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Die Erfindung betrifft ein insbesondere in einer Vorrichtung zur Niveauverstellung eines Fahrwerks eines Kraftfahrzeugs verwendbares Sternradgetriebe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Ein derartiges Sternradgetriebe ist beispielsweise aus der
DE 10 2014 209 939 A1 bekannt. Es handelt sich hierbei um eine Getriebeanordnung mit Sperrfunktion, welche als Teil eines elektromechanischen Aktuators in einer Vorrichtung zur Niveauregelung und/oder Spur-/Sturzverstellung eines Kraftfahrzeugs verwendbar ist. Ein Antriebsrad als erstes Getriebeelement der bekannten Getriebeanordnung weist – in zueinander parallelen Ebenen liegend – einen Antriebsverzahnungsabschnitt und einen Antriebssperrabschnitt auf. Sowohl der Antriebsverzahnungsabschnitt als auch der Antriebssperrabschnitt erstreckt sich jeweils nur über einen Teil des Umfangs des Antriebsrades, wobei sich der Antriebsverzahnungsabschnitt und der Antriebssperrabschnitt diametral gegenüberliegen. Mittels des Antriebsrades ist ein zweites Getriebeelement der bekannten Getriebeanordnung wahlweise antreibbar oder sperrbar. Beim Antrieb des zweiten Getriebeelementes treibt der Antriebsverzahnungsabschnitt eine Abtriebsverzahnung des zweiten Getriebeelementes an. Dagegen greift in der gesperrten Stellung der Getriebeanordnung der Antriebssperrabschnitt in Konturen einer Steuerscheibe ein, welche dem zweiten Getriebeelement zuzurechnen ist.
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Eine weitere Bauform eines Fahrwerksaktuators, welches ein Getriebe mit einem Sternrad aufweist, ist zum Beispiel in der
DE 10 2014 213 121 A1 beschrieben. Das Getriebe ist in diesem Fall als Malteserkreuzgetriebe ausgebildet, wobei eine Sperrscheibe des Getriebes mit einem Sternrad des Getriebes zusammenwirkt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gegenüber dem Stand der Technik weiterentwickeltes, in einem Fahrwerksaktuator verwendbares Sternradgetriebe anzugeben, welches sich sowohl durch eine rationelle Herstellbarkeit als auch durch ein besonders günstiges Verhältnis zwischen im bestimmungsgemäßen Betrieb auftretenden mechanischen Belastungen und Bauraumbedarf auszeichnet.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Sternradgetriebe mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Das Sternradgetriebe umfasst in an sich bekanntem Grundaufbau zwei Getriebeelemente, welche als Antriebselement beziehungsweise als Abtriebselement nutzbar sind. Hierbei treibt in einem ersten Betriebszustand das als Antriebselement fungierende Getriebeelement das zweite Getriebeelement an, wogegen in einem zweiten möglichen Betriebszustand das erste Getriebeelement das zweite Getriebeelement blockiert. Das erste Getriebeelement weist ein erstes Zahnrad mit einer partiellen Umfangsverzahnung, das heißt einer Außenverzahnung, welche sich lediglich über einen Teil des Umfangs des Zahnrades erstreckt, auf. Zusätzlich zum ersten Zahnrad weist das erste Getriebeelement ein Sperrelement auf.
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Das zweite Getriebeelement ist als Sternrad gestaltet und weist ein zweites Zahnrad auf, welches mit dem ersten Zahnrad zusammenwirkt, sofern die partielle Umfangsverzahnung des ersten Zahnrades mit der Außenverzahnung des zweiten Zahnrades kämmt. Ferner weist das zweite Getriebeelement eine mit dem zweiten Zahnrad verbundene Steuerscheibe auf, welche zur Zusammenwirkung mit dem Sperrelement des ersten Getriebeelementes ausgebildet ist. Erfindungsgemäß ist das erste Zahnrad innerhalb des ersten Getriebeelementes gedämpft gelagert.
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Obwohl Fahrwerksaktuatoren, für welche das Sterngetriebe geeignet ist, im Vergleich zu anderen Komponenten, beispielsweise Getriebekomponenten, in einem Kraftfahrzeug nur während eines vergleichsweise kleinen Teils der Gesamtbetriebsdauer des Kraftfahrzeugs in Betrieb sind, sind mittels der gedämpften Lagerung des ersten Zahnrades signifikante Vorteile, insbesondere was akustische Eigenschaften sowie Verschleiß betrifft, erzielbar.
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In bevorzugter Ausgestaltung ist die Dämpfung des ersten Zahnrades innerhalb des ersten Getriebeelementes anisotrop ausgestaltet. Dies bedeutet, dass eine betragsmäßig festgelegte Kraft, die an einem bestimmten Punkt des Zahnrades angreift, zu Auslenkungen um unterschiedliche Beträge führt, je nachdem, in welcher Richtung die Kraft wirkt. Vorzugsweise ist das erste Zahnrad in Umfangsrichtung weicher gedämpft als in radialer Richtung. Dies bedeutet, dass eine in tangentialer Richtung an einem Punkt am Umfang des ersten Zahnrades angreifende Kraft zu einer Verschwenkung dieses Zahnrades führt, wobei der Bogen, welcher durch die Verlagerung des Punktes beschrieben wird, länger ist als eine in Radialrichtung des Zahnrades gemessene Auslenkung des Punktes, welche bei einer Belastung des Punktes mit einer Radialkraft des entsprechenden Betrages festzustellen wäre. In Axialrichtung des ersten Zahnrades ist dieses nicht notwendigerweise gedämpft gelagert. Falls überhaupt eine Dämpfung in Axialrichtung gegeben ist, so ist die Dämpfung in dieser Richtung vorzugsweise härter als in jeder anderen Richtung, insbesondere härter als die Dämpfung in tangentialer Richtung des ersten Zahnrades.
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In jedem Fall führt die gedämpfte Lagerung des ersten Zahnrades innerhalb des ersten Getriebeelementes zu einer zumindest geringfügigen Verlagerung der Umfangsverzahnung gegenüber weiteren Bestandteilen des ersten Getriebeelementes, sobald das erste Zahnrad in Eingriff mit dem zweiten Zahnrad gebracht wird. Auf diese Weise werden Spannungsspitzen beim Übergang zwischen dem gesperrten Zustand des Sternradgetriebes und dem Antriebsmodus vermieden oder im Vergleich zu herkömmlichen Sternradgetrieben mit ausschließlich ungedämpft gelagerten Zahnrädern zumindest deutlich reduziert.
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Die Dämpfung des ersten Zahnrades innerhalb des ersten Getriebeelementes ist beispielsweise als Elastomerdämpfung gestaltet. Im Extremfall ist ein einziges Dämpfungselement zur gedämpften Lagerung des ersten Zahnrades ausreichend. In bevorzugter Ausgestaltung wird eine Mehrzahl an Dämpfungselementen, insbesondere Elastomerdämpfern, verwendet, um das erste Zahnrad hauptsächlich in Umfangsrichtung gedämpft zu lagern.
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Hinsichtlich prinzipieller Möglichkeiten, ein mit einem Drehmoment belastbares Teil innerhalb einer Umgebungskonstruktion gedämpft zu lagern, wird beispielhaft auf die Dokumente
DE 10 2014 208 803 A1 und
DE 10 2013 225 978 A1 verwiesen, welche Wankstabilisatoren von Kraftfahrzeugen betreffen.
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Im vorliegenden Fall ist Dämpfung des ersten Zahnrades einerseits ausreichend weich, um mechanische Belastungen, welche insbesondere bei Umschaltvorgängen zwischen dem gesperrten Zustand und dem nicht gesperrten Zustand des Sternradgetriebes auftreten zu können, in gewünschter Weise zu limitieren; andererseits sind die maximalen, gegen die auftretenden Dämpfungskräfte möglichen Verlagerungen des ersten Zahnrades derart gering, dass die Drehmomentübertragung zwischen dem ersten Zahnrad und dem zweiten Zahnrad praktisch nicht von der exakten Positionierung des ersten Zahnrades innerhalb des ersten Getriebeelementes abhängt.
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Gemäß einer möglichen Ausgestaltung ist das erste Zahnrad auf einem Zapfen eines Trägerelementes des ersten Getriebeelementes angeordnet. Der Zapfen des Trägerelementes ist vorzugsweise als Hohlzapfen ausgebildet, so dass in diesen beispielsweise eine Gleitbuchse oder eine Anordnung aus zwei Gleitbuchsen eingesteckt werden kann, welche eine Gleitlagerung des ersten Getriebeelementes ermöglicht.
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Im Unterschied zum ersten Zahnrad ist das Sperrelement vorzugsweise starr mit dem Trägerelement, insbesondere mit dem Zapfen, verbunden. Beispielsweise ist das Sperrelement auf den Zapfen aufgepresst. Durch die starre Verbindung des Sperrelementes mit dem Trägerelement ist im gesperrten Zustand des Sternradgetriebes eine feste Kopplung zwischen den beiden Getriebeelementen gegeben.
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Eine Weiterentwicklung des Sternradgetriebes sieht eine drehfeste Kopplung des ersten Zahnrades mit einem weiteren Zahnrad, nämlich einem Antriebszahnrad, vor. Im Unterschied zum ersten Zahnrad ist das Antriebszahnrad an seinem gesamten Umfang verzahnt. Das Antriebszahnrad kann mit dem genannten Trägerelement fest verbunden oder identisch sein.
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In besonders vorteilhafter Ausgestaltung sind durch das Antriebszahnrad Wandungen von Dämpfungskammern gebildet, mittels welcher die gedämpfte Lagerung des ersten Zahnrades bewerkstelligt ist. Das Antriebszahnrad kann hierbei ein- oder mehrteilig aufgebaut sein. In beiden Fällen greifen in die Dämpfungskammern Abschnitte des ersten Zahnrades oder eines mit dem ersten Zahnrad verbundenen Bauteils ein. Weiter sind die Dämpfungskammern Dämpfungsmittel, insbesondere Elastomerdämpfer, eingelegt. Prinzipiell ist auch eine hydraulische Dämpfung des ersten Zahnrades möglich, wobei auch in diesem Fall Wandungen von Dämpfungskammern durch das Antriebszahnrad gebildet sein können.
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In allen Fällen ist das erste, lediglich partiell verzahnte Zahnrad vorzugsweise axial zwischen dem Sperrelement und dem Antriebszahnrad angeordnet, wobei das Antriebszahnrad in bevorzugter Ausgestaltung einen größeren Teilkreisdurchmesser als das erste Zahnrad aufweist. Dies bedeutet, dass das Antriebszahnrad in Radialrichtung über das erste Zahnrad hinausragt und mit dem zweiten Zahnrad überlappt. Anders ausgedrückt: Zwischen zwei zueinander parallelen, durch den Teilkreis der Verzahnung des Antriebszahnrades sowie durch den Teilkreis der Außenverzahnung des zweiten Zahnrades beschriebenen Zylindern ist eine Überschneidung gegeben.
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Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigen:
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1 ein Sternradgetriebe in Explosionsdarstellung,
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2 eine Seitenansicht des Sternradgetriebes im Vollschnitt,
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3 eine Draufsicht auf das Sternradgetriebe.
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Ein insgesamt mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichnetes Sternradgetriebe ist zur Verwendung in einer Vorrichtung zur Niveauverstellung eines Kraftfahrzeugs vorgesehen. Hinsichtlich der prinzipiellen Funktion des Sternradgetriebes 1 wird auf den eingangs zitierten Stand der Technik verwiesen.
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Das Sternradgetriebe 1 umfasst zwei Getriebeelemente 2, 3, welche auch als Antriebselement 2 und Abtriebselement 3 bezeichnet werden. Das erste Getriebeelement 2, nämlich Antriebselement, weist ein erstes Zahnrad 4 mit einer partiellen Umfangsverzahnung 5 auf. Das erste Zahnrad 4 mit der sich nur über einen Teil dessen Umfangs erstreckender Umfangsverzahnung 5 wird auch als Sternritzel bezeichnet.
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Im nicht verzahnten Umfangsabschnitt des ersten Zahnrades 4 weist dieses eine glatte, zylindrische Mantelfläche auf. Das erste Zahnrad 4 ist auf einem Zapfen 6 eines Trägerelementes 7, welches ebenfalls dem ersten Getriebeelement 2 zuzurechnen ist, in gedämpfter Weise gelagert. Der Zapfen 6 des Trägerelementes 7 ist als Hohlzapfen ausgebildet, in welchen Gleitbuchsen 8, 9 eingesteckt sind. Mit Hilfe dieser Gleitbuchsen 8, 9 ist das erste Getriebeelement 2 in nicht weiter dargestellter Weise in einer Umgebungskonstruktion gleitgelagert. Ein Antriebszahnrad 10 des ersten Getriebeelementes 2 stellt eine Komponente des Trägerelementes 7 dar und ist im Ausführungsbeispiel einstückig mit dem Zapfen 6 verbunden. Eine durch das Antriebszahnrad 10 gebildete zylindrische Hülse 11 ist radial innerhalb dessen Verzahnung angeordnet und zum ersten Zahnrad 4 hin offen.
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Zwischen der Hülse 11 und dem Zapfen 6 ist ein Ringraum gebildet, welcher in mehrere Dämpfungskammern 12 unterteilt ist. In jede dieser Dämpfungskammern 12 ist ein Dämpfungselement 13 in Form eines Elastomerdämpfers eingelegt. Die Dämpfungselemente 13 kontaktieren jeweils zur Drehmomentübertragung geeignete Strukturen des Antriebszahnrades 10 sowie des ersten Zahnrades 4, so dass das Zahnrad 4 gegenüber dem restlichen Getriebeelement 2 gegen eine durch die Dämpfungselemente 13 generierte Dämpfungskraft verschwenkbar ist. Gleichzeitig ist der Verdrehwinkel zwischen dem Trägerelement 7 und dem ersten Zahnrad 4 begrenzt.
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In Axialrichtung ist das erste Zahnrad 4 einerseits auf dem Antriebszahnrad 10 gleitgelagert. Ebenso ist das erste Zahnrad 4 auf seiner zweiten, in der Anordnung nach 2 oberen Stirnseite gleitgelagert, wobei in diesem Fall eine Verlagerung des ersten Zahnrades 4 in axialer Richtung durch ein auch als Gleitlagerelement fungierendes Sperrelement 14 unterbunden wird, welches fest, insbesondere durch eine Pressverbindung, mit dem Zapfen 6 verbunden ist.
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Das Sperrelement 14 weist eine Sperrkontur 15 auf, welche sich – analog zur Umfangsverzahnung 5 – nur über einen Teil des Umfangs des entsprechenden Elementes, das heißt in diesem Fall des Sperrelementes 14, erstreckt und der Umfangsverzahnung 5 diametral gegenüber liegt. Je nach Betriebszustand des Sternradgetriebes 1 wirkt entweder die Umfangsverzahnung 5 oder die Sperrkontur 15 mit dem zweiten Getriebeelement 3 zusammen.
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Das zweite Getriebeelement 3 ist zusammengesetzt aus einem zweiten Zahnrad 16 und einer Steuerscheibe 17, welche als Sperrkulisse fungiert. Eine Außenverzahnung 18 des zweiten Zahnrades 16 erstreckt sich um dessen gesamten Umfang. Die Steuerscheibe 17 weist mehrere, im Ausführungsbeispiel acht, konkave Steuerkonturen 19 auf, welche jeweils zur formschlüssigen Zusammenwirkung mit der Sperrkontur 15 ausgebildet sind. Greift die konvex geformte Sperrkontur 15 in eine der Steuerkonturen 19 ein, so ist eine Verdrehung des zweiten Getriebeelementes 3 durch das erste Getriebeelement 2 blockiert.
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Wird von einem solchen blockierten Zustand aus, wie er in den 2 und 3 dargestellt ist, das erste Getriebeelement 2 einschließlich des ersten Zahnrades 4 weitergedreht, so gelangt die Umfangverzahnung 5 in Eingriff mit der Außenverzahnung 18. Hierbei tritt die mit Hilfe der Elastomerdämpfer 13 verwirklichte Dämpfung des ersten Zahnrades 4 in Funktion.
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Sobald bei einer Rotation des ersten Getriebeelementes 2 ein Kontakt zwischen der Umfangsverzahnung 5 und der Außenverzahnung 18 hergestellt ist, wird eine auf das erste Zahnrad 4 wirkende Tangentialkraft, kombiniert mit einer Radialkraft, generiert. Diese Kräfte sorgen dafür, dass sich das erste, gedämpft gelagerte Zahnrad 4 innerhalb des ersten Getriebeelementes 2 zumindest geringfügig verlagert.
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Durch die Elastomerdämpfer 13 wird die Verlagerung des ersten Zahnrades 4 zunächst gedämpft und letztlich gestoppt. Dies bedeutet für einen schonenden, kontinuierlichen Drehmomentaufbau beim Antrieb des zweiten Getriebeelementes 3 durch das erste Getriebeelement 2, welcher sowohl der Lebensdauer als auch den akustischen Eigenschaften des Sternradgetriebes 1 zugutekommt.
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Das Sternradgetriebe 1 ist insgesamt als Untersetzungsgetriebe aufgebaut. Der Teilkreisdurchmesser der Außenverzahnung 18 beträgt ein Mehrfaches des Teilkreisdurchmessers der Umfangsverzahnung 5 des ersten Zahnrades 4. Das Antriebszahnrad 10 weist einen Teilkreisdurchmesser auf, welcher größer als der Teilkreisdurchmesser der Umfangsverzahnung 5 des ersten Zahnrades 4, jedoch geringer als der Teilkreisdurchmesser der Außenverzahnung 18 des zweiten Zahnrades 16 ist.
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Die in Axialrichtung gemessene Höhe des ersten Getriebeelementes 2 ist größer als die in derselben Richtung gemessene Höhe des zweiten Getriebeelementes 3. Beide Getriebeelemente 2, 3 sind in Axialrichtung derart kompakt aufgebaut, dass beim Betrieb des Sternradgetriebes 1 keine signifikanten Kippmomente auftreten. Die Außenverzahnung 18 sowie die Umfangsverzahnung 5 sind derart gestaltet und auf die Eigenschaften der gedämpften Lagerung des ersten Zahnrades 4 abgestimmt, dass die Drehmomentübertragung zwischen dem ersten Getriebeelement 2 und dem zweiten Getriebeelement 3 praktisch nicht von der exakten, geringfügig variablen Positionierung des ersten Zahnrades 4 innerhalb des ersten Getriebeelementes 2 abhängig ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Sternradgetriebe
- 2
- Erstes Getriebeelement
- 3
- Zweites Getriebeelement, Sternrad
- 4
- Erstes Zahnrad
- 5
- Umfangsverzahnung
- 6
- Zapfen
- 7
- Trägerelement
- 8
- Gleitbuchse
- 9
- Gleitbuchse
- 10
- Antriebszahnrad
- 11
- Hülse
- 12
- Dämpfungskammer
- 13
- Elastomerdämpfer, Dämpfungselement
- 14
- Sperrelement
- 15
- Sperrkontur
- 16
- Zweites Zahnrad
- 17
- Steuerscheibe
- 18
- Außenverzahnung
- 19
- Steuerkontur
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102014209939 A1 [0002]
- DE 102014213121 A1 [0003]
- DE 102014208803 A1 [0011]
- DE 102013225978 A1 [0011]
