-
Die Erfindung betrifft eine Zahnradanordnung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
-
Die Zahnradanordnung weist mindestens zwei Zahnräder, nämlich das erste Zahnrad und das zweite Zahnrad, auf. Diese sind koaxial zueinander angeordnet. Sowohl das erste Zahnrad als auch das zweite Zahnrad weisen eine Verzahnung, beispielsweise eine Außenverzahnung, auf. Die Verzahnung kann grundsätzlich beliebig ausgestaltet sein, beispielsweise liegt sie in Form einer Evolventenverzahnung oder einer Zykloidenverzahnung vor. Die Zahnradanordnung ist vorzugsweise Bestandteil eines Zahnradgetriebes, welches ein drittes Zahnrad aufweist, das sowohl mit dem ersten Zahnrad als auch dem zweiten Zahnrad wirkverbunden ist. Zu diesem Zweck weist auch das dritte Zahnrad eine Verzahnung auf, welche mit der Verzahnung des ersten Zahnrads und der Verzahnung des zweiten Zahnrads kämmt. Die Verzahnungen des ersten Zahnrads, des zweiten Zahnrads und des dritten Zahnrads greifen also ineinander ein. Entsprechend kann von dem ersten Zahnrad sowie von dem zweiten Zahnrad ein Drehmoment auf das dritte Zahnrad beziehungsweise umgekehrt übertragen werden.
-
Das Zahnradgetriebe weist vorzugsweise ein Antriebszahnrad und ein Abtriebszahnrad auf. Entweder das Antriebszahnrad oder das Abtriebszahnrad wird von dem ersten Zahnrad und dem zweiten Zahnrad gemeinsam gebildet, während das jeweils andere Zahnrad dem dritten Zahnrad entspricht. Beim Eingreifen der Verzahnungen des ersten Zahnrads, des zweiten Zahnrads und des dritten Zahnrads ineinander liegt das sogenannte Zahnflankenspiel vor. Im Umfang des Zahnflankenspiels sind das erste Zahnrad und das zweite Zahnrad einerseits und das dritte Zahnrad andererseits trotz ineinandergreifender Verzahnungen gegeneinander verdrehbar. Das Zahnflankenspiel liegt insoweit zwischen dem Antriebszahnrad und dem Abtriebszahnrad des Zahnradgetriebes vor.
-
Das Zahnflankenspiel kann problematisch sein, insbesondere kann es zu ungewünschten Geräuschen führen. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn die Zahnradanordnung beziehungsweise das Zahnradgetriebe einer Schwingungsanregung unterworfen ist, wie sie beispielsweise in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs auftritt. Der Antriebsstrang verfügt beispielsweise über eine Brennkraftmaschine, welche die Schwingungsanregung bedingt durch die periodische Bewegung ihrer Kolben bewirkt. Aufgrund der Schwingungsanregung kann es dazu kommen, dass die Zahnräder im Rahmen des Zahnflankenspiels gegeneinander verdreht werden.
-
Beispielsweise kann der Verzahnung des Antriebszahnrads des Zahnradgetriebes eine Schubflanke und eine Zugflanke zugeordnet werden. Die Schubflanke drängt eine an ihr anliegende Gegenflanke des Abtriebszahnrads in Antriebsrichtung. Wird jedoch das Antriebszahnrad, beispielsweise durch die Schwingungsanregung, verzögert und/oder tritt eine Beschleunigung des Abtriebszahnrads auf, so kann sich die Gegenflanke von der Schubflanke lösen. Entsprechend kommt es nachfolgend zu einem erneuten Anliegen der Schubflanke an der Gegenflanke, sodass zum einen eine unerwünschte Belastung des Zahnradgetriebes und zum anderen eine Geräuschbildung auftreten können. Bei einem ausreichend starken Abbremsen des Antriebszahnrads beziehungsweise einem ausreichenden Beschleunigen des Abtriebszahnrads kann es sogar zum Berührkontakt zwischen der der Schubflanke vorauseilenden Zugflanke der Verzahnung des Antriebszahnrads mit einer entsprechenden Gegenflanke des Abtriebszahnrads kommen. Dies verstärkt die Belastung des Zahnradgetriebes beziehungsweise die Geräuschbildung weiter.
-
Aus diesem Grund sind das erste Zahnrad und das zweite Zahnrad vorgesehen, welche koaxial zueinander angeordnet sind, also dieselbe Drehachse aufweisen. Insbesondere sind sie in axialer Richtung – bezüglich der Drehachse – nebeneinander, insbesondere unmittelbar nebeneinander angeordnet. Selbstverständlich kann jedoch auch eine beabstandete Anordnung realisiert werden. Das erste Zahnrad ist beispielsweise starr und/oder permanent mit einer Welle, insbesondere einer Antriebswelle des Zahnradgetriebes, wirkverbunden. Das zweite Zahnrad ist dagegen bezüglich des ersten Zahnrads verdrehbar. Beispielsweise ist es zu diesem Zweck auf der Welle, insbesondere der Antriebswelle, drehbar gelagert. Weil sowohl die Verzahnung des ersten Zahnrads als auch die Verzahnung des zweiten Zahnrads in die Verzahnung des dritten Zahnrads eingreifen, kann durch das Verdrehen des zweiten Zahnrads bezüglich des ersten Zahnrads das Zahnflankenspiel eingestellt werden. Insbesondere kann das Zahnflankenspiel derart weit verringert werden, dass es zu keiner Relativbewegung zwischen dem ersten Zahnrad und dem zweiten Zahnrad einerseits sowie dem dritten Zahnrad andererseits, mithin also zwischen dem Antriebszahnrad und dem Abtriebszahnrad, kommen kann.
-
Je geringer jedoch das Zahnflankenspiel, umso höher ist der Verschleiß der Zahnradanordnung beziehungsweise des Zahnradgetriebes, weil die Zahnflanken der Verzahnungen verstärkt aufeinander gleiten, wobei dies insbesondere mit einem erhöhten Anpressdruck erfolgt. Bei hoher Drehzahl der Zahnradanordnung beziehungsweise des Zahnradgetriebes treten die vorstehend beschriebenen negativen Auswirkungen der Schwingungsanregung nicht mehr oder zumindest nicht mehr in dem beschriebenen Ausmaß zutage. Entsprechend kann es sinnvoll sein, zur Vermeidung von Leistungsverlusten bei hoher Drehzahl das Zahnflankenspiel zu vergrößern.
-
So ist beispielsweise aus der Druckschrift
DE 2 244 016 ein Antileerspiel-Getriebesystem bekannt, welches ein Hauptantriebszahnrad und ein Hilfsrad aufweist. Das Hauptantriebsrad verfügt über mindestens zwei radial verlaufende Führungsschlitze. Das Hilfsrad ist mit dem Hauptantriebsrad bezüglich des Außendurchmessers und der Zahl der Zähne identisch und ist gegenüber dem Hauptantriebsrad verdrehbar. Es verfügt über ein Nabenglied, welches sich auf seiner einen Seite erstreckt und welches an seinem Außenumfang mit mindestens zwei Einbuchten versehen ist. Weiterhin sind zwei Gewichtselemente vorgesehen, von denen jedes einen jeweils in einem der Führungsschlitze des Hauptantriebsrades gleitend gelagerten Gleitabschnitt sowie einen Vorsprung besitzt, der mit jeweils einer der Einbuchtungen am Nabenglied im Eingriff ist. Zudem sind zwei Spanneinrichtungen vorgesehen, die jeweils in den Führungsschlitzen des Hauptantriebsrads angeordnet sind, um jedes der Gewichtselemente radial nach innen vorzuspannen, damit jeder Vorsprung der Gewichtselemente mit der jeweiligen Einbuchtung am Nabenglied in Eingriff gebracht wird.
-
Diese Anordnung ist so gewählt, dass bei Drehung des Hauptantriebsrades mit einer Drehzahl unterhalb eines vorbestimmten Wertes der Zahn eines kämmendes Rades durch den Zahn des Hauptantriebsrades und den Zahn des Hilfsrades mit einem bestimmten Druck beaufschlagt wird, um das Leerspiel zwischen den kämmenden Rädern auszuschalten, und dass bei Erreichung des vorbestimmten Wertes durch die Drehzahl des Hauptantriebsrades die Gewichtselemente gegen die Kraft der Spanneinrichtung radial nach außen bewegt werden, wodurch sämtliche Vorsprünge an den Gewichtselementen von den Einbuchtungen des Nabengliedes des Hilfsrades gelöst werden, um den Druck zu dämpfen und dadurch eine freie Drehung des Hilfsrades gegenüber dem Hauptantriebsrad zu ermöglichen. Eine derartige Lösung ist jedoch verschleißanfällig. Zudem ist seine Dämpfungswirkung begrenzt.
-
Weiterhin ist aus der Druckschrift
DE 889 094 ein Zahnrad bekannt, welches durch eine gleichachsig zu ihm angeordnete, ebenfalls in die Verzahnung des Gegenzahnrads eingreifende federbelastete Zahnscheibe kraftschlüssig an den Zahnflanken des Gegenzahnrades anliegend gehalten wird, wobei die die Zahnscheibe belastende Feder der Wirkung einer Zentrifugalkraft unterliegt in dem Sinne, dass ihre Kraftausübung auf die Zahnscheibe mit steigender Drehzahl allmählich kleiner wird. Schließlich zeigt der Stand der Technik die Druckschrift
DE 10 2011 016 147 A1 . Diese betrifft einen Radsatz mit einem ersten Zahnrad und einem zweiten Zahnrad, deren Verzahnungen miteinander in Eingriff stehen, und mit einem Antirasselzahnrad, das koaxial zu dem ersten Zahnrad angeordnet ist und dessen Antirasselverzahnung mit der Verzahnung des zweiten Zahnrads in Eingriff steht, wobei das Antirasselzahnrad ein erstes Teilrad mit einer ersten Teilverzahnung und ein zweites Teilrad mit einer zweiten Teilverzahnung aufweist, und wobei die erste und die zweite Teilverzahnung die Antirasselverzahnung bilden. Dabei sind die erste und die zweite Teilverzahnung in einer Radialebene angeordnet.
-
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Betreiben einer Zahnradanordnung vorzuschlagen, welche gegenüber dem vorliegenden Stand der Technik Vorteile aufweist, insbesondere aufgrund eines geringen Verschleißes langlebig ist und/oder eine bessere Dämpfung aufweist.
-
Dies wird erfindungsgemäß mit einer Zahnradanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht. Dabei ist vorgesehen, dass an dem ersten Zahnrad eine Steuermasse um eine Drehachse drehbar gelagert ist, und dass das Federelement und die Steuermasse an einer gemeinsamen Lagerachse an dem zweiten Zahnrad gelagert sind. Grundsätzlich ist vorgesehen, dass zum Einstellen des Zahnflankenspiels ein Verspannmoment zwischen dem ersten Zahnrad und dem zweiten Zahnrad in Abhängigkeit von der Drehzahl eingestellt wird. Es ist also nicht lediglich vorgesehen, wie in dem bekannten Stand der Technik, mit größer werdender Drehzahl ein größeres Zahnflankenspiel freizugeben. Vielmehr soll zwischen dem ersten Zahnrad und dem zweiten Zahnrad das Verspannmoment vorliegen, welches eine Verdrehung des zweiten Zahnrads bezüglich des ersten Zahnrads beziehungsweise das Anliegen an einer Gegenflanke des dritten Zahnrads mit einer entsprechenden Kraft bewirkt. Das Verspannmoment soll nun in Abhängigkeit von der Drehzahl gewählt und eingestellt werden. Beispielsweise wird das Verspannmoment zwischen dem ersten Zahnrad und dem zweiten Zahnrad mittels eines Federelements bewirkt. Es kann jedoch auch hydraulisch oder pneumatisch realisiert werden. Das Federelement kann grundsätzlich beliebig ausgestaltet sein. Beispielsweise liegt es als Torsionsfederelement oder als Bogenfederelement vor. Im Falle des hydraulischen oder pneumatischen Einstellens des Verspannmoments weisen das erste Zahnrad und das zweite Zahnrad vorzugsweise entsprechende Kammern auf, in welche ein Fluid (hydraulisch) oder Luft (pneumatisch) einbringbar oder aus dieser ausbringbar ist. Entsprechend kann mittels des Drucks des Fluids beziehungsweise der Luft das Verspannmoment eingestellt werden.
-
Vorzugsweise weisen das erste und das zweite Zahnrad gleiche Verzahnungen auf. Das bedeutet, dass zumindest ein Teil der Verzahnungsparameter der Verzahnungen, insbesondere alle Verzahnungsparameter der Verzahnungen, identisch sind. Als Verzahnungsparameter können beispielsweise der Fußkreisdurchmesser, der Kopfkreisdurchmesser, der Wälzkreisdurchmesser, die Kopfhöhe, die Fußhöhe, die Zahnhöhe, die Zähnezahl und der Modul sein. Die Verzahnungen können beispielsweise Geradeverzahnungen oder Schrägverzahnungen sein. Besonders bevorzugt weist auch das dritte Zahnrad, welches mit dem ersten Zahnrad und dem zweiten Zahnrad kämmt, eine Verzahnung mit denselben Verzahnungsparametern auf.
-
Es ist vorgesehen, dass das erste Zahnrad und das zweite Zahnrad über ein Federelement, insbesondere ein Torsionsfederelement oder ein Bogenfederelement, miteinander verbunden sind. Auf eine derartige Ausgestaltung wurde bereits hingewiesen. Das Federelement ist beispielsweise sowohl an dem ersten Zahnrad als auch an dem zweiten Zahnrad befestigt, sodass mit seiner Hilfe eine Federkraft beziehungsweise ein entsprechendes Drehmoment zwischen den Zahnrädern erzeugt wird. Unter dem Torsionsfederelement ist beispielsweise ein Schraubenfederelement, insbesondere ein zylindrisches Schraubenfederelement zu verstehen, welches beispielsweise wenigstens einen geraden Schenkel, vorzugsweise zwei gerade Schenkel, aufweist. Die geraden Schenkel dienen insoweit der Ankopplung des Schraubenfederelements an das erste Zahnrad und das zweite Zahnrad. Das Bogenfederelement kann beispielsweise ebenfalls in Form eines Schraubenfederelements vorliegen, dessen Längsmittelachse jedoch wenigstens einen Bogen aufweist, also gekrümmt ist. Beispielsweise ist die Krümmung des Bogenfederelements dabei über seine gesamte Längsmittelachse hinweg konstant.
-
Zudem ist vorgesehen, dass das Federelement eine Federkraft bereitstellt, die auf eine Verkleinerung des Zahnflankenspiels gerichtet ist. Vorzugsweise ist das Federelement entsprechend vorgespannt zwischen dem ersten Zahnrad und dem zweiten Zahnrad angeordnet. Liegt also keine der Federkraft entgegen gerichtete Kraft vor, so kann es vorgesehen sein, dass das zweite Zahnrad in Richtung eines Verdrehwinkels beziehungsweise in diesen hineingedrängt wird, bei welchem das Zahnflankenspiel minimal ist.
-
Auch ist vorgesehen, dass an dem ersten Zahnrad eine Steuermasse gelagert ist, insbesondere um eine Drehachse drehbar gelagert ist. Die Steuermasse dient vorzugsweise dem Einstellen des Verspannmoments zwischen dem ersten Zahnrad und dem zweiten Zahnrad. Zu diesem Zweck ist sie beispielsweise sowohl an dem ersten Zahnrad als auch an dem zweiten Zahnrad angelenkt. Entsprechend soll sie an dem ersten Zahnrad gelagert sein. Die Lagerung kann dabei grundsätzlich beliebig ausgestaltet sein, also insbesondere eine lineare Verlagerung und/oder eine Drehung der Steuermasse bezüglich des ersten Zahnrads ermöglichen. Zur Erzielung der letztgenannten Variante ist die Steuermasse an dem ersten Zahnrad drehbar gelagert, wobei die Lagerung eine Drehbewegung der Steuermasse um die Drehachse zulässt.
-
Schließlich ist vorgesehen, dass das Federelement und die Steuermasse an einer gemeinsamen Lagerachse oder – in einer nicht erfindungsgemäßen Ausgestaltung – an getrennten Lagerachsen an dem zweiten Zahnrad gelagert sind. Wie bereits vorstehend erläutert, greift die Steuermasse auch an dem zweiten Zahnrad an. Dies erfolgt über die Lagerachse. Zusätzlich ist nun vorgesehen, dass auch das Federelement an dieser Lagerachse angreift. Beispielsweise ist die Steuermasse dabei derart gelagert, insbesondere an dem ersten Zahnrad, dass mit größer werdender Drehzahl die Steuermasse auf die Lagerachse eine Kraft ausübt, welcher der von dem Federelement bereitgestellten Federkraft entgegenwirkt. Die Steuermasse ist insoweit als Fliehkraftmasse ausgebildet, wird also von der Zentrifugalkraft beziehungsweise Fliehkraft in radialer Richtung bezüglich der Drehachse umso stärker nach außen gedrängt, je größer die Drehzahl ist.
-
Weil sowohl das Federelement als auch die Steuermasse an der gemeinsamen Lagerachse oder alternativ an getrennten Lagerachsen angreifen, wirkt die Federkraft des Federelements der durch die Zentrifugalkraft bedingten Verlagerung der Steuermasse entgegen beziehungsweise drängt die Steuermasse in ihre Ausgangsposition. Ab Erreichen einer bestimmten Drehzahl ist jedoch die von der Steuermasse an der Lagerachse bewirkte Kraft ebenso groß wie die Federkraft. Zudem kann vorgesehen sein, dass bei Überschreiten der Drehzahl die Steuermasse eine größere Kraft an der Lagerachse bewirkt als das Federelement, sodass das Verspannmoment beispielsweise negativ wird, sodass es insoweit auf eine Vergrößerung des Zahnflankenspiels gerichtet ist.
-
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass das Verspannmoment bei einer kleineren Drehzahl größer gewählt wird als bei einer größeren Drehzahl. Das bedeutet also, dass das Verspannmoment mit größer werdender Drehzahl abnimmt. Entsprechend wird das zweite Zahnrad mit einem geringeren Verspannmoment beziehungsweise einer geringeren Kraft in Bezug auf das erste Zahnrad beaufschlagt. Vorzugsweise ist also vorgesehen, dass mit größer werdender Drehzahl zunächst das Anpressmoment zwischen dem Antriebszahnrad abnimmt, insbesondere ohne wesentliche Veränderung, insbesondere Vergrößerung des Zahnflankenspiels. Mit größer werdender Drehzahl wird somit das Verspannmoment derart verändert, dass zwar aufgrund des kleineren Verspannmoments leichter einer Relativbewegung zwischen dem ersten Zahnrad und dem zweiten Zahnrad auftreten kann.
-
Es ist jedoch weiterhin vorgesehen, dass das zweite Zahnrad derart kraft- beziehungsweise drehmomentbeaufschlagt wird, dass es zur Verringerung des Zahnflankenspiels gegenüber dem ersten Zahnrad verdreht wird. Beispielsweise wird erst ab Erreichen einer bestimmten Drehzahl das Verspannmoment auf einen bestimmten Wert eingestellt, beispielsweise Null. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass das Verspannmoment – unabhängig von der Drehzahl – stets größer als Null ist oder alternativ kleiner als Null wird, sodass ein Verdrehen des ersten Zahnrads und des zweiten Zahnrads gegeneinander in die Gegenrichtung erfolgt. Besonders bevorzugt ist es jedoch vorgesehen, dass ab Erreichen einer bestimmten Drehzahl des zweiten Zahnrads eine definierte Position, insbesondere einen definierten Verdrehwinkel bezüglich des ersten Zahnrads einnimmt. Bevorzugt zeichnet sich dieser Verdrehwinkel dadurch aus, dass das Zahnflankenspiel maximal wird. Dies wird insbesondere erzielt, indem Zähne der Verzahnung des zweiten Zahnrads fluchtend mit Zähnen der Verzahnung des ersten Zahnrads angeordnet werden.
-
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das Verspannmoment ab einer bestimmten Drehzahl auf einen Minimalwert, insbesondere auf Null, eingestellt wird. Wie bereits vorstehend erläutert, nimmt das Verspannmoment mit größer werdender Drehzahl ab. Dieses Abnehmen erfolgt bevorzugt bis auf den Minimalwert, welcher durch das Verspannmoment nicht unterschritten wird. Der Minimalwert kann grundsätzlich beliebig gewählt sein. Beispielsweise ist er größer als Null, sodass stets ein Verspannmoment zwischen dem ersten Zahnrad und dem zweiten Zahnrad vorliegt, welches auf eine Minimierung des Zahnflankenspiels gerichtet ist. Der Minimalwert kann jedoch auch Null sein, sodass ab der bestimmten Drehzahl das erste Zahnrad und das zweite Zahnrad mit lediglich geringem Kraftaufwand gegeneinander verdrehbar sind beziehungsweise eine Drehbewegung zwischen den Zahnrädern vollständig freigegeben ist. Schließlich kann der Minimalwert auch kleiner als Null sein, sodass das Verspannmoment ab der bestimmten Drehzahl stets auf eine Maximierung des Zahnflankenspiels gerichtet ist. Diese ist beispielsweise erreicht, wie bereits vorstehend erläutert, wenn die Zähne der Verzahnungen des ersten Zahnrads und des zweiten Zahnrads miteinander fluchten, also in Deckung zueinander angeordnet sind.
-
Die Zahnradanordnung kann Bestandteil eines Zahnradgetriebes sein, welches beispielsweise ein drittes Zahnrad aufweist, dessen Verzahnung vorzugsweise sowohl mit der Verzahnung des ersten Zahnrads als auch der Verzahnung des zweiten Zahnrads kämmt. Die Erfindung ist mithin zusätzlich auf ein Zahnradgetriebe gerichtet, welches eine Zahnradanordnung gemäß den vorstehenden Ausführungen aufweist und/oder zur Durchführung des erläuterten Verfahrens ausgebildet ist. Selbstverständlich kann das Zahnradgetriebe gemäß der vorliegenden Beschreibung weitergebildet sein.
-
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Steuermasse derart gelagert ist, dass sie bei einer größeren Drehzahl an der Lagerachse eine größere, der Federkraft entgegen gerichtete Steuerkraft aufbringt als bei einer kleineren Drehzahl. Auf eine derartige Ausgestaltung der Zahnradanordnung wurde bereits vorstehend eingegangen. Die Steuerkraft soll mit größer werdender Drehzahl größer werden und der Federkraft entgegengerichtet sein. Die aus der Federkraft und der Steuerkraft resultierende Kraft bewirkt das Verspannmoment zwischen dem ersten Zahnrad und dem zweiten Zahnrad.
-
Schließlich kann vorgesehen sein, dass der Steuermasse ein Endanschlag zugeordnet ist, an welchem sie ab einer bestimmten Drehzahl anliegt. Die Steuermasse ist also derart gelagert, dass sie ab Erreichen der Drehzahl mit dem Endanschlag in Berührkontakt tritt und insoweit nicht weiter ausgelenkt werden kann. Der Endanschlag kann nun grundsätzlich beliebig angeordnet sein. Bevorzugt ist er derart ausgestaltet beziehungsweise angeordnet, dass bei dem Anliegen der Steuermasse an ihm die Zähne der Verzahnung des ersten Zahnrads mit den Zähnen der Verzahnung des zweiten Zahnrads fluchten, sodass das Zahnflankenspiel maximal ist.
-
Es kann vorgesehen sein, dass der Endanschlag an einem der Zahnräder oder an dem Federelement vorliegt. Beispielsweise ist er an dem ersten Zahnrad vorgesehen. Sollte der Endanschlag an dem Federelement angeordnet sein, so ist vorzugsweise wiederum an einem der Zahnräder ein weiterer Endanschlag für das Federelement vorgesehen, sodass die Steuermasse bei Anliegen an ihrem an dem Federelement angeordneten Endanschlag dieses in Richtung beziehungsweise auf den weiteren Endanschlag drängt und entsprechend die Steuermasse bezüglich des jeweiligen Zahnrads festgesetzt ist.
-
Schließlich kann in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass der Abstand zwischen der Drehachse und der Lagerachse kleiner ist als der Abstand zwischen der Drehachse und einem Schwerpunkt der Steuermasse. Mit einer derartigen Ausgestaltung der Zahnradanordnung wird ein Hebelweg erzielt, welcher zum einen ein zuverlässiges Einstellen des Zahnflankenspiels beziehungsweise des Verspannmoments ermöglicht und zum anderen einen Einfluss von Drehschwingungen auf das eingestellte Verspannmoment vermeidet.
-
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert, ohne dass eine Beschränkung der Erfindung erfolgt. Dabei zeigt:
-
1 eine schematische Darstellung eines Bereichs einer Zahnradanordnung in einer ersten Ausführungsform, wobei nur ein erstes Zahnrad von zwei Zahnrädern dargestellt ist,
-
2 die Zahnradanordnung in einer zweiten Ausführungsform,
-
3 eine Explosionsdarstellung der Zahnradanordnung in einer dritten Ausführungsform,
-
4 eine Detaildarstellung eines Bereichs der Zahnradanordnung in seiner dritten Ausführungsform,
-
5 eine weitere Detaildarstellung der dritten Ausführungsform der Zahnradanordnung, und
-
6 ein Diagramm, in welchem ein Verspannmoment über einer Drehzahl der Zahnradanordnung gezeigt ist.
-
Die 1 zeigt einen Bereich einer Zahnradanordnung 1 in einer ersten Ausführungsform. Dargestellt ist dabei ein erstes Zahnrad 2, während ein zweites Zahnrad 3, welches vorzugsweise vor der Zeichenebene liegt, nicht dargestellt ist. Die Zahnräder 2 und 3 sind bezüglich einer Drehachse 4 koaxial angeordnet. Beispielsweise ist das erste Zahnrad 2 starr und/oder permanent mit einer Welle, insbesondere einer Antriebswelle, wirkverbunden. Das zweite Zahnrad 3 dagegen ist bezüglich des ersten Zahnrads 2 drehbar gelagert, beispielsweise auf der Welle. Das erste Zahnrad 2 weist einen Lagerzapfen 5 auf, an welchem ein Federelement 6, welches hier als Bogenfederelement vorliegt, angreift, insbesondere drehbar gelagert ist. Das Federelement 6 ist in einer Ausnehmung 7 des ersten Zahnrads 2 wenigstens bereichsweise, insbesondere vollständig, aufgenommen. Zusätzlich oder alternativ kann auch das zweite Zahnrad 3 eine derartige Ausnehmung aufweisen, in welche das Federelement 6 eingreift oder in welcher es vollständig angeordnet ist.
-
Das Federelement 6 umgreift die Drehachse 4 in Umfangsrichtung zu einem Großteil, insbesondere erstreckt es sich also über einen Winkelbereich von mindestens 90°, mindestens 135°, mindestens 180°, mindestens 225°, mindestens 270°, mindestens 315°, mindestens 330°, mindestens 345°, mindestens 350° oder mindestens 360°. Während der Lagerzapfen 5 in ein Lagerauge 8 des Federelements 6 eingreift, ist ein hier nicht dargestellter Lagerzapfen 9 des zweiten Zahnrads 3 in einem Lagerauge 10 des Federelements 6 angeordnet. Das Lagerauge 10 ist dabei an einem Ende des Federelements 6 angeordnet, welches demjenigen Ende abgewandt ist, welches das Lagerauge 8 aufweist.
-
Die Zahnradanordnung 1 weist weiterhin eine Steuermasse 11 auf, welche in einer Führungsaufnahme 12, insbesondere einer Radialführungsaufnahme, gelagert ist, insbesondere in radialer Richtung bezüglich der Drehachse 4 beweglich gelagert ist. Die Steuermasse 11 ist dabei derart gelagert, dass sie zumindest ab einer bestimmten Drehzahl des ersten Zahnrads 2 mit dem Federelement 6 in Berührkontakt tritt und dieses in radialer Richtung nach außen drängt. Das Federelement 6 ist nun vorzugsweise als Druckfederelement, insbesondere also als Druckbogenfederelement, ausgestaltet. Entsprechend bewirkt es, wenn die Steuermasse 11 keine Kraft auf es ausübt, eine Kraft F, welche in Richtung des Pfeils 13 weist. Mit größer werdender Drehzahl des ersten Zahnrads 2 wird jedoch durch die Steuermasse 11 eine Steuerkraft bewirkt, welche in Richtung des Pfeils 14 weist.
-
Weil diese Kraft auf das Federelement 6 einwirkt, verringert sich ein Verspannmoment, welches von derjenigen Kraft bewirkt wird, welche aus der Steuerkraft und der Federkraft resultiert. Das Verspannmoment dient dazu, das erste Zahnrad 2 und das zweite Zahnrad 3 gegeneinander zu verspannen. Bei der hier vorgestellten Ausführungsform der Zahnradanordnung 1 wird also das zwischen dem ersten Zahnrad 2 und dem zweiten Zahnrad 3 wirkende Verspannmoment umso kleiner, je größer die Drehzahl der Zahnradanordnung 1 ist. In Abhängigkeit von dem Verspannmoment kann sich ein Zahnflankenspiel der Zahnradanordnung 1 beziehungsweise eines Zahnradgetriebes, welchem die Zahnradanordnung 1 angehört, einstellen.
-
Die 2 zeigt eine zweite Ausführungsform der Zahnradanordnung 1. Analog zu der vorstehenden Beschreibung ist lediglich das erste Zahnrad 2, nicht jedoch das zweite Zahnrad 3, dargestellt. Grundsätzlich wird auf die vorstehenden Ausführungen verwiesen. Der Unterschied liegt im Wesentlichen darin, dass keine explizite Führungsaufnahme 12 für die Steuermasse 11 in dem ersten Zahnrad 2 ausgebildet ist, sondern dass die Steuermasse 11 in einer zwischen dem ersten Zahnrad 2 und dem zweiten Zahnrad 3 gebildeten Führungsaufnahme, welche hier nicht gekennzeichnet ist, angeordnet ist. Selbstverständlich kann jedoch in dem ersten Zahnrad 2 eine hier nicht erkennbare Führung für die Steuermasse 11 ausgebildet sein, um lediglich eine Verlagerung in radialer Richtung bezüglich der Drehachse 4 zuzulassen.
-
Angedeutet ist hier, dass die Steuerkraft durch einen Schwerpunkt 15 der Steuermasse 11 verläuft. Ebenso wird deutlich, dass an dem Federelement 6 ein Endanschlag 16 für die Steuermasse 11 vorliegt, welche ihre Verlagerung in radialer Richtung begrenzt. Weil selbstverständlich das Federelement 6 bei einer Belastung durch die Steuermasse 11 in radialer Richtung selbst zumindest geringfügig nachgeben kann und mithin in radialer Richtung ausgelenkt wird, ist an einem der Zahnräder 2 und 3, insbesondere an dem ersten Zahnrad 2, ein weiterer Endanschlag 17 vorgesehen, der seinerseits die Auslenkung des Federelements 6 in radialer Richtung begrenzt. Die Endanschläge 16 und 17 sind besonders bevorzugt in Umfangsrichtung an derselben Stelle angeordnet, sodass bei einem Entgegentreten der Steuermasse 11 an den Endanschlag 16 das Federelement 6 in den Endanschlag 17 gedrängt wird.
-
Die 3 zeigt eine dritte Ausführungsform der Zahnradanordnung 1. Grundsätzlich wird auf die vorstehenden Ausführungen Bezug genommen. Dargestellt ist nun neben dem ersten Zahnrad 2 auch das zweite Zahnrad 3. Zwischen diesen sind das Federelement 6 sowie die Steuermasse 11 angeordnet.
-
Die 4 zeigt eine Detailansicht der dritten Ausführungsform, wobei das zweite Zahnrad 3 nicht dargestellt ist. Auf die vorstehenden Ausführungen wird verwiesen. Analog zu den ersten beiden Ausführungsformen ist das Federelement 6 mittels des Lagerzapfens 5, welches in das Lagerauge 8 eingreift, an dem ersten Zahnrad 2 gelagert. Die Steuermasse 11 ist um eine Drehachse 18 herum an dem ersten Zahnrad 2 drehbar gelagert. Zu diesem Zweck greift beispielsweise ein hier nicht dargestellter Lagerzapfen des ersten Zahnrads 2 in das Lagerauge 19 der Steuermasse 11 ein. Weiterhin greift die Steuermasse 11 über eine Lagerachse 20 an dem zweiten Zahnrad 3 an. Beispielsweise erstreckt sich auch hier ein Lagerzapfen des zweiten Zahnrads 3 in ein nicht näher dargestelltes Lagerauge der Steuermasse 11. Zusätzlich ist auch das Federelement 6 an dieser Lagerachse 20 gelagert, sodass insoweit eine gemeinsame Lagerachse von Federelement 6 und Steuermasse 11 vorliegt. Der entsprechende Lagerzapfen des zweiten Zahnrads 3 durchgreift das Lagerauge 10. Selbstverständlich können die Steuermasse 20 und das Federelement auch an separaten Lagerachsen an dem zweiten Zahnrad 3 angreifen.
-
Im Unterschied zu den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen ist das Federelement 6 nun als Druckfeder ausgebildet. Das bedeutet, dass es derart vorgespannt ist, dass seine Federkraft die Lageraugen 8 und 10 voneinander fortdrängt, also eine Federkraft in Richtung des Pfeils 13 vorliegt. Bedingt durch die Lagerung der Steuermasse 11 um die Drehachse 18 an dem ersten Zahnrad 2 wird bewirkt, dass aufgrund der Zentrifugalkraft auf die Steuermasse 11 bei Rotation der Zahnradanordnung 1 von der Steuermasse 11 in Richtung des Pfeils 14 erzielt wird. Diese wirkt wiederum der Federkraft entgegen. Die Steuermasse 11 ist schlussendlich derart gelagert, dass sie bei einer größeren Drehzahl an der Lagerachse 20 eine größere, der Federkraft entgegen gerichtete Steuerkraft aufbringt als bei einer kleineren Drehzahl.
-
Um eine Verlagerung der Zahnräder 2 und 3 gegeneinander zu begrenzen, weist beispielsweise das erste Zahnrad 2 einen Anschlagszapfen 21 auf, welcher in eine Zapfenaufnahme 22 des zweiten Zahnrads 3 hineinragt. Die Zapfenaufnahme 22 ist nun derart ausgestaltet, dass ein Verdrehen der Zahnräder 2 und 3 gegeneinander lediglich eines gewünschten Drehwinkelbereichs möglich ist. Selbstverständlich kann umgekehrt der Anschlusszapfen 21 auch an dem zweiten Zahnrad 3 und die Zapfenaufnahme 22 an dem ersten Zahnrad 2 vorgesehen sein.
-
Die 5 zeigt eine weitere Detailansicht der Zahnradanordnung 1 in ihrer dritten Ausführungsform. Hier ist nun deutlich zu erkennen, wie der Anschlagszapfen 21 in der Zapfenaufnahme 22 angeordnet ist.
-
Die 6 zeigt ein Diagramm, in welchem ein beispielhaftes Verspannmoment M über der Drehzahl n der Zahnradanordnung aufgetragen ist. Es wird deutlich, dass bei einer Drehzahl von Null das höchste Verspannmoment vorliegt, welches mit steigender Drehzahl stetig abnimmt. Ab einer bestimmten Drehzahl, welche beispielsweise bei n = 2750 1/min liegt, ist das Verspannmoment gleich 0.
-
Die hier beschriebene Zahnradanordnung 1 hat den Vorteil, dass bei Verwendung im Rahmen des Zahnradgetriebes das Zahnflankenspiel der Zahnräder 2 und 3 einerseits und eines weiteren Zahnrads andererseits, welches mit den Zahnrädern 2 und 3 kämmt, derart eingestellt werden kann, dass zum einen unerwünschte Geräusche und/oder Beschädigungen vermieden werden und zum anderen die Verlustleistung, insbesondere bei hohen Drehzahlen, verringert beziehungsweise minimiert wird. Durch die Verringerung des Verspannmoments mit steigenden Drehzahlen kann zudem ein Störgeräusch beseitigt oder zumindest verringert werden, welches durch die Verspannung der Zahnräder 2 und 3 einerseits mit dem weiteren Zahnrad andererseits entstehen kann.
-
Die Zahnradanordnung 1, gleich welcher Ausführungsform, kann insbesondere einer Ausgleichswelle einer Brennkraftmaschine zugeordnet werden beziehungsweise an dieser verwendet werden. Beispielsweise dient die Zahnradanordnung 1 dem Antreiben der Ausgleichswelle. Besonders bevorzugt ist das Zahnrad 2 an der Ausgleichswelle befestigt, sodass diese insoweit die vorstehend erwähnte Antriebswelle bildet. In diesem Fall kann die Steuermasse 11 eine Unwuchtmasse der Ausgleichswelle bilden. Zu diesem Zweck kann die Steuermasse 11 beispielsweise aus einem Sintermaterial bestehen, welches eine besonders hohe Dichte, insbesondere eine höhere Dichte als Stahl oder dergleichen, aufweist.
