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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft ein Zahnrad nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung eine Getriebeantriebseinrichtung, insbesondere einen Komfortantrieb für ein Kraftfahrzeug, mit einem erfindungsgemäßen Zahnrad.
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Ein Zahnrad nach dem Stand der Technik ist aus der
DE 197 18 213 A1 der Anmelderin bekannt. Das bekannte, im Spritzgußverfahren hergestellte Zahnrad weist einen Zahnkranz mit zwei in Bezug zu einer Drehachse des Zahnrads in unterschiedlichem radialen Abstand angeordnete, umlaufende Wände auf, wobei die radial weiter außen liegende Wand an ihrem Außenumfang die Verzahnung aufweist. Zwischen den beiden Wänden sind in einem radialen Zwischenbereich von beiden Stirnseiten des Zahnrads gesehen in gleichmäßigen Winkelabständen Ausnehmungen ausgebildet, die in Draufsicht jeweils eine annähernd trapezförmige Form aufweisen. Die Orientierung zweier in Umfangsrichtung aufeinanderfolgender Ausnehmungen ist derart, dass diese um jeweils etwa 180° zueinander gedreht angeordnet sind. Wie insbesondere der
2 der erwähnten Schrift entnehmbar ist, weisen jeweils zwei an gegenüberliegenden Stirnseiten des Zahnrads ausgebildete, zueinander fluchtend angeordnete Ausnehmungen jeweils dieselbe Tiefe auf, wobei zwischen den Ausnehmungen ein die Ausnehmungen trennender Steg ausgebildet ist, der jeweils einen Bodenbereich der Ausnehmung ausbildet. Die in dem bekannten Zahnrad ausgebildeten Ausnehmungen dienen insbesondere der Gewichtsersparnis bzw. dem geringen Verbrauch von Kunststoffmaterial. Mit der
US 2004/0194566 A1 ist ein Zahnrad mit zwei in Bezug zu einer Drehachse des Zahnrads in unterschiedlichem radialen Abstand angeordneten, umlaufenden Wänden bekannt geworden, wobei zwischen radialen Stegen Ausnehmungen mit unterschiedlichen Tiefen aufweisen.
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Offenbarung der Erfindung
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Ausgehend von dem dargestellten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Zahnrad nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart weiterzubilden, dass neben einem möglichst geringem Materialverbrauch und somit einem möglichst geringem Gewicht des Zahnrads dieses möglichst gute funktionelle Eigenschaften aufweisen soll. Unter guten funktionellen Eigenschaften werden im Rahmen der Erfindung zum einen eine gute Spritzbarkeit des Zahnrads, insbesondere die Vermeidung von Fehlstellen bzw. Lunkern, und zum anderen möglichst hohe Festigkeitswerte des Zahnrads verstanden.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Zahnrad mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass die Ausnehmungen unterschiedliche Tiefen aufweisen. Die erfindungsgemäße Ausbildung unterschiedlich tiefer Ausnehmungen hat insbesondere den Vorteil, dass die Vernetzung des Kunststoffmaterials bzw. Polymers verbessert wird und die Neigung zur Bildung von Lunkern (Vakuolen) reduziert wird. Dadurch ist es möglich, dass bei beispielsweise gleich hohen Festigkeitswerten, wie es das aus der
DE 197 18 213 A1 bekannte Zahnrad aufweist, die Ausnehmungen insgesamt gesehen mit einer größeren Tiefe auszustatten, so dass zusätzliches Volumen am Material und somit Gewicht eingespart werden kann. Nichts desto trotz ist durch die qualitativ hochwertige Vernetzung und geringe Neigung des Materials zur Lunkerbildung die gewünschte bzw. erforderliche Festigkeit des Zahnrads gewährleistet. Alternativ kann bei gleichem Gewicht ein qualitativ besonders hochwertiges und hohe Festigkeitswerte aufweisendes Zahnrad ausgebildet werden. Zur Verbesserung der Spritzqualität sowie Herabsetzung der erforderlichen Spritzgusszeit werden erfindungsgemäß in einem radial innerhalb der inneren Wand angeordneten Bereich mehrere, in gleichmäßigen Winkelabständen zueinander angeordnete Anspritzstellen, insbesondere im Bereich von sich radial erstreckenden Stegen, für Kunststoff vorgesehen. Eine hohe Homogenität bzw. Qualität des Spritzgusses lässt sich erfindungsgemäß erzielen, wenn die in Verlängerung der Stege angeordneten Ausnehmungen zumindest auf einer der Stirnseiten mit einer Erweiterung ausgebildet sind, die in Richtung des Steges ragt.
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Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Zahnrads sind in den Unteransprüchen aufgeführt.
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In bevorzugter konstruktiver und geometrischer Auswahl ist es vorgesehen, dass die Ausnehmungen zwei unterschiedliche Tiefen aufweisen, und dass das Verhältnis der Tiefe der beiden Ausnehmungen zwischen 0,4 und 0,6, vorzugsweise etwa 0,5, ganz besonders bevorzugt 0,53 beträgt. Mit anderen Worten gesagt bedeutet dies, dass die eine Ausnehmung in etwa doppelt so tief ausgebildet ist wie die andere Ausnehmung.
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Grundsätzlich ist die Erfindung nicht auf die Verwendung von lediglich zwei unterschiedlich tiefen Ausnehmungen beschränkt. So weist eine erfindungsgemäße Modifikation wenigstens drei unterschiedlich tiefe Ausnehmungen auf. Dadurch lässt sich, je nach Anordnung und Verhältnis der Tiefen der Ausnehmungen der Materialfluss bei Ausspritzen günstig beeinflussen.
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Zur Verbesserung des Materialflusses beim Ausspritzen des Zahnrads sind darüber hinaus weitere Maßnahmen, sowohl einzeln als auch in Kombination denkbar: Zum einen kann es vorgesehen sein, dass in Umfangsrichtung betrachtet zwei aufeinanderfolgende Vertiefungen auf gegenüberliegenden Stirnseiten einen axialen Überschneidungsbereich aufweisen. Weiterhin kann es vorgesehen sein, dass in Umfangsrichtung betrachtet zwei aufeinanderfolgende Stege zwischen jeweils gegenüberliegend angeordneten Ausnehmungen asymmetrisch zu einer Mittelebene angeordnet sind.
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Zur Erzielung einer über den Umfang des Zahnrads gesehen möglichst gleich großen Festigkeit bzw. eines homogenen Zahnrads ist es vorgesehen, dass in Umfangsrichtung betrachtet mehrere, in gleichgroßen Winkelabständen angeordnete Ausnehmungen vorgesehen sind, und dass die Länge der Ausnehmungen in Umfangsrichtung jeweils gleich groß ist.
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Alternativ zu dem zuletzt gemachten Vorschlag kann es jedoch auch vorgesehen sein, dass in Umfangsrichtung betrachtet mehrere, in unterschiedlichen Winkelabständen angeordnete Ausnehmungen vorgesehen sind, und dass die Länge der Ausnehmungen in Umfangsrichtung betrachtet unterschiedlich groß ist. Dadurch kann ggf. unter Berücksichtigung besonderer geometrischer Ausgestaltungen bzw. Unsymmetrien des Zahnrads in Umfangsrichtung betrachtet eine besonders gleichmäßige Festigkeit bzw. Homogenität erzielt werden.
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Darüber hinaus ist es aus Homogenitätsgründen von Vorteil, wenn in Umfangsrichtung betrachtet eine ganzzahlige Anzahl von jeweils einen selben Winkelbereich aufweisenden Segmenten vorgesehen ist, und dass die Form und Anordnung der Ausnehmungen innerhalb der Segmente gleich ist.
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Die Vernetzung des Materials bzw. Qualität des Spritzgusses lässt sich darüber hinaus dadurch verbessern, dass sich auf den beiden Stirnseiten in Umfangsrichtung betrachtet jeweils Ausnehmungen unterschiedlicher Tiefen abwechseln.
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Darüber hinaus lässt sich beim Spritzen des Kunststoffs die Richtung des Materials in Richtung der radial äußeren Wand dadurch beeinflussen, wenn die die Ausnehmungen in Umfangsrichtung voneinander trennenden Verbindungsstege mit einem Radius des Zahnrads einen Winkel einschließen.
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Um insbesondere den Bereich des Zahnkranzes, der in Bezug auf zwei Anspritzstellen den größten Abstand zu den beiden Anspritzstellen am Zahnrad aufweist, mit genügend Material zu versorgen bzw. in diesem Bereich eine qualitativ hochwertige Ausbildung des Zahnrads zu ermöglichen, ist es vorgesehen, dass in einem Bereich einer Winkelhalbierenden zwischen zwei Anspritzstellen eine Ausnehmung angeordnet ist, die symmetrisch zur Winkelhalbierenden verläuft.
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Die Erfindung umfasst auch eine Getriebeantriebseinrichtung, insbesondere in Form eines Komfortantriebs für ein Kraftfahrzeug, das ein erfindungsgemäßes Zahnrad aufweist. Unter einen Komfortantrieb für ein Kraftfahrzeug wird dabei im Rahmen der Erfindung beispielhaft und nicht einschränkend ein Fensterheberantrieb, ein Sitzverstellungsantrieb, ein Schiebedachantrieb oder ähnliches verstanden. Darüber hinaus wird erwähnt, dass das Zahnrad, je nach Anwendungsfall, an seinem Außenumfang entweder eine Geradverzahnung, Globoidverzahnung oder aber eine Schrägverzahnung aufweisen kann.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung.
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Diese zeigt in:
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1 eine Vorderansicht auf ein erfindungsgemäßes Zahnrad,
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2 eine Rückansicht auf das Zahnrad gemäß 1,
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3 und 4 jeweils in perspektivischer Ansicht das Zahnrad gemäß den 1 und 2 von schräg vorne bzw. schräg hinten,
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5 und 6 jeweils einen Schnitt in der Ebene V-V sowie VI-VI der 1,
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7 einen Schnitt durch ein gegenüber den 1 und 2 modifiziertes Zahnrad im Bereich zweier in Umfangsrichtung einander anschließender Ausnehmungen,
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8 das Zahnrad gemäß 2 in einer Rückansicht zur Verdeutlichung des Materialflusses beim Spritzen des Zahnrads und
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9 ein abgewandeltes Zahnrad in einer Rückansicht.
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Gleiche Elemente bzw. Elemente mit gleicher Funktion sind in den Figuren mit den gleichen Bezugsziffern versehen.
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Das in den 1 bis 4 in unterschiedlichen Ansichten dargestellte erfindungsgemäße Zahnrad 10 dient insbesondere als Bestandteil in einem Komfortantrieb eines Kraftfahrzeugs. Ein derartiger Komfortantrieb, der insbesondere und nicht einschränkend als Fensterheberantrieb, Sitzverstellungsantrieb oder Schiebedachantrieb ausgebildet sein kann, weist üblicherweise eine im Einzelnen nicht dargestellte Getriebeantriebseinrichtung auf, in deren Gehäuse das erfindungsgemäße Zahnrad 10 angeordnet ist, um ein von einem Antriebsmotor stammendes Antriebsmoment unter Drehmomenterhöhung bei gleichzeitiger Herabsetzung der Drehzahl des Antriebsmotors an ein zu verstellendes Element zumindest mittelbar zu übertragen. Das Zahnrad 10 besteht insbesondere aus einem Kunststoff wie POM (Polyoxymethylen) und ist im Spritzgussverfahren hergestellt.
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Das Zahnrad 10 weist einen Zahnkranz 12 mit einer Nabe 14 und eine die Nabe 14 mit dem Zahnkranz 12 verbindende Rückwand 16 auf. Zwischen der Nabe 14 und dem Zahnkranz 12 sind, wie insbesondere anhand der 1 und 3 erkennbar ist, beispielhaft drei, in gleichmäßigen Winkelabständen zueinander angeordnete Stege 17, 18 und 19 ausgebildet, die sich in radialer Richtung erstrecken und einstückig an der Rückwand 16 angeformt sind. Das Zahnrad 10 ist in einer Drehachse 20 drehbar. Der Zahnkranz 12 weist zwei, in unterschiedlichem radialen Abstand in Bezug zur Drehachse 20 angeordnete, radial umlaufende Wände 21, 22 auf, wobei die Wand 21 einen geringeren Abstand zur Drehachse 20 aufweist als die Wand 22. Die Wand 22 weist an ihrem Außenumfang eine Verzahnung 23 in Form einer Gerad- oder Schrägverzahnung auf.
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Die beiden Wände 21, 22 erstrecken sich quer zur Drehebene des Zahnrads 10 bzw. konzentrisch zur Drehachse 20 und sind durch eine Vielzahl von Verbindungsstegen 24 miteinander verbunden bzw. in Umfangsrichtung voneinander getrennt. Auf dem Teilkreisdurchmesser, auf dem sich die Verbindungsstege 24 befinden, d. h. in einem radialen Zwischenbereich zwischen den beiden Wänden 21 und 22, weist das Zahnrad 10 sowohl im Bereich der vorderen Stirnseite 26, als auch im Bereich der hinteren Stirnseite 27 eine Vielzahl von taschenförmigen, d. h. zur jeweiligen Stirnseite offenen Ausnehmungen 28, 29 auf. Die Ausnehmungen 28, 29 auf den beiden Stirnseiten 26, 27 können entweder jeweils dieselbe Größe in Bezug auf die Zeichenebene der 1 und 2 aufweisen, und fluchten dann vorzugsweise in der senkrecht zur Zeichenebene der 1 und 2 dargestellten Richtung. Es ist jedoch auch möglich, dass die Ausnehmungen 28, 29 auf den beiden Stirnseiten 26, 27, wie aus einer Zusammenschau der 1 und 2 erkennbar ist, insbesondere in Umfangsrichtung unterschiedlich lang ausgebildet sein können. Insbesondere ist die Form der Ausnehmungen 28, 29 näherungsweise trapezförmig ausgebildet, wobei die Wände der Ausnehmungen 28, 29, die diese begrenzen, mit Ausnahme von Entformungsschrägen (deren Winkel senkrecht zur Zeichenebene der 1 und 2 beispielsweise zwischen 1° und 3° betragen) senkrecht zur Zeichenebene der 1 und 2 angeordnet sind. Bei dem Zahnrad 10 gemäß der 1 bis 4 sind die Ausnehmungen 28, 29 in gleichgroßen Winkelabständen zueinander angeordnet, wobei in Umfangsrichtung betrachtet zwei aufeinander folgende Ausnehmungen 28 bzw. 29 an der vorderen bzw. hinteren Stirnseite 26, 27 um jeweils ca. 180° zueinander gedreht angeordnet sind, derart, dass die in Umfangsrichtung die Ausnehmungen 28, 29 voneinander trennenden Verbindungsstege 24 mit einem Radius des Zahnrads 10 einen Winkel γ einschließen (1).
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Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass die Ausnehmungen 28, 29 zwei unterschiedliche Tiefen t1 und t2 aufweisen. Während die einen Ausnehmungen 28 jeweils die Tiefe t1 besitzen, weisen die anderen Ausnehmungen 29 jeweils die Tiefe t2 auf. Da in Umfangsrichtung betrachtet sich an den Stirnseiten 26, 27 des Zahnrads 10 die Ausnehmungen 28, 29 jeweils abwechseln und fluchtend zu einer Ausnehmung 28 beispielsweise an der Stirnseite 26 jeweils eine Ausnehmung 29 an der Stirnseite 27 angeordnet ist, ist ein die Ausnehmungen 28, 29 an deren jeweiligen Grund jeweils angeordneter und die Ausnehmungen 28, 29 verbindender Steg 30, wie insbesondere anhand der 5 und 6 erkennbar ist, außermittig in Bezug auf die Dicke d des Zahnkranzes 12 angeordnet.
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Das Verhältnis der beiden Tiefen t1 und t2 der beiden Ausnehmungen 28, 29 beträgt zwischen 0,4 und 0,6, vorzugsweise etwa 0,5, ganz besonders bevorzugt 0,53. Das bedeutet, dass die Tiefe t1 etwa halb so groß ist wie die Tiefe t2. Weiterhin ist die (mittlere) Länge l der Ausnehmungen 28, 29, wie oben erwähnt, jeweils gleich groß.
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In der 2 sind im Bereich der Rückwand 16 in Überdeckung mit dem Bereich der Stege 17 bis 19 drei Anspritzstellen 31 bis 33 dargestellt, in deren Bereich in einem nicht dargestellten Spritzgusswerkzeug das Material bzw. der unter hohem Druck stehende, verflüssigte Kunststoff zur Ausbildung des Zahnrads 10 in das Spritzgusswerkzeug eingebracht wird. Wie insbesondere anhand der 8 erkennbar ist, ist bezüglich der Ausbildung des Zahnkranzes 12 ein Bereich 35 der Verzahnung 23 als besonders kritisch anzusehen, da dieser Bereich 35 beispielhaft von den beiden Anspritzstellen 31 und 32 den größten Abstand aufweist. Zur Verbesserung des Materialflusses in dem Spritzgusswerkzeug sind die Ausnehmungen 28, 29 deshalb derart angeordnet, dass die den größten Abstand zu den Anspritzstellen 31 und 32 aufweisende Ausnehmung 28 mit den Verbindungsstegen 24 derart orientiert ist, dass ein Materialfluss von Kunststoff über die beiden die Ausnehmung 28 im Bereich 35 begrenzenden Verbindungsstege 24 in Richtung des Bereichs 35 erfolgt, was durch die Pfeile 36 verdeutlicht sein soll. Darüber hinaus ist die betreffende Ausnehmung 28 symmetrisch zu einer Winkelhalbierenden 37 zwischen den Anspritzstellen 31 und 32 angeordnet.
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Weiterhin ist anhand der 2, 4 und 8 erkennbar, dass die auf der hinteren Stirnseite 27 in Verlängerung der Stege 17 bis 19 angeordneten Ausnehmungen 29a auf der den Stegen 17 bis 19 zugewandten Seite in ihrer Fläche durch dreiecksförmige Erweiterungen 38 vergrößert ausgebildet sind. Die Erweiterungen 38 dienen ebenfalls der Verbesserung bzw. Optimierung des Materialflusses bei Spritzen bzw. Ausbilden des Zahnrads 10.
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Während bei dem Zahnrad 10 gemäß der 1 bis 4 die Ausnehmungen 28, 28a und 29 auf den beiden Stirnseiten 26, 27 in jeweils gleichgroßen Winkelabständen zueinander angeordnet sind und jeweils dieselbe Länge l aufweisen, ist es bei dem Zahnrad 10a gemäß der 9 vorgesehen, dass die Ausnehmungen 28b, 29b, bezogen auf einen Radius im Bereich der mittleren Länge der jeweiligen Ausnehmung 28b, 29b, unterschiedliche Winkel α1, α2 und α3 aufweisen, wobei gilt, dass α1 > α2 > α3. Da die Verbindungsstege 24 jeweils dieselbe Dicke aufweisen ergeben sich dadurch unterschiedliche Längen l der Ausnehmungen 28b, 29b.
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Durch die Stege 17 bis 19 wird das Zahnrad 10a (ebenso wie das Zahnrad 10) beispielhaft in drei Segmente 41 bis 43 jeweils gleicher Größe bzw. mit jeweils demselben Winkelbereich unterteilt, wobei sich die Anordnung und Größe der Ausnehmungen 28, 28a, 29 bzw. 28b, 29b in dem jeweiligen Segment 41 bis 43 wiederholt.
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In der 7 ist erkennbar, dass entsprechend der Erfindung vier Vertiefungen 44 bis 47 mit jeweils unterschiedlichen Tiefen t3 bis t6vorgesehen sind. Weiterhin ist aus der 7 erkennbar, dass unterschiedlich dicke Stege 30a, 30b ausgebildet sind, die darüber hinaus asymmetrisch in Bezug zu einer Mittelebene 40 angeordnet sind. Wesentlich ist auch, dass zwischen den beiden in Umfangsrichtung aufeinanderfolgenden Ausnehmungen 44 und 47 ein senkrecht zur Zahnradebene verlaufender Überschneidungsbereich mit dem Maß x ausgebildet ist. Weiterhin ist die Tiefe t5 der an der einen Stirnseite 26 ausgebildeten Ausnehmung 46 derart, dass ein Maß y gebildet wird, für das gilt: Y = t6 + x, wobei x vorzugsweise größer Null ist. Dadurch wird beim Ausspritzen und Zusammentreffen zweier Materialfronten des Kunststoffs ein Scheren des Kunststoffs erzielt. Durch den Überschneidungsbereich zwischen den Ausnehmungen 44 und 47, die asymmetrische Anordnung der Stege 30a, 30b zu der Mittelebene 40 und das Maß y lässt sich beim Ausbilden des Zahnrads 10b der Materialfluss des Kunststoffs gezielt beeinflussen und verbessern.
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Das soweit beschriebene Zahnrad 10, 10a, 10b kann in vielfältiger Art und Weise abgewandelt bzw. modifiziert werden, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen.
