erfindung, eine mechanische
Bauteilpaarung anzugeben, mit der sich eine effektive Geräuschverringerung
realisieren lässt und die einen hohen Wirkungsgrad besitzt.
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Gemäß einem
ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die obige Aufgabe
gelöst durch eine Bauteilpaarung aus einem ersten Bauteil
mit einer ersten Bauteilverzahnung und einem zweiten Bauteil mit
einer zweiten Bauteilverzahnung, die mit der ersten Bauteilverzahnung
in Eingriff steht, um über die Bauteilverzahnungen eine
Antriebskraft in einer Antriebsrichtung übertragen zu können,
wobei dem ersten Bauteil ferner eine erste Antirasselverzahnung
zugeordnet ist und wobei an dem zweiten Bauteil ein Antirasselbauteil
befestigt ist, das in radialer Richtung (d. h. im Wesentlichen senkrecht
bzw. quer zur Antriebsrichtung) elastisch verformbar ausgebildet
und/oder in radialer Richtung elastisch gelagert ist, wobei sich
eine Mehrzahl von kragarmförmigen Federstegen zwischen
dem Antirasselbauteil und dem zweiten Bauteil erstreckt, die vorzugsweise im
Wesentlichen parallel zu einer Bauteilebene und unter einem Federwinkel
größer 0° und kleiner 90° gegenüber
der Antriebsrichtung ausgerichtet sind.
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Der
Kerngedanke des ersten Aspektes der Erfindung besteht darin, dass
das größte auftretende Drehflankenspiel der Bauteilverzahnungen
durch die radiale Verformbarkeit bzw. radialelastische Lagerung
des Antirasselbauteils ausgeglichen werden kann, da das Antirasselbauteil
folglich im Bereich des Zahneingriffs radialelastisch ausweichen
kann. Mit anderen Worten erfolgt der Zahneingriff zwischen den Antirasselverzahnungen
so, dass eine solche Kraft zwischen dem Antirasselbauteil und dem
zweiten Bauteil in Antriebsrichtung wirkt, dass die Bauteilverzahnungen
auch bei hochfrequenten Anregungen (wie z. B. von einem Verbrennungsmotor,
insbesondere Dieselmotor) nicht so innerhalb des Zahnflankenspiels
umschlagen, dass ein Rassel geräusch erzeugt wird. Anders
ausgedrückt kann über die Antirasselverzahnungen
ein Schleppmoment, insbesondere ein Reibmoment in Umfangsrichtung
erzeugt werden, das die störenden Anregungen dämpft.
Das Schleppmoment sollte dabei geeignet sein, die oszillierenden
Massenkräfte zu verringern, insbesondere zu eliminieren.
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Bei
dieser Ausführungsform können alle fertigungsbedingten
Toleranzen sowie thermischen Deformationen, die sich auf die Drehflankenspiele
auswirken, bevorzugt bis zu 100% ausgeglichen werden.
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Dabei
kann das Antirasselbauteil selbst elastisch verformbar sein, so
dass es im Bereich des Zahneingriffs radialelastisch ausweichen
kann. Alternativ oder zusätzlich hierzu kann das Antirasselbauteil
in radialer Richtung elastisch gelagert sein. Bei dieser Ausführungsform
kann aufgrund des radialelastischen Ausweichens im Bereich des Zahneingriffs ein
Mittelpunkt des Antirasselbauteils exzentrisch gegenüber
einem Mittelpunkt des zweiten Bauteils versetzt angeordnet sein.
Hierbei kann mit anderen Worten ein beliebiger Punkt des Antirasselbauteils
eine kreisförmige Bewegung um den Mittelpunkt des zweiten
Bauteils herum ausführen.
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Die
Kräfte, die zu einer radialen Auslenkung des Antirasselbauteils
führen, können beim Verlassen des Zahneingriffes
wieder an das System zurückgegeben werden.
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Die
Bauteilpaarung kann eine Zahnradpaarung sein. In diesem Fall ist
die Antriebsrichtung eine in Umfangsrichtung des antreibenden Zahnrades
gerichtete Antriebsrichtung. In diesem Fall kann man ein Bauteil
als geteiltes Rad auffassen, wobei ein Teil für die Lastübertragung
verantwortlich ist und der andere Teil (Antirasselbauteil) für
die Spielfreiheit sorgen kann. Die Bauteilpaarung kann jedoch auch
eine Kombination aus einer Zahnstange und einem Zahnrad sein, wobei
die Antriebsrichtung im Wesentlichen linear verläuft.
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Die
erfindungsgemäße Bauteilpaarung ist ferner in
beiden Antriebsrichtungen (also bei Zahnrädern beispielsweise
in beiden Drehrichtungen) wirksam. Ferner ist die erfindungsgemäße
Bauteilpaarung sowohl bei gerad- als auch bei schrägverzahnten
Bauteilverzahnungen anwendbar.
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Die
Antirasselverzahnungen können hinsichtlich der Zahnformen
identisch oder ähnlich aufgebaut sein wie die Bauteilverzahnungen.
Die Antirasselverzahnungen können jedoch auch eine beliebige
andere Form besitzen, wobei es bevorzugt ist, wenn die Antirasselverzahnungen
Punkt- oder linienförmig aneinander angreifen. Besonders
bevorzugt ist es, wenn die Antirasselverzahnungen Punkt- oder linienförmig
auf der Höhe des Wälzkreises miteinander in Eingriff
stehen.
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Bei
der erfindungsgemäßen Bauteilpaarung ist es generell
irrelevant, ob das erste oder das zweite Bauteil das antreibende
Bauteil ist. Bevorzugt ist das Antirasselbauteil jedoch mit einem
Festrad (also einem Zahnrad, das fest mit einer Drehwelle verbunden
ist) verbunden, da das hiermit in Eingriff stehende Losrad häufig
durch Schaltkupplungen (Synchronisierungen etc.) verbaut ist, so
dass das Antirasselbauteil dort nicht oder nur mit größerem
Aufwand angebracht werden kann.
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Ferner
versteht sich, dass einem Bauteil wie einem Zahnrad auch zwei oder
mehr Antirasselbauteile zugeordnet sein können, beispielsweise
auf axial gegenüberliegenden Seiten eines Zahnrades. Dies ist
insbesondere dann bevorzugt, wenn das zweite Bauteil mit mehr als
einem ersten Bauteil in Eingriff steht. Dabei kann jedes Antirasselbauteil
auf die spezielle Verzahnung mit einem ersten Bauteil abgestimmt
werden.
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Zur
Terminologie ist dabei folgendes anzumerken. Wenn irgendeine Verzahnung
eine andere Verzahnung antreibt, lastlos oder leistungsführend, dann
zieht diese Verzahnung die angetriebene Verzahnung über
die Zugflanke der treibenden Verzahnung an der Zugflanke der angetriebenen
Verzahnung im Sinne der momentanen Antriebs- bzw. Umlaufrichtung.
Kommt es zu Umschlägen der Flankenanlagen – wie
etwa beim Rasseln oder Zug-Schub-Lastwechselreaktionen – dann
kommen die Rückflanken dieser Zahnräder zum Eingriff.
Diese Terminologie ändert sich dann, wenn sich der Drehsinn
oder die Antriebs- bzw. Umlaufrichtung dieser Verzahnungspaarung ändert.
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Im
Rahmen der vorliegenden Anmeldung wird die Zugflanke der treibenden
Verzahnung auch als Schubflanke bezeichnet, und die Zugflanke der angetriebenen
Verzahnung auch als Rückflanke. Gleichermaßen
werden im Rahmen der vorliegenden Anmeldung die nicht im Eingriff
befindlichen Rückflanken ebenfalls als Schubflanke bzw.
Rückflanke bezeichnet.
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Ferner
ist die Zahnzahl und/oder die Zahnteilung (Modul) der Bauteilverzahnungen
und der jeweils zugeordneten Antirasselverzahnungen vorzugsweise
identisch. Im Gegensatz zu Antirasselmaßnahmen, bei denen
beispielsweise die Antirasselverzahnung des Antirasselbauteils einen
Zahn mehr oder weniger hat als die zugeordnete Bauteilverzahnung,
werden aufgrund der identischen Zahnzahl bzw. Zahnteilung ständige
Verspannungen und eine damit einhergehende Wirkungsgradverschlechterung
vermieden. (Gegebenenfalls kann jedoch die Antirasselverzahnung
dieselbe Teilung, aber weniger Zähne aufweisen als die
zugeordnete Bauteilverzahnung, indem nur jedem zweiten, dritten,
vierten (allgemein n-ten) Bauteilzahn ein Antirasselzahn zugeordnet
ist, und zwar insbesondere in Abhängigkeit von dem Frequenzbereich
der störenden Anregung; eine hinreichende Sprungüberdeckung
sollte gegeben sein).
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Auch
ist es bevorzugt, wenn die Bauteilverzahnungen und die jeweils zugeordneten
Antirasselverzahnungen hinsichtlich anderer Verzahnungseigenschaften
im Wesentlichen identisch sind, beispielsweise hinsichtlich des
Verzahnungstyps (z. B. Evolventenverzahnung), des Schrägungswinkels, des
Kopfkreisdurchmessers, des Teilkreisdurchmessers, des Eingriffswinkels,
etc.
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Durch
die Maßnahmen, zwischen dem Antirasselbauteil und dem zweiten
Bauteil kragarmförmige Federstege vorzusehen, kann die
elastische Verformbarkeit bzw. elastische Lagerung des Antirasselbauteils
in Bezug auf das zweite Bauteil in radialer Richtung realisiert
werden. Die Federstege erstrecken sich dabei vorzugsweise im Wesentlichen
parallel zu einer durch das erste und zweite Bauteil definierten
Bauteilebene, und sind besonders bevorzugt mit der hierzu parallelen
Ebene des Antirasselbauteils ausgerichtet. Hierdurch kann das Antirasselbauteil
in axialer Richtung kompakt realisiert werden. Ferner erstrecken
sich die Federstege vorzugsweise unter einem Federwinkel größer
0° und kleiner 90° gegenüber der Antriebsrichtung,
so dass eine radiale Federkraft eingerichtet werden kann. Besonders
bevorzugt liegt der Federwinkel im Bereich von 15°–75°,
besonders bevorzugt von 25°–50°. Hierdurch
können bei kompakter Bauweise in radialer Richtung angemessene
Radialkräfte mittels der Federstege eingerichtet werden.
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Die
obige Aufgabe wird ferner gelöst durch ein Getriebe mit
einer solchen Bauteilpaarung, insbesondere ein Kraftfahrzeuggetriebe,
und durch einen Antriebsstrang mit einem solchen Getriebe.
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Sofern
das Kraftfahrzeuggetriebe als Stufengetriebe in Vorgelegebauweise
ausgebildet ist, können ein oder mehrere Radsätze
(jeweils mit einem Losrad und wenigstens einem Festrad) eine erfindungsgemäße
Bauteilpaarung aufweisen. Die Rasselneigung derartiger Getriebe
kann durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen
soweit verringert werden, dass das Stufengetriebe ohne Zweimassenschwungrad
(ZMS) ausgeführt sein kann. Dies führt zu einem
deutlich höheren Wirkungsgrad, da die Gesamtmasse bzw.
der sog. Massenfaktor verringert werden können. Auch die
erheblichen Kosten für ein ZMS können so eingespart
werden. Ferner kann die bei ZMS störende Aufschaukelneigung
verringert werden. Zudem kann durch die Verringerung der zu beschleunigenden
Drehmassen ein besseres Ansprechverhalten erzielt werden (das so
ausgestattete Fahrzeug „hängt besser am Gas”).
Ein Antriebsstrang mit einem solchen Stufengetriebe kann dabei eine
angepasste Anfahrkupplung aufweisen, die einen integrierten Torsionsdämpfer
(torsionsgedämpfte Kupplungsscheibe) aufweist. Das Stufengetriebe kann
ein manuelles, eine automatisiertes oder ein Doppelkupplungsgetriebe
sein.
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Sofern
das Getriebe als Wandlerautomat ausgebildet ist, kann wenigstens
einer der Planetenradsätze eine erfindungsgemäße
Bauteilpaarung aufweisen. Die hierdurch verringerte Rasselneigung kann
dazu genutzt werden, um eine den hydrodynamischen Wandler überbrückende Überbrückungskupplung
häufiger (früher) zu schließen. Hierdurch kann
der Wirkungsgrad gesteigert werden.
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Die
Aufgabe wird somit vollkommen gelöst.
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Es
ist dabei vorteilhaft, wenn die Federstege in eine an dem zweiten
Bauteil vorgesehene Radialnut greifen.
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Durch
diese Maßnahme kann das Antirasselbauteil auf einfache
Weise an dem zweiten Bauteil in axialer Richtung festgelegt werden.
Hierzu können bspw. die Federstege zur Montage radial aufgeweitet werden,
so dass sie über einen Abschnitt (bspw. einen Ringvorsprung)
des zweiten Bauteils geschoben werden, bis sie in die Radialnut
einschnappen.
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Ferner
ist es möglich, dass die Federstege sich im Wesentlichen
gerade oder bogenförmig zwischen dem Antirasselbauteil
und dem zweiten Bauteil erstrecken.
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Von
besonderem Vorzug ist es, wenn die Federstege jeweils einen Hauptabschnitt,
der sich unter einem Federwinkel größer 0° und
kleiner 90° gegenüber der Antriebsrichtung erstreckt,
und einen sich im Wesentlichen in Antriebsrichtung erstreckenden
Anlageabschnitt aufweisen, der mit einem Ende des Hauptabschnittes
verbunden ist.
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Auf
diese Weise kann gewährleistet werden, dass der Anlageabschnitt
relativ großflächig an dem zweiten Bauteil anliegt.
Alternativ oder zusätzlich hierzu kann erreicht werden,
dass die Anlageabschnitte über einen größeren
Winkelbereich in die Radialnut eingreifen, um das Antirasselbauteil
sicher axial zu fixieren.
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Dabei
ist es von besonderem Vorteil, wenn der Anlageabschnitt sich in
einer Richtung entgegengesetzt zu dem Hauptabschnitt erstreckt.
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Durch
diese Maßnahme können die Federabschnitte jeweils
in Antriebsrichtung relativ kompakt ausgebildet werden und dennoch
eine große Anlagefläche bzw. sichere Axialfixierung
realisieren.
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Ferner
ist es vorteilhaft, wenn Hauptabschnitte von zwei benachbarten Federstegen
sich von einer gemeinsamen Federstegbasis in die entgegengesetzte
Richtung erstrecken.
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Auf
diese Weise kann zum einen gewährleistet werden, dass die
Radialfederwirkung zwischen dem Antirasselbauteil und dem zweiten
Bauteil im Wesentlichen unabhängig wird von der relativen Drehrichtung.
Zum anderen können derartige Federstege konstruktiv leicht
und kostengünstig realisiert werden.
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Dabei
ist es bevorzugt, wenn die Anlageabschnitte der benachbarten Federstege
aufeinander zuweisen. Hierdurch kann bspw. über den Umfang
einer Radialnut ein relativ großer Winkelbereich durch die
Anlageabschnitte abgedeckt werden, so dass eine sichere axiale Fixierung
des Antirasselbauteils möglich ist.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Antirasselbauteil
ein Antirasselzahnrad, wobei sich jeder Federsteg in Umfangsrichtung über
einen Winkelbereich größer 5°, insbesondere
größer 10° erstreckt.
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Die
Anzahl der Federstege kann bspw. im Bereich von 6 bis 24 liegen,
vorzugsweise im Bereich von 8 bis 15. Hierdurch kann wiederum gewährleistet werden,
dass eine Radialfederwirkung in jeder relativen Drehstellung zwischen
dem Antirasselbauteil und dem ersten Bauteil eingerichtet werden
kann, um für den Spielausgleich zwischen den Bauteilverzahnungen
zu sorgen. Ferner kann hierdurch ein relativ großer Anteil
des Umfanges durch Anlageabschnitte abgedeckt werden, mindestens
die Hälfte, vorzugsweise mindestens drei Viertel des zugeordneten
Umfanges (bspw. Umfang Radialnut) des zweiten Bauteils.
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Besonders
bevorzugt ist es, wenn die Federstege mit dem Antirasselbauteil
fest verbunden sind und sich an dem zweiten Bauteil radialelastisch
abstützen.
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Auf
diese Weise kann die Anzahl der zur Erzielung einer rasselfreien
Bauteilpaarung notwendigen Bauteile verringert werden. Insbesondere
kann das Antirasselbauteil bevorzugt einstückig mit den Federstegen
ausgebildet sein.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Antirasselbauteil über
ein Fixierbauteil an dem zweiten Bauteil festgelegt.
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Das
Fixierbauteil kann hierbei für eine axiale Fixierung des
Antirasselbauteils sorgen. Im einfachsten Fall kann das Fixierbauteil
bspw. ein Sprengring oder dergleichen sein, der in eine Radialnut
des zweiten Bauteils greift.
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Von
besonderem Vorzug ist es jedoch, wenn in diesem Fall die Federstege
an dem Fixierbauteil ausgebildet sind.
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Bei
dieser Ausführungsform kann die axiale Fixierung bspw. über
die Federstege in einer Radialnut erfolgen. Dabei ist es bevorzugt,
wenn zumindest ein Abschnitt des Fixierbauteiles in radialer Richtung zwischen
dem Antirasselbauteil und dem zweiten Bauteil liegt, um die Radialelastizität
zu realisieren. Bei dieser Ausführungsform kann das Antirasselbauteil
aus einem anderen Material als das Fixierbauteil hergestellt sein.
Beispielsweise kann das Fixierbauteil aus einem Federstahl hergestellt
sein und das Antirasselbauteil aus einem nicht federnden Stahl (oder
aus Kunststoff).
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform sind die Federstege fest mit dem
zweiten Bauteil verbunden.
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Obgleich
es bevorzugt ist, die Federstege über einen Reibeingriff
mit dem zweiten Bauteil in Eingriff zu bringen, kann dies auch über
einen Formschlusseingriff erfolgen. Ferner kann eine feste Verbindung
durch stoffschlüssiges Verbinden wie Laserschweißen
realisiert werden.
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Von
besonderem Vorzug ist es, wenn das Antirasselbauteil so angeordnet
bzw. ausgebildet ist, dass es im Bereich des Zahneingriffs mit der
ersten Antirasselverzahnung in radialer Richtung von dem ersten
Bauteil weggedrückt wird, also im Bereich des Zahneingriffs
radialelastisch ausweicht.
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Dabei
ist das Antirasselbauteil in der Regel zu dem ersten Bauteil hin
vorgespannt, so dass das radiale Ausweichen gegen die Vorspannung
erfolgt. In der Regel erfolgt jedenfalls ein radiales Auslenken des
Antirasselbauteil im Bereich des Zahneingriffs.
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Sofern
das Antirasselbauteil und das zweite Bauteil über einen
Reibeingriff miteinander in Verbindung stehen, kann durch diese
Auslenkung die Reibkraft erhöht werden, so dass Relativbewegungen zwischen
dem zweiten Bauteil und dem Antirasselbauteil in Antriebsrichtung
aufgrund des Reibeingriffes stärker gedampft werden. Hierdurch
kann ein Umschlagen der Bauteilverzahnungen und folglich ein Rasseln
oder Klappern verhindert werden.
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Die
radiale Auslenkbarkeit des Antirasselbauteils gegenüber
dem zweiten Bauteil, an dem das Antirasselbauteil festgelegt ist,
ermöglicht jedoch nicht nur eine Erhöhung der
Reibkräfte. Auch können Klemmeffekte während
eines Zweiflanken-Wälzeingriffes verringert und vorzugsweise
vermieden werden.
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Da
das radiale Wegdrücken des Antirasselbauteils mit einer
relativ geringen Kraft erfolgt, ist der Wirkungsgradverlust im Wesentlichen
vernachlässigbar. Zudem können die zur radialen
Auslenkung erforderlichen Kräfte beim Austritt aus dem
Zahneingriff zumindest teilweise wieder zurückgegeben werden.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Antirasselbauteil
derart angeordnet bzw. ausgebildet, dass zwischen der ersten und
der zweiten Antirasselverzahnung ein permanenter Zweiflanken-Walzeingriff
gegeben ist.
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Mit
anderen Worten stehen die erste und die zweite Antirasselverzahnung
so in Wälzeingriff, dass beispielsweise immer wenigstens
ein Zahn der zweiten Antirasselverzahnung die beiden gegenüberliegenden
Flanken einer Zahnlücke der ersten Antirasselverzahnung
berührt. Zwar ist es generell auch denkbar, die Antirasselverzahnungen
so aufeinander auszulegen, dass zwischen diesen ebenfalls ein gewisses
Zahnflankenspiel herrscht (wie es auch in der Regel bei der Bauteilverzahnung
vorhanden ist). In diesem Fall ist das Zahnflankenspiel der Antirasselverzahnungen
jedoch vorzugsweise kleiner als das Zahnflankenspiel der Bauteilverzahnungen.
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Durch
den Zweiflanken-Wälzeingriff können zudem Relativbewegungen
der Bauteile in Antriebsrichtung in beide Drehrichtungen gedämpft
werden.
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Generell
kann der Zweiflanken-Wälzeingriff auf beliebige Art und
Weise realisiert werden, beispielsweise durch eine positive Profilverschiebung und/oder
dadurch, dass die zweite Antirasselverzahnung einen größeren
Teilkreisdurchmesser aufweist als die zugeordnete zweite Bauteilverzahnung.
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Von
besonderem Vorzug ist es jedoch, wenn die Zähne von einer
der Antirasselverzahnungen eine Zahndicke aufweisen, die größer
oder gleich der Zahnlücke der Zähne der anderen
Antirasselverzahnung ist.
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Mit
anderen Worten wird der Zweiflanken-Wälzeingriff dadurch
realisiert, dass das Zahnflankenspiel zwischen den Antirasselverzahnungen zu
null bzw. negativ ausgebildet wird. Wenn die Zahndicke größer
ist als die Zahnlücke, dann wird das Antirasselbauteil
im Bereich des Zahneingriffs der Antirasselverzahnungen in radialer
Richtung weggedrückt, und zwar von dem ersten Bauteil weg bzw.
zu dem zweiten Bauteil hin.
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Wie
oben erwähnt, kann hierdurch eine Reibkraft zwischen dem
Antirasselbauteil und dem zweiten Bauteil in Antriebsrichtung erhöht
werden.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Zahndicke
der Zähne von einer der Antirasselverzahnungen um 20 μm
bis 500 μm, insbesondere um 50 μm bis 250 μm
größer als die Zahndicke der Zähne des
zugeordneten Bauteils, und/oder durch eine entsprechende Profilverschiebung.
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Diese
Ausführungsform ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn
die erste Antirasselverzahnung durch die erste Bauteilverzahnung
gebildet wird. Durch dieses Zahndickenaufmaß kann erreicht werden,
dass beispielsweise die Zahndicke der zweiten Antirasselverzahnung
größer ist als die größte Zahnlücke
der ersten Antirasselverzahnung, und zwar bei allen Betriebszuständen
und allen Randbedingungen (funktionsbedingte, fertigungsbedingte (Toleranzen
sowie bei beliebiger thermischer und/oder mechanischer Deformation
der Bauteile).
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Von
besonderem Vorzug ist es ferner, wenn die radiale Auslenkung des
Antirasselbauteils im Bereich des Zahneingriffs mit der ersten Antirasselverzahnung
kleiner ist als 500 μm, insbesondere kleiner als 250 μm,
besonders bevorzugt kleiner als 150 μm.
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Durch
die Dimensionierung der Antirasselverzahnungen derart, dass nur
eine derart kleine radiale Auslenkung erzielt wird, kann der Wirkungsgrad der
Antirasselmaßnahme sehr hoch sein, auch wenn die hierdurch
in das Antirasselbauteil eingeleiteten Kräfte hinreichend
sind, um ein Rasseln oder Klappern der Bauteilverzahnungen zu verringern
und vorzugsweise zu verhindern.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform liegt eine Federrate,
mit der das Antirasselbauteil in radialer Richtung vorgespannt ist
bzw. in radialer Richtung elastisch auslenkbar ist, im Bereich von
2 bis 100 N/mm, insbesondere im Bereich von 5 bis 20 N/mm.
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Es
hat sich gezeigt, dass derartige Federraten zum einen Klemmeffekte
verringern können und andererseits der Wirkungsgrad der
Antirasselmaßnahme hoch sein kann.
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Andererseits
kann die erwünschte Dämpfungseigenschaft zum Verhindern
eines Rasselns der Bauteilverzahnung sicher erzielt werden.
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Die
obigen Dimensionierungen betreffend die Zahndicke, die radiale Auslenkung
und die Federrate beziehen sich auf ein übliches Kraftfahrzeuggetriebe
für Personenkraftwagen, insbesondere auf einen Achsabstand
der die Bauteile tragenden Wellen im Bereich von 60 mm bis 90 mm
und/oder auf ein maximal über das Getriebe übertragbares
Moment im Bereich von 150 Nm bis 300 Nm. Bei kleineren oder größeren
Bauteilpaarungen sind diese Werte entsprechend anzupassen.
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Besonders
bevorzugt ist es insgesamt, wenn das Antirasselbauteil einen radial
inneren Lagerabschnitt aufweist, mittels dessen das Antirasselbauteil in
axialer Richtung an dem zweiten Bauteil fixiert ist. Dieser kann
durch die Federstege gebildet sein.
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Auf
diese Weise ist es ggf. möglich, auf separate Befestigungsmittel
zur axialen Fixierung zu verzichten.
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Ferner
kann der radial innere Lagerabschnitt auch dazu dienen, das Antirasselbauteil
in radialer Richtung an dem zweiten Bauteil abzustützen.
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Von
Vorteil ist es hierbei ferner, wenn das Antirasselbauteil in Antriebsrichtung
gegenüber dem zweiten Bauteil versetzbar gelagert ist und
wenn dem zweiten Bauteil und dem Lagerabschnitt jeweils ein Reibabschnitt
zugeordnet ist, die in Reibeingriff miteinander stehen.
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Bei
dieser Ausführungsform können der erste und der
zweite Aspekt der Erfindung konstruktiv günstig und mit
geringem Bauteilaufwand miteinander kombiniert werden.
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Von
besonderem Vorteil ist es dabei, wenn der Lagerabschnitt einen Reibbelag
aufweist.
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Hierdurch
kann die Reibkraft zwischen dem Lagerabschnitt und dem zweiten Bauteil
erhöht werden.
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Der
Reibbelag kann an einer axialen Seite des Lagerabschnittes vorgesehen
sein, der einer Axialfläche des zweiten Bauteils gegenüberliegt.
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Besonders
bevorzugt ist es jedoch, wenn der Reibbelag radial innen ausgebildet
ist.
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Obgleich
es generell bevorzugt ist, das Antirasselbauteil und das zweite
Bauteil über einen Reibeingriff in Antriebsrichtung miteinander
zu verbinden, kann das Antirasselbauteil auch in Antriebsrichtung
formschlüssig mit dem zweiten Bauteil verbunden sein.
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Bei
dieser Ausführungsform kann es von Vorteil sein, wenn das
Antirasselbauteil selbst in Antriebsrichtung eine gewisse Elastizität
zwischen der zweiten Antirasselverzahnung und dem Lageabschnitt
des Antirasselbauteils aufweist, um Schwingungsanregungen in Antriebsrichtung
dämpfen zu können.
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Nach
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist an dem zweiten
Bauteil ein axial vorstehender Ringvorsprung ausgebildet, der dem
Antirasselbauteil zugewandt ist.
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Der
Ringvorsprung kann beispielsweise als Führungsmittel zur
Führung des Antirasselbauteils in Antriebsrichtung verwendet
werden. Der Ringvorsprung kann jedoch auch noch weitere Funktionen besitzen.
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Ferner
ist es vorteilhaft, wenn das Antirasselbauteil seitlich neben dem
zweiten Bauteil angeordnet ist.
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Dies
vereinfacht die Konstruktion, wobei unter einer Anordnung seitlich
neben dem zweiten Bauteil auch verstanden werden soll, dass das
Antirasselbauteil auf einem axial vorstehenden Ringvorsprung des
zweiten Bauteils geführt ist. Besonders bevorzugt ist es
dabei jedoch, wenn die Antirasselverzahnungen seitlich neben den
Bauteilverzahnungen angeordnet sind.
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Das
Antirasselbauteil kann aus einem beliebigen geeigneten Material,
wie z. B. Stahl, hergestellt sein.
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Es
ist jedoch insgesamt vorteilhaft, wenn das Antirasselbauteil aus
Kunststoff hergestellt ist.
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Als
Kunststoff kann beispielsweise Polyamid verwendet werden, das eine
hohe Festigkeit und Steifigkeit sowie eine sehr gute chemische Beständigkeit
besitzt. Ferner weist Polyamid einen hohen Verschleißwiderstand
und gute Gleiteigenschaften auf.
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Die
mechanischen Eigenschaften lassen sich durch Faserverbunde mit Glas-
oder Kohlefasern anpassen, insbesondere um die Wasseraufnahme zu
senken.
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Vorzugsweise
werden Additive auf Polyolefin-Basis hinzugegeben, um eine hohe
Schlagfähigkeit zu gewährleisten.
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Ferner
kann das Antirasselbauteil aus Kunststoff kostengünstig
hergestellt werden. Zudem ist es möglich, das Antirasselbauteil
aus Kunststoff mit relativ hoher Präzision zu fertigen,
so dass das Zahnflankenspiel zwischen den Antirasselverzahnungen geringer
ausgebildet sein kann als das Zahnflankenspiel zwischen den Bauteilverzahnungen.
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Daher
ist es bevorzugt, wenn das Antirasselbauteil mit einer höheren
Präzision gefertigt ist als das zweite Bauteil.
-
Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform weisen die zweite
Antirasselverzahnung und/oder die erste Antirasselverzahnung Zähne
auf, die in Antriebsrichtung und/oder in radialer Richtung elastisch
verformbar sind.
-
Auf
diese Weise können dann, wenn die Antirasselverzahnungen
ein Zahnspiel aufweisen, Geräusche, die beim Umschlagen
der Antirasselverzahnungen auftreten, gedämpft werden.
Die elastische Verformbarkeit der Zähne in Antriebsrichtung
kann jedoch auch bei einem Zweiflanken-Walzeingriff zwischen den
Antirasselverzahnungen sinnvoll sein, und zwar aus den oben genannten
Gründen.
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Bevorzugt
ist es ferner, wenn die zweite Antirasselverzahnung Zähne
aufweist, die vom Zahnkopf aus mit radialen Schlitzen ausgebildet
sind.
-
Auf
diese Weise kann die elastische Verformbarkeit auch bei relativ
steifen Kunststoffen (oder sonstigen Werkstoffen des Antirasselbauteils,
wie z. B. Stahl) erhöht werden.
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Die
erste Antirasselverzahnung ist gemäß einer bevorzugten
Ausführungsform an dem ersten Bauteil ausgebildet.
-
Hierdurch
kann die Teileanzahl verringert werden.
-
Dabei
ist es bevorzugt, wenn die erste Antirasselverzahnung mit der ersten
Bauteilverzahnung ausgerichtet ist, insbesondere in axialer Richtung. Mit
anderen Worten können hierbei Zähne der ersten Bauteilverzahnung
mit Zähnen der ersten Antirasselverzahnung ausgerichtet
sein.
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Ferner
ist es vorteilhaft, wenn die erste Antirasselverzahnung Teil der
ersten Bauteilverzahnung ist.
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Bei
dieser Ausführungsform ist die erste Bauteilverzahnung
generell breiter ausgebildet als die zweite Bauteilverzahnung, wobei
der axial überstehende Teil der ersten Bauteilverzahnung
die erste Antirasselverzahnung bildet.
-
Auf
diese Weise kann das erste Bauteil kostengünstig gefertigt
werden.
-
Gemäß einer
alternativen Ausführungsform ist die erste Antirasselverzahnung
an einem Gegenbauteil ausgebildet, das an dem ersten Bauteil starr festgelegt
ist.
-
Bei
dieser Ausführungsform können die Antirasselverzahnungen
von der Geometrie und/oder von der Materialauswahl her ideal aufeinander
abgestimmt werden.
-
Dabei
ist es von besonderem Vorteil, wenn das Gegenbauteil seitlich neben
dem ersten Bauteil angeordnet ist.
-
Die
obige Aufgabe wird gemäß dem zweiten Aspekt der
Erfindung gelöst durch eine Bauteilpaarung aus einem ersten
Bauteil mit einer ersten Bauteilverzahnung und einem zweiten Bauteil
mit einer zweiten Bauteilverzahnung, die mit der ersten Bauteilverzahnung
in Eingriff steht, um über die Bauteilverzahnungen eine
Antriebskraft in einer Antriebsrichtung übertragen zu können,
wobei dem ersten Bauteil ferner eine erste Antirasselverzahnung
zugeordnet ist, wobei an dem zweiten Bauteil ein Antirasselbauteil
befestigt ist, das gegenüber dem zweiten Bauteil in Antriebsrichtung
versetzbar gelagert ist und eine zweite Antirasselverzahnung aufweist,
die mit der ersten Antirasselverzahnung in Eingriff steht, und wobei
dem zweiten Bauteil und dem Antirasselbauteil jeweils ein Reibabschnitt
zugeordnet ist, die in Reibeingriff miteinander stehen, wobei sich
eine Mehrzahl von kragarmförmigen Federstegen zwischen
dem Antirasselbauteil und dem zweiten Bauteil erstreckt. Die Bauteilpaarung
gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung ist dabei
bevorzugt so ausgebildet, dass die Federstege einen Reibabschnitt bilden.
-
Die
Bauteilpaarungen gemäß dem zweiten Aspekt der
Erfindung lassen sich mit den Merkmalen der Bauteilpaarungen des
ersten Aspektes der Erfindung kombinieren, soweit vorliegend nichts
anderes erwähnt ist.
-
Dadurch,
dass das zweite Bauteil und das Antirasselbauteil in Reibeingriff
miteinander stehen, wird das Antirasselbauteil von dem zweiten Bauteil im
stationären Zustand mitgenommen, ohne dass wirkungsgradverringernde
Verspannungseffekte auftreten. Im Falle einer Schwingungsanregung
kann, ausgehend aus dem stationären Zustand, sich die Zugflanke
(auch als Vorderflanke oder als arbeitende Flanke bezeichenbar)
des antreibenden Bauteils von einer Schubflanke (auch als Rückflanke
oder als nicht arbeitende Flanke bezeichenbar) des angetriebenen
Bauteils lösen und sogar bis zur gegenüberliegenden
Flanke umschlagen (aufgrund des generell vorhandenen Zahnflankenspiels
zwischen den Bauteilverzahnungen). Die Relativbewegung zwischen den
zwei Bauteilen wird dabei mittels des Antirasselbauteils bzw. des
Reibeingriffes zwischen dem Antirasselbauteil und dem zweiten Bauteil
verzögert bzw. gedämpft.
-
Dabei
ist das Zahnflankenspiel zwischen den Antirasselverzahnungen vorzugsweise
geringer als das Zahnflankenspiel zwischen den Bauteilverzahnungen.
Wenn das Zahnflankenspiel zwischen den Antirasselverzahnungen größer
Null ist, kann hierdurch erreicht werden, dass bei einer Verzögerung des
antreibenden Bauteils zunächst die zweite Antirasselverzahnung
umschlägt (aufgrund des kleineren Zahnflankenspiels). Während
des weiteren Verlaufes der Bewegung des antreibenden Bauteils in
Richtung zur Gegenflanke wird diese Bewegung dann aufgrund des Reibeingriffes
zwischen dem zweiten Bauteil und dem Antirasselbauteil verzögert.
Hierdurch kann erreicht werden, dass das zweite Bauteil beim Umschlagen
nicht oder jedenfalls mit einer geringeren Relativgeschwindigkeit
auf das erste Bauteil umschlägt. Da die Antirasselverzahnungen
hierbei im normalen Betrieb, also beispielsweise unter Zug oder Schub,
nicht ständig miteinander in Eingriff stehen bzw. vorzugsweise
nicht gegeneinander verspannt sind, wird durch die Antirasselmaßnahmen
gemäß der vorliegenden Erfindung auch kein sekundäres
tonales Geräusch erzeugt, wie z. B. Heulen.
-
Das
Zahnflankenspiel zwischen den Antirasselverzahnungen kann jedoch
auch bei dem zweiten Aspekt der Erfindung Null sein, so dass ein
Zweiflankenwälzkontakt erzielt wird.
-
Vorzugsweise
sind bei dem zweiten Aspekt der Erfindung die Reibabschnitte in
einer Ebene parallel zur Antriebsrichtung ausgebildet.
-
Auf
diese Weise kann der Reibeingriff effektiv erfolgen, während
das zweite Bauteil und das Antirasselbauteil in Antriebsrichtung
gegeneinander versetzt werden.
-
Bei
einer bevorzugten Zahnradpaarung können die Reibabschnitte
sich folglich in Umfangsrichtung erstrecken. Bei Verwendung einer
Zahnstange können die Reibabschnitte sich linear erstrecken.
-
Von
besonderem Vorzug ist es, wenn Reibabschnitte radial ausgerichtet
sind, also insbesondere quer zu der Erstreckung eines einzelnen Zahns
der Bauteilverzahnungen.
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Hierdurch
können das zweite Bauteil und das Antirasselbauteil kostengünstig
hergestellt werden. Bei Schrägverzahnungen kann zudem die
während des Zahneingriffs der Bauteilverzahnungen auftretende
Axialkraft zum Andrücken verwendet werden, um also das
Antirasselbauteil und das zweite Bauteil in den Reibeingriff zu
drücken.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform sind Reibabschnitte
dabei im Bereich von seitlichen Stirnflächen des zweiten
Bauteils bzw. des Antirasselbauteils ausgebildet.
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Auf
diese Weise können die Reibabschnitte kostengünstig
gefertigt werden.
-
Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform sind Reibabschnitte
schräg bzw. konisch geformt.
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Auf
diese Weise kann, ähnlich wie bei Synchronisierungen für
Schaltgetriebe, mit relativ geringen Kräften eine hohe
Reibwirkung erzielt werden.
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Ferner
ist es vorteilhaft, wenn ein Reibabschnitt direkt an dem zweiten
Bauteil ausgebildet ist.
-
Hierdurch
kann die Teileanzahl der Bauteilpaarung verringert werden.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform ist ein Reibabschnitt
direkt an dem Antirasselbauteil ausgebildet.
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Auch
bei dieser Ausführungsform kann die Teileanzahl verringert
werden.
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Insgesamt
ist es ebenfalls vorteilhaft, wenn an dem zweiten Bauteil Führungsmittel
zur Führung des Antirasselbauteils in Antriebsrichtung
ausgebildet sind.
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Auf
diese Weise kann der Versatz des Antirasselbauteils in Bezug auf
das zweite Bauteil kontrolliert in Antriebsrichtung erfolgen.
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Insgesamt
ist es ferner vorteilhaft, wenn das zweite Bauteil und das Antirasselbauteil
elastisch gegeneinander verspannt sind, um Reibabschnitte aneinander
anzudrücken.
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Auf
diese Weise kann gewährleistet werden, dass auch über
eine längere Lebensdauer der Bauteilpaarung immer eine
hinreichende Reibkraft zum Verzögern des Umschlagens der
Bauteilverzahnungen zur Verfügung steht.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform ist zwischen dem zweiten Bauteil
und dem Antirasselbauteil wenigstens ein Reibelement angeordnet.
-
Bei
dieser Ausführungsform ist wenigstens ein Reibabschnitt
nicht an dem zweiten Bauteil oder dem Antirasselbauteil ausgebildet
sondern an dem Reibelement, das wiederum an dem zweiten Bauteil oder
dem Antirasselbauteil festgelegt ist.
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Hierdurch
kann ein Reibelement mit einem Material ausgewählt werden,
das für den vorliegenden Anwendungszweck optimiert ist.
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Dabei
ist es von besonderem Vorteil, wenn das wenigstens eine Reibelement
elastisch deformierbar ist.
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Bei
dieser Ausführungsform kann auch über eine längere
Lebensdauer die erfindungsgemäße Verzögerungswirkung
beim Umschlagen der Bauteilverzahnungen erreicht werden.
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Bei
dieser Ausführungsform ist es ebenfalls bevorzugt, wenn
das zweite Bauteil und das Antirasselbauteil gegen den Widerstand
des wenigstens einen Reibelementes aufeinander zu angedrückt
werden.
-
Auf
diese Weise kann eine gewünschte Reibwirkung gut eingestellt
werden.
-
Der
Antirasselmechanismus der Bauteilpaarung ist kein Getriebe im maschinenbautechnischen Sinn
sondern ein Abstützmechanismus zum Zurückhalten
bzw. Verzögern bzw. Dampfen der ansonsten im Drehflankenspiel
hin- und herschwingenden Verzahnungen. Die Antirasselmaßnahme
ist durch einen hohen Wirkungsgrad gekennzeichnet, da der Mechanismus
nur bei dem Hin- und Herschwingen (Umschlagen) der Verzahnungen
wirkt, ansonsten jedoch nur interne Kräfte zwischen dem
Antirasselbauteil und dem zweiten Bauteil wirken. Da das Antirasselbauteil
relativ schmal ausgebildet werden kann (beispielsweise im Bereich
von 0,5 bis 8 mm, insbesondere von 1 bis 5 mm), ergeben sich auch
keine wesentlich erhöhten Planschverluste.
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Der
Antirasselmechanismus kann mit geringem Gewicht bereitgestellt werden
und zu geringen Kosten. Nebengeräusche wie Heulen werden
nicht erzeugt. Bei Lastwechselschlagen (also tieffrequentem Umschlagen)
wird der Antirasselmechanismus überdrückt. Da
der Mechanismus auch hierbei nur während der Phase des
Umschlagens der Verzahnungen in Wirkung tritt, ergeben sich hierdurch
keine Verschlechterungen beim Wirkungsgrad.
-
Im
Gegensatz zu Maßnahmen des Standes der Technik sind bei
dem zweiten Aspekt der Erfindung das Antirasselbauteil und das zweite
Bauteil in Antriebsrichtung gegeneinander beweglich. Da das Antirasselbauteil
und das zweite Bauteil über den Reibgriff in einer Wirkbeziehung
stehen, kann folglich die Freiflugphase der Bauteilverzahnungen
beim Umschlagen minimiert werden, insbesondere dann, wenn das Zahnflankenspiel
zwischen den Antirasselverzahnungen kleiner ist als das Zahnflankenspiel zwischen
den Bauteilverzahnungen.
-
Die
erste und die zweite Antirasselverzahnung treten nach der Art von
Verzahnungen formschlüssig miteinander in Eingriff. Die
Verzahnungen müssen jedoch bei dem zweiten Aspekt der Erfindung
in der Regel keine Evolventenverzahnungen wie die Bauteilverzahnungen
sein. Vielmehr kann die Kontur der Zähne der Antirasselverzahnungen
kugelförmig oder konvex profiliert sein. Im Idealfall berühren
sich die Zähne der Antirasselverzahnungen in einem Punkt
oder in einer Linie. Jegliche Profilpaarungen (konvex-konvex, plan-konvex
oder konvex-plan) sind dabei denkbar.
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Während
das Antirasselbauteil bei dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung
bevorzugt in Reibeingriff mit dem zweiten Bauteil steht (also im
stationären Zustand im Reibschluss in Antriebsrichtung
mit dem zweiten Bauteil verbunden ist), ist es in einer alternativen
Ausführungsform des ersten Aspektes in der Erfindung auch
möglich, das Antirasselbauteil in Antriebsrichtung formschlüssig mit
dem zweiten Bauteil zu verbinden.
-
Bei
dieser Ausführungsform kann die Antirassel-Eigenschaft
des Antirasselbauteils im Wesentlichen über die radiale
und/oder tangentiale Elastizität des Antirasselbauteils
realisiert werden.
-
Dabei
versteht sich ferner, dass auch bei dieser Ausführungsform,
wie auch bei allen übrigen vorstehenden Ausführungsformen,
die Antirasselverzahnung des Antirasselbauteils auch in Antriebsrichtung
(also tangential) elastisch ausgebildet sein kann, um Relativbewegungen
des ersten und des zweiten Bauteiles zu dämpfen.
-
Insgesamt
ist ergänzend folgendes anzumerken: Angestrebt wird eine
möglichst 100%-ige Spieleliminierung durch das Antirasselbauteil,
das vorzugsweise mit kleinen Kräften (etwa bis zu 50 N, insbesondere
bis zu 30 N und besonders bevorzugt bis zu 10 N) und geringen Wegen
(insbesondere kleiner 20 Mikrometer, vorzugsweise ca. 2–4
Mikrometer) in die Gegenzahnradlücke gedrückt
wird. Die Abwälzeffekte bei umlaufenden Verzahnungen werden nicht
behindert, tonale und andere stochastische Geräuscheffekte,
insbesondere Rasseln, werden vermieden oder zumindest deutlich gemindert.
-
Wichtig
sind daher folgende Aspekte:
- • Die
Anwendung kann bei beliebigen umlaufenden abwälzenden Außen-
oder Innenverzahnungen angewendet werden, also Stirnradgetriebe, Planetengetriebe
- • Die Anwendung kann auch bei beliebigen Spline-Verzahnungen
angewendet werden, etwa Kupplungsspline/Steckverzahnungen,
- • Die Anwendung kann auch bei beliebigen Klauenverzahnungen
zum Einsatz kommen
- • Die Anwendung kann auch ganz allgemein bei beliebigen
Welle-Nabe-Verbindungen verwendet werden, etwa als Ergänzung
oder Ersatz der Passfeder. Deren Nachteil ist es, dass sie immer spielbehaftet
ist. Dies ist bei Oszillation des einen oder anderen Bauteiles der
Welle-Nabe-Verbindung nachteilig, da es aufgrund des Spieles/Nichtlinearitäten
zu Stosseffekten/Rasseln kommen kann. Wird also etwa statt der klassischen
Passfeder eine Passfeder nach Art des Antirasselbauteiles (bzw.
Mikrozahnrades), etwa ein Zahn als Extremvereinfachung des Mikrozahnrades,
radial- und/oder tangentialelastisch in die Gegenzahnlücke
oder Passfedernut des Gegenbauteiles (Welle oder Nabe) gedrückt,
kann es nicht mehr zu Rasseleffekten kommen bzw. diese können
gelindert werden.
- • Die Kräfte des Mikrozahnrades können
vorzugsweise so erzeugt werden, dass das Antirasselbauteil (Mikrozahnrad)
mit Zweiflankenwälzeingriff bedingt durch seine dickeren
Zähne gegenüber der größten
Gegenzahnradlücke radialelastisch in die Gegenzahnradlücke
gedrückt wird. Die hierzu aufgewendeten Kräfte
können allgemein auch beliebig durch Magnetismus, Federkraft,
Hydraulik, Pneumatik etc erzeugt werden, auch wenn vorliegend nur
die Variante der Federelastizität vorstellt wird.
-
Die
Anordnung des Antirasselbauteils (Mikrozahnrades) kann bei Geradverzahnungen
beliebig auf der einen oder anderen oder beiden Seiten gleichzeitig
des Mutterzahnrades erfolgen. Bei Schrägverzahnungen können
sich je nach Richtung des Schrägungswinkels Vorzugsseiten
der axialen Anordnung ergeben, etwa die eine oder die andere Seite
des Mutterzahnrades. Denn in diesem Fall könnte das Mikrozahnrad
als Folge der resultierenden Kräfteüberlagerungen
entweder auf das Mutterzahnrad axial aufgedrückt oder von
diesem weggedrückt werden. Insgesamt sind aber die ausgeführten Konstruktionen
vorzugsweise so zu dimensionieren, dass, egal welche Kräfte
wirken, der Effekt des Rasselns zu möglichst 100% unterdrückt
wird, die Radial- und/oder Tangentialscherelastizität gegeben
ist und/oder das Mikrozahnrad kraft- oder formschlüssig in
seiner Position verharrt, ohne ungewollt axial gegen das Mutterzahnrad
zu drücken oder von diesem weggedrückt zu werden.
In manchen ausgeführten Konstruktionen kann es sein, dass
es keine freie Wahl der Anordnung des Mikrozahnrades auf einer beliebigen
Stirnseite des Mutterzahnrades gibt. Sollten sich also in solchen
Zwangsbedingungen eine ungünstige Lage des Mikrozahnrades
ergeben, und damit einhergehend auch ungünstige Kräfteüberlagerungen,
so sind geeignete Konstruktionen zu wählen, etwa Stützborde,
Federringe, etc., damit das Mikrozahnrad nicht ungewollt axial vom
Mutterzahnrad weggedrückt wird.
-
Das
Antirasselbauteil ist vorzugsweise als Ringelement ausgebildet.
Vorzugsweise liegt das Verhältnis von Außendurchmesser
zu Innendurchmesser des Ringelements im Bereich von 100:50 bis 100:95,
insbesondere im Bereich von 100:60 bis 100:85, insbesondere im Bereich
von 100:70 bis 100:80. Hierdurch kann das Antirasselbauteil mit
geringem Gewicht ausgebildet werden.
-
Zum
Verständnis der Erfindung wird ergänzend auf die
PCT-Anmeldungen
PCT/EP 2008/010988 und
PCT/EP 2008/010989 verwiesen, deren
Offenbarungsgehalt vorliegend durch Bezugnahme enthalten ist.
-
Es
versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend
noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils
angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder
in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden
Erfindung zu verlassen.
-
Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der
nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es
zeigen:
-
1 eine
schematische Abwicklung einer Bauteilpaarung aus einem Festrad und
einem Losrad gemäß einer ersten Ausführungsform;
-
2 eine
der 1 vergleichbare Ansicht, wobei sich eine Schubflanke
des Festrades von einer Rückflanke des Losrades löst;
-
3 eine
der 1 vergleichbare Ansicht, wobei eine Rückflanke
des Festrades an einer Schubflanke des Losrades anliegt;
-
4 eine
schematische Querschnittsansicht durch eine Bauteilpaarung gemäß einer
Ausführungsform der Erfindung, die mit der Ausführungsform
der 1–3 kombinierbar
ist;
-
5 eine
schematische Längsschnittansicht durch die Bauteilpaarung
der 4;
-
6a, 6b und 6c jeweilige
alternative Detailansichten des Details VI der 4;
-
7 eine
perspektivische Explosionsansicht gemäß einer
weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
-
8 eine
Teilschnittansicht durch die Bauteilpaarung der 7;
-
9 eine
Explosionsansicht einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung;
-
10 eine
Teilschnittansicht der Bauteilpaarung der 9;
-
11 eine
schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen
Bauteilpaarung;
-
12 eine
der 11 entsprechende Ansicht einer weiteren Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Bauteilpaarung;
-
13 eine
schematische Darstellung eines Zahneingriffs einer erfindungsgemäßen
Bauteilpaarung;
-
14 eine
schematische Darstellung eines ersten Antriebsstranges für
ein Kraftfahrzeug; und
-
15 eine
schematische Darstellung eines weiteren Antriebsstranges für
ein Kraftfahrzeug.
-
Eine
erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
mechanischen Bauteilpaarung ist in den 1 bis 3 dargestellt
und generell mit 10 bezeichnet.
-
Die
Bauteilpaarung 10 weist ein erstes Bauteil 12 in
Form eines Losrades und ein zweites Bauteil 14 in Form
eines Festrades auf. Das Festrad 14 ist im vorliegenden
Fall das antreibende Bauteil. Das Losrad 12 weist eine
erste Bauteilverzahnung 16 auf. Das Festrad 14 weist
eine zweite Bauteilverzahnung 18 auf.
-
Das
Losrad 12 wird mittels des Festrades 14 in einer
Antriebsrichtung 20 angetrieben. Dabei berührt
eine Schubflanke 22 der zweiten Verzahnung 18 eine
Rückflanke 26 der ersten Verzahnung 16.
-
Die
Verzahnungen 16, 18 sind mit einem gewissen Zahnflankenspiel
ausgebildet, das in 1 mit 24 bezeichnet
ist.
-
Das
Zahnflankenspiel 24 ist im vorliegenden Fall die Distanz
zwischen einer Rückflanke der zweiten Verzahnung 18 und
einer Schubflanke 28 der ersten Verzahnung 16.
-
Derartige
Verzahnungen sind allgemein bekannt. Aufgrund des Zahnflankenspiels 24 kann
es bei höherfrequenten Anregungen auf der Antriebsseite
zu so genannten Rasselgeräuschen kommen. Hierbei schlagen
die Verzahnungen 16, 18 um, so dass sich abwechselnd
die Flanken 27, 28 und die Flanken 22, 26 berühren.
-
Insbesondere
können solche hochfrequenten Anregungen bei Verwendung
einer solchen Bauteilpaarung 10 in einem Antriebsstrang
eines Kraftfahrzeuges auftreten, beispielsweise in einem Stufen-
bzw. Stirnradgetriebe eines solchen Antriebsstranges. Dies gilt
insbesondere dann, wenn das Getriebe eingangsseitig mit einem Antriebs motor
gekoppelt ist, der Vibrationen erzeugt, wie beispielsweise ein Verbrennungsmotor.
-
Zum
Verhindern dieser Rasselgeräusche ist die Bauteilpaarung 10 mit
einem Antirasselmechanismus ausgestattet, der ein Antirasselbauteil 30 beinhaltet.
Das Antirasselbauteil 30 ist mit dem Festrad 14 gekoppelt,
und zwar so, dass das Antirasselbauteil 30 in Antriebsrichtung 20 beweglich
gegenüber dem Festrad 14 ist. Das Antirasselbauteil 30 steht
mit einer ersten Antirasselverzahnung 32 in Eingriff, die an
dem Losrad 12 vorgesehen ist. Zu diesem Zweck weist das
Antirasselbauteil 30 eine zweite Antirasselverzahnung 33 auf.
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Die
erste Antirasselverzahnung 32 kann ein axialer Abschnitt
der ersten Verzahnung 16 sein. Die erste Antirasselverzahnung 32 kann
jedoch auch anders geformt sein als die erste Verzahnung 16,
jedoch axial ausgerichtet hierzu geformt sein.
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Das
Antirasselbauteil 30 wird mit einer relativ hohen Präzision
gefertigt, derart, dass ein Umfangspiel 34 zwischen den
Antirasselverzahnungen 32, 33 kleiner ist als
das Zahnflankenspiel 24.
-
Das
Antirasselbauteil 30 ist ferner an dem Festrad 14 über
einen Reibeingriff 38 geführt. Hierzu sind an
dem Antirasselbauteil 30 (bzw. hiermit verbundenen Komponenten)
und an dem Festrad 14 (oder hiermit verbundenen Komponenten)
entsprechende Reibflächen ausgebildet, die vorzugsweise durch
eine axiale Andruckkraft 36 miteinander in Eingriff gebracht
werden. Die entsprechende Darstellung ist in den 1 bis 3 schematischer
Natur und soll lediglich andeuten, dass das Antirasselbauteil 30 in
Antriebsrichtung 20 relativ zu dem Festrad 14 bewegt
werden kann, wobei hierbei jedoch eine gewisse Reibkraft aufgrund
des Reibeingriffes 38 zu überwinden ist. Durch
diesen Antirasselmechanismus können Rasselgeräusche,
wie oben beschrieben, deutlich reduziert oder sogar vollständig
eliminiert werden.
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Sofern
sich aufgrund einer höherfrequenten Anregung die Schubflanke 22 der
zweiten Verzahnung 18 von der Rückflanke 26 der
ersten Verzahnung 16 löst, wird aufgrund des Reibeingriffes
das Antirasselbauteil 30 hierbei mitgenommen. Zu einem gewissen
Zeitpunkt, der in 2 gezeigt ist, schlägt die
Rückflanke 26 der zweiten Antirasselverzahnung 33 an
einer entsprechenden Schubflanke 22 der ersten Antirasselverzahnung 32 an
(das Umfangsspiel 34 ist überwunden).
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Aufgrund
der höherfrequenten Anregung wird das Festrad 14 dann
weiter in die Umschlagsrichtung bewegt. Hierbei wird diese Bewegung
jedoch aufgrund des Reibeingriffes 38 verzögert
bzw. gebremst bzw. gedämpft. Demzufolge trifft die Rückflanke 27 des
Festrades 14 mit einer deutlich verringerten Geschwindigkeit
(im Idealfall mit der Geschwindigkeit Null oder gar nicht) auf der
Schubflanke 28 des Losrades 16 auf.
-
Auf
diese Weise können Rasselgeräusche, wie sie bei
herkömmlichen Bauteilpaarungen auftreten, effizient verringert
werden.
-
Das
Antirasselbauteil 30 ist vorzugsweise aus Kunststoff hergestellt,
insbesondere aus Polyamid. Das erste Bauteil 12 und das
zweite Bauteil 14 sind vorzugsweise aus Metall hergestellt,
beispielsweise aus Stahllegierungen unter Verwendung von Chrom,
Nickel, Molybdän etc.
-
Bei
der Rückbewegung des Festrades 14 in Bezug auf
das Losrad 12 erfolgt der gleiche Ablauf. Das Antirasselbauteil 30 wird
zunächst von dem Festrad 14 mitgenommen, bis dessen
Schubflanke 18 an der Rückflanke 26 der
ersten Antirasselverzahnung 32 anschlägt. In der
Folge wird die weitere Bewegung des Festrades 14 auf das
Losrad 12 zu wiederum aufgrund des Reibeingriffes 38 verzögert.
Daher kann erreicht werden, dass die Schubflanke 22 dann
mit einer nur geringen Geschwindigkeit auf die Rückflanke 26 auftrifft
(oder im Idealfall mit der Geschwindigkeit Null bzw. gar nicht auftrifft).
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Die
in den 1 bis 3 gezeigte Bauteilpaarung weist
zwei Zahnräder 12, 14 auf, die geradverzahnt
sind. Die erfindungsgemäße Bauteilpaarung kann
jedoch auch als Paarung aus einer Zahnstange und einem Zahnrad ausgebildet
sein. Die Abläufe sind vollkommen identisch.
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In
den folgenden Figuren sind alternative oder abgewandelte Ausführungsformen
von Bauteilpaarungen gezeigt, die hinsichtlich Aufbau und Funktionsweise
generell der Bauteilpaarung 10 der 1 bis 3 entsprechen.
Gleiche Elemente sind daher mit gleichen Bezugsziffern gekennzeichnet.
Im Folgenden werden jeweils lediglich die Unterschiede erläutert.
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Alternativ
oder zusätzlich hierzu ist das Antirasselbauteil 30 in
radialer Richtung elastisch verformbar ausgebildet bzw. elastisch
gelagert und durch geeignete Federmittel in radialer Richtung gegen
die Antirasselverzahnung 32 des ersten Bauteils 12 vorgespannt
bzw. in radialer Richtung elastisch auslenkbar. Auch bei dieser
Ausführungsform kann das auftretende Drehflankenspiel 24 ausgeglichen werden.
Ferner kann das Antirasselbauteil 30 über einen
Reibeingriff mit dem zweiten Bauteil 14 verbunden sein
(direkt oder indirekt). Alternativ ist es jedoch auch denkbar, das
Antirasselbauteil 30 bei den nachstehend beschriebenen
Ausführungsformen starr an dem zweiten Bauteil 14 festzulegen,
auch wenn dies nicht in Bezug auf sämtliche Ausführungsformen
erwähnt ist.
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Die
Antirasselverzahnung 33 des Antirasselbauteils 30 kann
dabei starr bzw. steif ausgebildet sein. Besonders bevorzugt ist
es jedoch, wenn die Antirasselverzahnung 33 des Antirasselbauteils 30 auch
in Antriebsrichtung zumindest begrenzt elastisch verformbar ausgebildet
ist.
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Im
Bereich des Zahneingriffs des ersten Bauteils 12 und des
zweiten Bauteils 14 wird die Antirasselverzahnung 33 in
radialer Richtung in die Antirasselverzahnung 32 des ersten
Bauteils 12 gedrückt bzw. aus dieser herausgedrückt,
um für den gewünschten Spielausgleich (bis zu
100%) zu sorgen.
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Die
Ausführungsform mit radialelastischem bzw. radial gelagertem
Antirasselbauteil 30 kann mit sehr wenigen Bauteilen realisiert
werden.
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In
den 4 und 5 ist eine erste derartige Ausführungsform
einer Bauteilpaarung 10 mit einem ersten Bauteil 12 und
einem zweiten Bauteil 14 gezeigt, die jeweils als miteinander
kämmende Zahnräder dargestellt sind. Das erste
Bauteil 12 weist eine erste Verzahnung 16 auf,
deren Randabschnitt als erste Antirasselverzahnung 32 ausgebildet
ist. Das Antirasselbauteil ist als schmale Zahnscheibe ausgebildet,
die seitlich neben dem zweiten Bauteil 14 angeordnet ist
und im Wesentlichen die gleiche Verzahnung aufweist (gleiche Zahnzahl)
wie die zweite Bauteilverzahnung 18.
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Das
erste Bauteil 12 ist an einer ersten Welle 40 angeordnet.
Das zweite Bauteil 14 ist an einer zweiten Welle 41 angeordnet.
-
Das
zweite Bauteil 14 weist einen sich koaxial um die zweite
Welle 41 herum erstreckenden Ringvorsprung 42 auf,
an dessen Außenumfang das Antirasselbauteil 30 angeordnet
ist. Dabei weist das Antirasselbauteil 30 an seinem Innenumfang
eine Mehrzahl von wenigstens 5, vorzugsweise 6 und mehr Federstegen 44 auf.
Jeder Federsteg erstreckt sich über einen Winkelbereich
bzw. Umfangsabschnitt 45 des Antirasselbauteils 30,
der im Bereich von etwa 5°–70° liegt.
Ferner sind Federstege 44 jeweils unter einem Federwinkel 46 in
Bezug auf die Antriebsrichtung 20 geneigt. Der Federwinkel 46 liegt
im Bereich von größer 0° und kleiner
90°, vorzugsweise im Bereich von 25°–50°.
Die Federstege 44 sind in der dargestellten Ausführungsform
sämtlich in die gleiche Richtung geneigt bzw. schräggestellt.
Alternativ können diese auch abwechselnd in entgegengesetzte Richtungen
geneigt sein.
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Die
Federstege 44 sind ferner in einer Ebene parallel zu einer
Verzahnungsebene 48 der Bauteilverzahnungen 16, 18 angeordnet.
Demzufolge ist das Antirasselbauteil 30 über die
Federstege 44 radialelastisch an dem Ringvorsprung 42 gelagert.
Somit kann das Antirasselbauteil 18 im Bereich des Zahneingriffs
mit der zweiten Antirasselverzahnung 32 in radialer Richtung
ausgelenkt werden, wie es bei 49 gezeigt ist. Anders herum
ausgedrückt, kann das Antirasselbauteil 30 durch
die Federkraft der Federstege 44 in die entgegengesetzte
Richtung, d. h. in die erste Antirasselverzahnung 32 hineingedrückt
werden.
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Das
Antirasselbauteil 30 kann auf beliebige Weise an dem zweiten
Bauteil 14 festgelegt sein, bspw. durch ein axial benachbartes
Bauelement (in 5 nicht dargestellt). Alternativ
kann hierzu ein Sprengring oder Ähnliches verwendet werden.
Bevorzugt ist es jedoch, wenn an dem Außenumfang des Ringvorsprunges 42 eine
Radialnut ausgebildet ist, in die die freien Enden der Federstege 44 greifen.
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In 6a ist
gezeigt, dass sich zwischen dem Ringvorsprung 42 und der
darin anliegenden Fläche der Federstege 44 jeweils
ein Reibeingriff 50 bildet. Im Übrigen kann das
Antirasselbauteil 30 in Antriebsrichtung 20 gegenüber
dem zweiten Bauteil 14 bewegbar sein. Der Reibeingriff 50 kann
daher dem oben unter Bezugnahme auf die 1–3 beschriebenen
Reibeingriff 38 entsprechen.
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Alternativ
hierzu ist es möglich, dass das Antirasselbauteil 30 in
Umfangsrichtung an dem zweiten Bauteil 14 festgelegt wird,
bspw. durch einen Formschlusseingriff 52, wie es in 6b gezeigt
ist. Ferner ist es auch möglich, das Antirasselbauteil 30 stoffschlüssig
(bspw. durch Laserschweißen) mit dem zweiten Bauteil 14 zu
verbinden, wie es schematisch bei 54 in 6c gezeigt
ist.
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In
den 7 und 8 ist eine weitere Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Bauteilpaarung gezeigt.
Diese entspricht hinsichtlich Aufbau und Funktionsweise generell
der Ausführungsform der 4–6a.
Gleiche Elemente sind daher mit gleichen Bezugsziffern gekennzeichnet.
Im Folgenden werden im Wesentlichen die Unterschiede erläutert.
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In 7 ist
zunächst zu erkennen, dass der Ringvorsprung 42 eine
Radialnut 56 mit einer bestimmten Breite 58 aufweist,
die dazu ausgelegt ist, die Federstege 44 aufzunehmen.
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Ferner
ist zu erkennen, dass an dem Antirasselbauteil 30 insgesamt
zwölf Federstege 44 ausgebildet sind, von denen
jeweils zwei benachbarte Federstege 44a, 44b sich
von einer gemeinsamen Federstegbasis 60 am Innenumfang
des Antirasselbauteils 30 erstrecken. Jeder Federsteg 44 weist
einen sich unter dem Federwinkel 46 erstreckenden Hauptabschnitt 62 auf,
an dessen freiem Ende ein Anlageabschnitt 64 vorgesehen
ist, der sich in Antriebsrichtung (d. h. hier die Umfangsrichtung 20)
erstreckt. Dabei sind der Hauptabschnitt 62 und der Anlageabschnitt 64 jedes
Federsteges 44 in entgegengesetzte Richtungen ausgerichtet.
Die Hauptabschnitte 62 von zwei benachbarten Federabschnitten 44a, 44b sind
ebenfalls in entgegengesetze Richtungen ausgerichtet, so dass die
benachbarten Anlageabschnitte 64a, 64b aufeinander
zuweisen.
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In
den 9 und 10 ist eine weitere Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Bauteilpaarung 10 gezeigt.
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Die
Bauteilpaarung 10 der 9 und 10 unterscheidet
sich von der Bauteilpaarung der 7 und 8 dadurch,
dass ein separates Fixierbauteil 70 vorgesehen ist, an
dessen Innenumfang die Federstege 44 ausgebildet sind.
Das Antirasselbauteil 30 weist an seinem Innenumfang keine
Federstege auf. Das Antirasselbauteil 30 wird im montierten
Zustand axial zwischen dem Fixierbauteil 70 und dem zweiten
Bauteil 14 festgelegt, und zwar indem die Federstege 44 in
die Radialnut 56 greifen. Dabei ist zumindest ein Abschnitt
des Fixierbauteiles 70 radial innerhalb des Antirasselbauteils 30 angeordnet,
um die Federkräfte der Federstege 44 radial in
das Antirasselbauteil 30 einleiten zu können.
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Insbesondere
dann, wenn das Antirasselbauteil 30 und/oder das Fixierbauteil 70 aus
einem Metall ausgebildet sind, ist es bevorzugt, die Federstege 44 an
ihrem Innenumfang durch Umfangsschleifen zu bearbeiten. Hierdurch
kann eine hohe Konzentrizität zwischen dem Antirasselbauteil 30 und
dem zweiten Bauteil 14 erzielt werden. Somit können
Unwuchten im Betrieb verhindert werden. Ferner ist es bevorzugt,
auch die Radialnut 56 an ihrem Außenumfang in
entsprechender Weise durch Umfangsschleifen zu bearbeiten. Sofern
das Antirasselbauteil 30 durch das Fixierbau teil 70 festgelegt wird,
ist es bevorzugt, auch die sich berührenden Umfangsflächen
dieser zwei Bauteile durch Umfangsschleifen zu bearbeiten, um die
Konzentrizität zu gewährleisten.
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In
den 11 und 12 sind
in schematischer Form Bauteilpaarungen gezeigt, bei denen das Antirasselbauteil 30 in
radialer Richtung 115 elastisch auslenkbar ist. In 11 ist
dabei eine Ausführungsform gezeigt, bei der das Antirasselbauteil 30 insgesamt
starr ausgebildet ist und radialelastisch gelagert ist. Beispielsweise
aufgrund einer größeren Zahndicke (siehe unten)
wird das Antirasselbauteil 30 dabei in radialer Richtung 115 aus
der Antirasselverzahnung 32 des ersten Bauteils herausgedrückt. Hierdurch
ergibt sich zwischen den Verzahnungen im Bereich des Zahneingriffs
ein Radialversatz 150.
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Da
das Antirasselbauteil 30 im Wesentlichen starr ausgebildet
ist, wird dieses in Bezug auf das zweite Bauteil 40 insgesamt
exzentrisch versetzt, so dass auch deren Mittelpunkte radial versetzt
sind, wie es bei 152 gezeigt ist.
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In 12 ist
eine alternative Ausführungsform gezeigt, bei der das Antirasselbauteil 30 beispielsweise
selbst elastisch ausgebildet ist. Hierdurch ergibt sich im Bereich
des Zahneingriffs wiederum ein Radialversatz 150, wohingegen
auf der radial gegenüberliegenden Seite ein solcher Radialversatz
nicht gegeben sein muss.
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In 13 ist
in schematischer Form eine bevorzugte Ausführungsform einer
Bauteilpaarung 10 gezeigt. Dabei wird beispielsweise das
zweite Antirasselbauteil 14 mit einer Antriebskraft 160 in
Antriebsrichtung angetrieben. Dabei liegt eine Flanke der zweiten
Bauteilverzahnung 18 an einer Flanke der ersten Bauteilverzahnung 16 an.
Dort wird eine Antriebskraft 162 auf das erste Bauteil 12 übertragen. Dies
findet an einem Ort 164 des Zahneingriffs zwischen den
Verzahnungen 16, 18 statt. In 13 ist ferner
das Zahnflankenspiel 24 zwischen den Verzahnungen 16, 18 gezeigt.
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Die
Antirasselverzahnung 33 des Antirasselbauteils 30 ist
hingegen so ausgebildet, dass sie mit der ersten Antirasselverzahnung 32 des
ersten Bauteils 12 in einem Zweiflanken-Wälzeingriff
steht. Dabei finden ein Zahneingriff zwischen diesen Verzahnungen
zum einen an einem Ort 166 statt, der beispielsweise mit
dem Ort 164 zusammenfallen kann. Zum anderen berühren
sich die Verzahnungen 33, 32 auch an einer gegenüberliegende
Flanke, was bei 168 gezeigt ist.
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Die
Zähne der zweiten Antirasselverzahnung 32 sind
so ausgebildet, dass sie eine Zahndicke 170 aufweisen,
die größer ist als eine Zahnlücke 172 der ersten
Antirasselverzahnung 32. Dies führt dazu, dass
der Zahn über die Zahneingriffe 166, 168 in
radialer Richtung 115 aus der ersten Antirasselverzahnung 32 herausgedrückt
wird, und zwar gegen die Kraft eines schematisch dargestellten Radialfederelementes.
Die hierdurch bedingte radiale Auslenkung ist in 13 wiederum
mit 150 dargestellt. In Bezug auf 13 ist
anzumerken, dass die Differenz zwischen der Zahndicke 170 und
der Zahnlücke 172 übertrieben vergrößert
dargestellt ist, um den Sachverhalt deutlicher darzustellen. Demzufolge
ist auch der Radialversatz 151) bereits übertrieben
dargestellt. In der Regel ist dieser kleiner als 500 μm.
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Die
Antirasselverzahnungen 32, 33 sind als Evolventenverzahnungen
ausgebildet. Die Angaben der Zahndicke und der Zahnlücke
beziehen sich dabei nach der üblichen Nomenklatur auf die
Zahndicke im sogenannten Teilkreis.
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Die
oben beschriebenen Ausführungsformen von Bauteilpaarungen
erfüllen wenigstens einen der folgenden Vorteile:
Das
Rasselproblem an einer spielbehafteten Bauteilpaarung wird durch
nur ein Bauteil in einer Ebene gelöst.
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Ein
Spielausgleich erfolgt entweder durch eine Profilverschiebung, durch
dickere Zähne der Antirasselverzahnung 33 des
Antirasselbauteils 30, durch eine kleinere Zahnlücke
der Antirasselverzahnung 32, durch radiales Eindrücken
des Antirasselbau teils 30 in die Antirasselverzahnung 32 des
ersten Bauteils, durch Volumenvergrößerung des
Antirasselbauteils, bis ein Spielausgleich („tight mesh”)
erfolgt, durch elastische Abfederung mittels Federbereichen, die
in das Antirasselbauteil 30 integriert sind, beispielsweise
in radialer und/oder tangentialer (d. h. in Antriebsrichtung) Richtung,
durch Reibeingriff des Antirasselbauteils 30 in axialer
oder radialer Richtung gegenüber dem zweiten Bauteil 14,
wobei der Reibeingriff direkt oder indirekt erfolgen kann, und/oder
durch eine axiale oder radiale Fixierung des Antirasselbauteils 30 an
dem zweiten Bauteil 14.
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Bei
der Verwendung von Metall für das Antirasselbauteil ist
anstelle von Stahl auch die Verwendung von Aluminium (oder einem
anderen Leichtmetall) denkbar. Das Antirasselbauteil 30 kann
bevorzugt aus Kunststoff oder einem Leichtmetall ausgebildet sein,
da hierdurch eine gewünschte Wärmedehnungskompensation
möglich ist.
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In
einem Getriebe mit mehreren Radsätzen ist eine Antirasselmaßnahme
wie oben bevorzugt an wenigstens einem, vorzugsweise jedem der Radsätze
ausgebildet. Hierbei ist es bevorzugt, wenn der Antriebsstrang,
in dem das Getriebe verwendet wird, an der Ausgangsseite des Verbrennungsmotors
kein Zweimassenschwungrad aufweist. Für diesen Fall ist es
bevorzugt, wenn nicht nur die Radsätze mit einer Antirasselmaßnahme
ausgebildet sind, wie oben beschrieben, sondern wenn auch Rasselschwingungen der
Synchronringe im Getriebe gemindert werden, beispielsweise durch
Einclipsen von Wellfedern zwischen Kupplungskörper und
Synchronring.
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In
den 14 und 15 sind
beispielhafte Antriebsstränge für Kraftfahrzeuge
gezeigt, in denen die erfindungsgemäße Bauteilpaarung
zum Einsatz kommen kann.
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14 zeigt
in schematischer Form einen Antriebsstrang 180 für
ein Kraftfahrzeug, der einen Verbrennungsmotor 182 und
eine Anfahrkupplung 184 aufweist. Ferner beinhaltet der
Antriebsstrang 180 ein in Vorgelegebauweise ausgeführtes
Stufengetriebe 186, das in üblicher Weise eine
Mehrzahl von Radsätzen 188 beinhaltet. Die Radsätze 188 sind
mittels Schaltkupplungen (Synchronkupplungen) schaltbar, um unterschiedliche
Gangstufen des Stufengetriebes 186 ein- bzw. auszulegen.
Die Radsätze 188 beinhalten in der Regel einen
Konstanten-Radsatz und eine Mehrzahl von Radsätzen, die jeweils
ein Losrad und ein oder mehrere Festräder beinhalten.
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In 14 ist
ferner beispielhaft dargestellt, dass wenigstens einer der Radsätze 188 eine
Bauteilpaarung 10 gemäß der vorliegenden
Erfindung aufweist. Der Radsatz 188 beinhaltet ein erstes
Bauteil 12 in Form eines Losrades, das mittels einer Synchronkupplung
schaltbar ist, und ein zweites Bauteil 14 in Form eines
Festrades. Dem Festrad 14 ist dabei ein Antirasselbauteil 30 der
erfindungsgemäßen Art zugeordnet.
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15 zeigt
eine alternative Ausführungsform eines Antriebsstranges 200 für
ein Kraftfahrzeug, der einen Antriebsmotor 182, einen hydrodynamischen
Wandler 202 und ein Planetengetriebe 204 beinhaltet.
Das Planetengetriebe 204 beinhaltet wenigstens einen Planetenradsatz 206,
der durch nicht näher bezeichnete Kupplungen bzw. Bremsen schaltbar
ist. Dabei bilden beispielsweise die Planetenräder des
Planetenradsatzes 206 zweite Bauteile 14 im Sinne
einer erfindungsgemäßen Bauteilpaarung. Das Sonnenrad
ist als erstes Bauteil 12A ausgebildet, das Hohlrad ist
ebenfalls als erstes Bauteil 12B ausgebildet. Die Planetenräder
(die zweiten Bauteile) 14 stehen sowohl mit dem Sonnenrad 12A als
auch mit dem Hohlrad 12B in Eingriff. Dabei kann wenigstens
einem der Planetenräder 14 ein Antirasselbauteil 30 gemäß der
vorliegenden Erfindung zugeordnet sein.
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Bei
dem Antriebsstrang 180 der 14 ist
es vorteilhaft, dass der Antriebsstrang zwischen dem Antriebsmotor 112 und
der Kupplung 184 kein Zweimassen-Schwungrad beinhalten
muss. Allerdings kann die Kupplung 184 selbst mit einem
Torsionsdämpfer üblicher Bauart ausgestaltet sein,
der eine zwei- oder mehrstufige Kennlinie beinhalten kann.
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Bei
dem Antriebsstrang 200 ist es vorteilhaft, dass eine Überbrückungskupplung 208 zum Überbrücken
des hydrodynamischen Wandlers 202 häufiger bzw.
früher zuge schaltet werden kann, so dass der Wirkungsgrad
des Antriebsstranges 200 gesteigert werden kann.
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Neben
der Anwendung in Radsätzen von Getrieben sind auch folgende
Anwendungen generell denkbar: Motorsteuerräder, Industriegetriebe,
Pumpen, Zahnradpumpen, Werkzeugmaschinen, Haushaltsgeräte,
Lifescience-Produkte wie elektrische Zahnbürsten, Küchenmaschinen.
Die Verwendung in Getrieben ist nicht auf die Verwendung in Personenkraftwagen
beschränkt, sondern auch auf die Verwendung in Getrieben
für Nutzfahrzeuge abstimmbar.
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Hinsichtlich
der Dimensionierung der erfindungsgemäßen Bauteilpaarungen
ist ferner Folgendes zu beachten. In jedem Anwendungsfall sind die Dimensionierungen
bzw. Geometrien gemäß den geforderten physikalischen
Wirkprinzipien jeweils individuell durch brauchbare Rechenansätze
und – sofern diese nicht hinreichend bekannt oder vorhanden
sind – durch empirische Versuchsabstimmungen genau so festzulegen,
dass die geforderte Funktion der Funktionsträger/Bauteile
in jedem denkbaren Funktionsfall voll und wie gewünscht – wie
oben beschrieben – erfüllt wird.
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Die
benannten Zahlenwerte gelten insbesondere für ein Schaltgetriebe
eines Personenkraftfahrzeuges mit einem Hubraum von 1,6 Litern und
einem maximal übertragbaren Moment von 217 Nm. Der Hauptachsstand
beträgt dabei zwischen Antriebswelle und Nebenwelle 72
mm. Jede andere Auslegung der Bauteilpaarung muss individuell neu
abgestimmt werden. Dabei gilt näherungsweise, dass die
Parameter Drehzahl, Amplitude der Winkelbeschleunigung und Massenträgheitsmomente
in einem rationalen Verhältnis linear diese benannten Kräfte
und Federsteifigkeiten der Bauteilpaarung beeinflussen. Vereinfacht
ausgedrückt gilt also: doppelte Drehzahl, oder doppelte
Amplitude der Winkelbeschleunigung oder doppeltes Massenträgheitsmoment
des durch die Bauteilpaarung am Klappern und Rasseln zu hindernden
Losteiles muss mit einer Verdoppelung der Federkräfte und
Steifigkeiten erreicht werden. Umgekehrt gilt das Gleiche auch bei
einer Halbierung der benannten Parameter. Für die Zahndickenaufweitung
des Mikrozahnrades gilt (zumindest bei dem ersten Aspekt der Erfindung)
generell unabhängig von der Baugröße
und Bauform der Getriebe: Die Zahndicke des Mikrozahnrades muss
immer größer sein als die jemals durch Fertigungsschwankungen, Wärmedehnung
oder mechanische Deformation auftretende Zahnlücke des
Gegenrades, damit immer sicher gewährleistet ist, dass
durch die Zweiflankenwälzpaarung des Mikrozahnrades jegliches
Drehflankenspiel zum Gegenrad zu 100% eliminiert ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 10328482
A1 [0006]
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- - DE 3839807 C1 [0008]
- - DE 102004008171 A1 [0009]
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- - EP 2008/010988 [0147]
- - EP 2008/010989 [0147]