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Durch Bezugnahme integriert
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Die folgenden Dokumente sind hierin integriert, als wenn sie vollständig aufgeführt worden wären: U.S. Provisional Application Nr. 61/844,094, eingereicht am 9. Juli 2013.
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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zahnradbaueinheit insbesondere eine laminierte Zahnradbaueinheit.
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Hintergrund
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Aus einer Mehrzahl von miteinander verklebten oder verschweißten Schichten bestehende laminierte Zahnradbaueinheiten sind bekannt. Zum Beispiel lehrt
U.S. 5,074.406 ein derartiges laminiertes Zahnrad, bei dem jede der Schichten eine zentrale Öffnung für dessen Sitz auf einer Antriebswelle aufweist. Zähne oder andere Antriebsflächen sind rund um den Umfang der Schichten gebildet, und die Schichten können mit zwischen den Schichten angeordneten Distanzstücken aufgestapelt werden, so dass die Zähne voneinander beabstandet sind, z.B. um einen mit Taschen für den Eingriff der Zähne eines laminierten Zahnrads versehenen Ketten- oder Bandförderer zu tragen.
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Auf dem Gebiet von Motoren für Kraftfahrzeugen werden Zahnräder in Zusammenhang mit Steuerketten und Steuerantrieben sowie für diverse andere Zwecke verwendet. Normalerweise werden wegen der hohen Betriebsgeschwindigkeiten und -lasten, denen solche Zahnräder unterworfen sind, diese als massive spannabhebend bearbeitete Teile oder als Sinterteile hergestellt. Solche maschinell bearbeiteten oder gesinterten Teile gehen jedoch mit hohen Kosten einher.
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Es wäre wünschenswert, ein laminiertes Zahnrad zu schaffen, das zur Verwendung in Zusammenhang mit Hochgeschwindigkeitsvorrichtungen geeignet wäre, insbesondere zur Verwendung als Zahnräder für Steuerketten und/oder als Zahnräder zum Einsatz bei Brennkraftmaschinen.
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Zusammenfassung
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Die Erfindung stellt eine laminierte Zahnradbaueinheit zur Verfügung, welche aus einer Mehrzahl von miteinander verbundenen Schichten besteht. Jede der Schichten ist eine durch Prägen geformte Blechschicht, welche eine Mehrzahl von voneinander beabstandeten, um deren Umfang angeordneten Zähnen aufweist. Die Zähne in der Mehrzahl von miteinander verbundenen Schichten sind aufeinander ausgerichtet. Mindestens eins von Leerräumen, Kanälen, Öffnungen oder Ausnehmungen ist in oder zwischen mindestens einigen der Schichten angeordnet, um Schmieröl aufzunehmen und zu halten.
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Vorzugsweise weist jeder der geprägten oder gestanzten Blechschichten eine Öffnung für eine Welle auf. Zusätzliche, aufeinander ausgerichtete Öffnungen können in jeder der Schichten an einer Stelle begrenzt werden, derart, dass sie von der Wellenöffnung und von den Zähnen beabstandet sind, welche zur Aufnahme und zur Zurückhaltung von Öl vorgesehenen sind. Gemäß einem bevorzugten Merkmalsind Leerräume zwischen den zur Bildung der laminierten Zahnradbaueinheit vorgesehenen Blechschichten angeordnet, wobei Schmieröl in diesen Schichten gehalten wird und/oder durch diese durchsickert, um die Schmierung an den Oberflächen der Zähnen zu bewerkstelligen. Das Schmiermittel kann durch die aufeinander ausgerichteten, in den Schichten an einer von der Wellenöffnung und von den Zähnen beabstandeten Stelle angeordneten Öffnungen aufgenommen werden.
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Es ist außerdem möglich, Ausnehmungen in mindestens einiger der Schichten in der Stirnseite, in der Flanke oder im Hinterschnitt (allgemein als Zahnseite bezeichnet) jeder der Zähne vorzusehen, wobei diese Ausnehmungen vorzugsweise durch einen Radius gebildet werden, und wobei diejenigen Schichten, die beiderseits der mit Ausnehmungen versehenen Schichten liegen, Zähne aufweisen, deren Seiten keine Ausnehmungen haben, um auf diese Weise Taschen für die Zurückhaltung von Schmieröl zu bilden. Dies führt zu einer Reduzierung von Geräuschen und von Schmierungsbedarf.
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Gemäß einem anderen Merkmal weist jeder der Schichten eine Wellenöffnung auf, und mindestens einiger der Schichten weisen einen Kanal auf, der sich von der Wellenöffnung bis zu einem Umfang der laminierten Zahnradbaueinheit erstreckt. Nach einem Merkmal kann der Kanal durch einen sich durch die Schicht erstreckenden Schlitz begrenzt werden, wobei der Schlitz vorzugsweise in die Blechschicht während der Bildung der jeweiligen Schicht gestanzt wird. Vorzugsweise sind die an den Schlitz angrenzenden Schichten massiv ausgebildet, zumindest im Bereich des Schlitzes, so dass ein eingeschlossener Kanal entsteht. Es ist eine Mehrzahl von Kanälen vorgesehen, welche vorzugsweise sich meistens in radiale Richtung erstrecken und in Umfangsrichtung von einander beabstandet sind. Bevorzugt endet jeder der Kanäle an einer Öffnung in einer Seite der Zähne, so dass Öl von der Welle, auf der die laminierte Zahnradbaueinheit montiert ist, durch die Kanäle zu den Zähnen, wo eine Kette eingreift, geleitet werden kann. Die Öffnungen der Kanäle sind vorzugsweise sowohl in axialer Richtung als auch in Umfangsrichtung voneinander beabstandet, so dass mehrere oder alle Zähne eine Öffnung für einen Schmierkanal aufweisen.
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Es ist außerdem möglich, dass einer der Kanäle durch Schlitze von zwei benachbarten Schichten begrenzt wird, zum Beispiel wenn die Schlitze in einer der Schichten sich nur über eine Teilstrecke von der Wellenöffnung in Richtung der Zähne erstrecken und die Schlitze in der benachbarten Schicht sich vom Ende der Teilstreckenstelle zwischen der Wellenöffnung und den Zähnen bis zu den Öffnungen in den Zahnoberflächen erstrecken.
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Eins oder mehrere der soeben beschriebenen Merkmale können kombiniert werden, um so eine laminierte Zahnradbaueinheit zu erhalten, die ein Merkmal für die Zurückhaltung oder Bereitstellung einer Schmierung mit dem Ziel einer Reduzierung von Geräusch und Abnutzung aufweist.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die vorhergehende Zusammenfassung und die folgende detaillierte Beschreibung werden leichter zu verstehen sein durch eine Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, in denen eine bevorzugte Ausführung der Erfindung dargestellt ist. Die Zeichnungen zeigen:
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1 eine perspektivische Ansicht einer ersten Ausführung einer laminierten Zahnradbaueinheit gemäß der Erfindung.
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2 eine vergrößerte Einzelheit der Zähne der laminierten Zahnradbaueinheit gemäß 1.
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3 eine perspektivische Ansicht einer einzelnen, zur Bildung einer laminierten Zahnradbaueinheit gemäß 1 verwendeten Schicht.
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4 eine Draufsicht der in 3 gezeigten einzelnen Schicht.
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5 eine vergrößerte Ansicht einer bevorzugten Zahnausbildung der in 4 gezeigten Schicht.
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6 eine vergrößerte perspektivische Ansicht einer zweiten Ausführung einer Zahnradbaueinheit gemäß der Erfindung, mit in einer Seite der Zähne angeordneten Ausnehmungen.
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7 eine Teildraufsicht, in der zwei zur Bildung der Zahnradbaueinheit gemäß 6 verwendete Schichten zu sehen sind, wobei die obere Schicht, die Ausnehmungen aufweist, auf einer benachbarten Schicht aufgesetzt ist, welche keine Ausnehmungen in den Seiten jeder der Zähne aufweist.
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8 eine Teildraufsicht, in der eine in der Zahnradbaueinheit gemäß 6 verwendete Schicht zu sehen ist, welche Ausnehmungen aufweisende Zähne besitzt.
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9 eine vergrößerte Ansicht, in der Taschen zu sehen sind, welche zwischen den Ausnehmungen und den Kettengliedern gebildet werden.
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10 eine Draufsicht, die eine Schicht zeigt, in welcher die Zähne Ausnehmungen aufweisen.
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11 eine perspektivische Ansicht einer dritten Ausführung einer laminierten Zahnradbaueinheit gemäß der Erfindung.
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12 eine teilweise perspektivische Ansicht, die eine teilweise zusammengebaute Zahnradbaueinheit zeigt, in welcher eine Schicht einen sich zwischen der Wellenöffnung und den Zähnen erstreckenden Ölzufuhrkanal aufweist.
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13 eine Draufsicht, die eine in der laminierten Zahnradbaueinheit gemäß 11 verwendete Schicht zeigt, welche den Ölzufuhrkanal aufweist, der auf einer benachbarten Schicht aufgesetzt ist, die den Ölzufuhrkanal nicht aufweist.
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14 eine Draufsicht, in der eine Mehrzahl von Ölzufuhrkanälen zu sehen ist, welche innerhalb der in 11 gezeigten Zahnradbaueinheit angeordnet sind.
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Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungen
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Bestimmte, in der nun folgenden Beschreibung verwendete Begriffe dienen lediglich der Bequemlichkeit und sind keineswegs als einschränkend zu verstehen. Die Begriffe „vorder...“, „hinter...“, „ober...“ und „unter...“ beziehen sich auf Richtungen in den Zeichnungen, auf welche hierin Bezug genommen wird. Die Begriffe “nach innen“ und „nach außen“ beziehen sich auf Richtungen zu oder weg von den in den Zeichnungen mit Bezugszahlen gekennzeichneten Teilen. „Axial“ bezieht sich auf eine Richtung entlang einer Achse einer Welle. Ein Bezug auf eine Liste von Posten bzw. Teilen mit der Formulierung „mindestens eines von a, b, oder c“, (worin a, b und c für die aufgezählten Posten stehen), bedeutet irgendeinen einzelnen der aufgelisteten Posten a, b oder c, oder Kombinationen aus diesen Posten. Die Terminologie schließt die oben konkret genannten Begriffe, Ableitungen daraus und Begriffe mit ähnlicher Bedeutung ein.
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Die 1 bis 5 zeigen eine erste Ausführung einer laminierten Zahnradbaueinheit 10. Die laminierte Zahnradbaueinheit 10 weist eine Mehrzahl von miteinander verbundenen Schichten 12 auf, wobei jede der Schichten 12 eine geprägte oder gestanzte Blechschicht ist, die mit einer Mehrzahl von voneinander beabstandeten und um einen Umfang dieser Schicht herum angeordneten Zähnen 14 versehen ist. Im vorliegenden Text sind die Begriffe Prägen und Stanzen als Synonyme verwendet; sie ermöglichen eine kostengünstige Herstellung der Schichten. Die Zähne 14 der Mehrzahl der miteinander zu verbindenden Schichten 12 sind aufeinander ausgerichtet. Vorzugsweise erstreckt sich eine Wellenöffnung 11 durch jede der Schichten und ist geeignet, eine Welle aufzunehmen, wenn die Zahnradbaueinheit montiert ist z.B. an einer Nockenwelle einer Brennkraftmaschine. Gemäß einer ersten bevorzugten Ausführung der laminierten Zahnradbaueinheit 10 sind die Schichten 12 durch Kleben, Schweißen oder jedes andere geeignete Verfahren miteinander verbunden.
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In der ersten bevorzugten Ausführung der laminierten Zahnradbaueinheit 10 sind in oder zwischen mindestens einiger der Schichten 12 Leerräume 16 zur Aufnahme von Schmieröl vorgesehen. Diese in 2 mit 16 bezeichneten Leerräume können aus durch den Prägevorgang generierten Unebenheiten in den Schichten resultieren, oder sie können gezielt durch in dem zum Formen der Blechschichten 12 verwendeten Prägewerkzeug vorgesehene Unebenheiten erzeugt werden. Dadurch ergeben sich kleine Spalten zur Zurückhaltung von Restöl. Um eine Zufuhr von Schmieröl in diese kleinen Restölspalten zu ermöglichen, können Öffnungen 18 vorgesehen werden, durch die, wie in den 3 und 4 gezeigt, das Schmiermittel in die laminierte Zahnradbaueinheit 10 durchdringen kann. Diese Figuren zeigen eine einzige Schicht 12, wie sie in der Ausführung gemäß 1 verwendet werden kann, wobei 1 die Öffnungen 18 nicht zeigt. Das Profil der Zähne 14 wird an die konkrete Anwendung zum Einsatz mit einer Kette eines bestimmten Designs angepasst. Je nach Anwendung wird härtbares Stahlblech verwendet.
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Die 6 bis 10 zeigen eine zweite Ausführung einer laminierten Zahnradbaueinheit 30. Die laminierte Zahnradbaueinheit 30 ähnelt der laminierten Zahnradbaueinheit 10 und weist eine in 10 gezeigte Wellenöffnung 31 so wie auch Zähne 34, die um einen Umfang der Schichten 32, 33 herum angeordnet sind, welche miteinander laminiert sind, um die laminierte Zahnradbaueinheit 30 zu bilden. In der laminierten Zahnradbaueinheit 30 sind mindestens in einiger der Schichten 33, vorzugsweise in einer oder in beiden Seiten 35 jeder der Zähne 34 Ausnehmungen 40 angeordnet. Die Ausnehmungen 40 sind bevorzugt durch einen Radius gebildet, wobei andere Formen auch verwendet werden könnten. Vorzugsweise weisen die Schichten 32 an beiden Seiten der die Ausnehmungen 40 enthaltenden Schichten 33 Zähne 34 auf, deren Seiten 35 nicht mit Ausnehmungen versehen sind. Vorzugsweise ist die die Ausnehmungen 40 enthaltende Schicht 33 als jede zweite, dritte, vierte oder fünfte Schicht in dem Zahnrad 30 vorgesehen, wobei die restlichen Schichten 32 keine Ausnehmungen besitzen, so dass es sich eine Reihe von voneinander beabstandeten, über die axiale Oberfläche jedes Zahns 34 verteilten Taschen 44 ergibt. Wie in den 6 und 8 gezeigt, ist es auch möglich Öffnungen 38 an einer Stelle anzuordnen, die sowohl von der Wellenöffnung 31 als auch von den Zähnen 34 beabstandet ist. Diese Öffnungen 38 können dazu verwendet werden, Schmiermittel in die laminierte Zahnradbaueinheit 30 einzuleiten, von wo aus das Schmiermittel unter dem Einfluss der durch das Rotieren des Zahnrads 30 erzeugten Zentrifugalkraft zwischen den Schichten radial nach außen durch die Leerräume 36 fließen kann, um die Kettenkontaktflächen der Zähne 34 zu schmieren. Die Ausnehmungen 40 dienen dazu, Restöl an den Zahnoberflächen zurückzuhalten.
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Wie in 9 zu sehen ist, stellen die durch die Ausnehmungen 40 gebildeten Taschen 44 einen Bereich für die Zurückhaltung des Schmieröls zwischen den Zahnoberflächen und einem Kettenglied 42 während des Betriebs der laminierten Zahnradbaueinheit 30 zur Verfügung. Hierdurch entsteht ein Schmiermittelrückhaltebereich, der als Puffer und Schalldämpfer sowie auch als Schmierhilfe beim Betrieb dient.
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Die 11 bis 14 zeigen eine dritte Ausführung einer laminierten Zahnradbaueinheit 50. Die laminierte Zahnradbaueinheit 50 ähnelt den laminierten Zahnradbaueinheiten 10 und 30, indem sie aus einer Mehrzahl von Schichten 52, 53 gebildet ist, welche geprägte Blechschichten sind und eine Mehrzahl von um deren Umfang herum angeordneten Zähnen 54 aufweisen. Jede der Schichten weist eine Wellenöffnung 51 auf, so dass die laminierte Zahnradbaueinheit 50 an einer Welle montiert werden kann. In diesem Fall, wie in 11 gezeigt, erstrecken sich Ölkanäle 58 durch mindestens einige der Schichten 53 von der Wellenöffnung 51 bis zu einer Ölöffnung an einem Umfang der laminierten Zahnradbaueinheit 50 hin. Wie in den 12 bis 14 im Einzelnen gezeigt, weisen die Ölkanäle 58 eine Ölaustrittsöffnung 60 auf, die an einer Seite 55 mindestens einiger der Zähne 54 angeordnet ist. Die Kanäle 58 sind bevorzugt in Form eines Schlitzes begrenzt, der sich durch die Schicht 53 erstreckt. 13 zeigt eine Schicht 53 mit dem Schlitz gestapelt auf einer Schicht 52, die entweder den Schlitz nicht enthält oder einen an eine andere radiale Stelle gedrehten Schlitz enthält. In einer bevorzugten Ausführung sind die Schichten 53, welche den Schlitz zur Bildung des Ölkanals 58 enthalten, angrenzend an einer Schicht 52 angeordnet, die keinen Schlitz enthält, so dass die Schicht 52 eher eine massive als eine geschlitzte Scheibe bildet. Alternativ dazu können die die Schlitze enthaltenden Schichten 53 aneinander grenzend angeordnet sein, wobei die Schlitze, wie in 14 gezeigt, an unterschiedliche Umfangsstellen rotiert worden sein können. In der bevorzugten Ausführung erstrecken sich die Kanäle 58 zumeist in radiale Richtung und sind in Umfangsrichtung voneinander beabstandet. Obwohl in den 12 und 13 ein einziger, durch eine Schicht 53 verlaufender Schlitz als einen vollständigen Kanal bildend gezeigt ist, ist es auch möglich einen Kanal 58 vorzusehen, der durch Schlitze in zwei benachbarten Schichten begrenzt ist und sich von der Wellenöffnung 51 bis zu einem Umfang der laminierten Zahnradbaueinheit 50 erstreckt. Zum Beispiel kann ein Schlitz in einer Schicht sich von der Wellenöffnung nur über eine Teilstrecke in Richtung des Umfangs der laminierten Zahnradbaueinheit 50 erstrecken, während der Schlitz in der benachbarten Schicht sich von dem Ende der Teilstrecke bis zum Umfang erstrecken kann. In einer bevorzugten Ausführung, weist der Kanal 58 eine Öffnung 60 auf, die in einer Seite eines jeweiligen Zahns 54 angeordnet ist, wobei die Öffnungen 60 der Kanäle 58 vorzugsweise in einer einzelnen Zahnradbaueinheit 50 in axialer Richtung und in Umfangsrichtung voneinander beabstandet sind, um wie in 14 gezeigt, eine zumeist gleichmäßige Verteilung der Schmierungskanäle 58 zu den verschiedenen Flächenbereiche des Umfangs der laminierten Zahnradbaueinheit 50 zu erreichen.
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Nach der vorhergehenden ausführlichen Beschreibung der vorliegenden Erfindung, muss es verstanden werden und für den Fachmann klar und naheliegend sein, dass zahlreiche physische Änderungen, von denen nur einige in der vorhergehenden ausführlichen Beschreibung beispielhaft angeführt sind, vorgenommen werden könnten, ohne die hierin verkörperten erfinderischen Ideen und Prinzipien zu verändern. Es muss auch verstanden werden, dass zahlreiche Ausführungen, welche nur Teile der bevorzugten Ausführung beinhalten, möglich sind, und, mit Bezug auf diese Teile die hierin verkörperten erfinderischen Ideen und Prinzipien der Erfindung nicht verändern. Aus diesem Grund sind die vorliegende Ausführung und optionale Ausbildungen der Erfindung in jeder Hinsicht als beispielhaft und/oder als erklärend und nicht als einschränkend zu verstehen, weil der Schutzbereich der Erfindung durch die angeführten Ansprüche angegeben wird und nicht durch die vorhergehende Beschreibung, so dass alle alternativen Ausführungen und an der vorliegenden Ausführung vorgenommenen Änderungen, welche im Sinne der Ansprüche zu verstehen sind und im Gleichwertigkeitsbereich der Ansprüche liegen, somit durch die Ansprüche abgedeckt sind.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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