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Die Erfindung betrifft Antriebsaggregat für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für einen Kraftwagen, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Ein solches Antriebsaggregat für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für einen Kraftwagen, ist beispielsweise bereits der
DE 10 2015 016 718 A1 als bekannt zu entnehmen. Das Antriebsaggregat weist eine Verbrennungskraftmaschine zum Antreiben des Kraftfahrzeugs auf, wobei die Verbrennungskraftmaschine wenigstens ein Motorgehäuse und eine beispielsweise als Kurbelwelle ausgebildete Abtriebswelle umfasst. Das Antriebsaggregat umfasst ferner ein drehfest mit der Welle verbundenes erstes Zahnrad auf, welches eine aus einem Stahl gebildete erste Verzahnung aufweist. Außerdem ist wenigstens ein zweites Zahnrad vorgesehen, welches eine aus einem Kunststoff gebildete zweite Verzahnung aufweist, die in die erste Verzahnung eingreift. Somit kämmen die Zahnräder über ihre Verzahnungen miteinander. Mit anderen Worten stehen die Zahnräder über ihre Verzahnungen in Eingriff miteinander.
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Des Weiteren offenbart die
EP 1 723 325 B1 einen Motorhilfsantrieb eines Kraftfahrzeugs, mit einem Zahnradgetriebe, das ein erstes und ein zweites Zahnrad mit Zahnflanken aufweist, die miteinander in Eingriff stehen.
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Aus der
DE 10 2014 210 246 A1 ist ein Schmierritzenmodul zum Aufbringen eines Schmiermittels auf ein zu schmierendes Element, insbesondere auf ein Zahnrad, bekannt.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Antriebsaggregat der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass ein besonders verschleißarmer Betrieb realisiert werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch ein Antriebsaggregat mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
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Um ein Antriebsaggregat der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass ein besonders verschleißarmer Betrieb realisiert werden kann, woraus eine besonders hohe Lebensdauer des Antriebsaggregat realisiert werden kann, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Antriebsaggregat wenigstens einen zumindest teilweise in dem Motorgehäuse verlaufenden und von Öl durchströmbaren Olkanal und wenigstens eine mittels des Ölkanals mit dem den Ölkanal durchströmenden Öl versorgbare und auf wenigstens eine der Verzahnungen direkt ausgerichtete Olspritzdüse aufweist, mittels welcher das Öl, mit welcher die Ölspritzdüse versorgbar ist beziehungsweise versorgt wird, direkt gegen die wenigstens eine Verzahnung spritzbar ist beziehungsweise gespritzt wird.
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Der Erfindung liegt dabei die Erkenntnis zugrunde, dass bei der Verwendung von Kunststoffzahnrädern, das heißt bei der Verwendung von Zahnrädern mit jeweiligen Kunststoffverzahnungen in einem verbrennungsmotorischen Betrieb die Festigkeit und die hohen Betriebstemperaturen zwei lebensdauerbegrenzende Faktoren sind. Diese Faktoren können mittels der Erfindung positiv beeinflusst werden, da durch das direkte Spritzen des Öls gegen die wenigstens eine Verzahnung, insbesondere die Zahnflanken der wenigstens einen Verzahnung, können übermäßige Temperaturen der Zahnräder und somit insbesondere des als Kunststoffzahnrad ausgebildeten zweiten Zahnrads vermieden werden, sodass ein besonders verschleißarmer Betrieb gewährleistet werden kann. Hierdurch kann das Kunststoffzahnrad auch für Motoren mit hoher Leistung und/oder hohem Drehmoment verwendet werden, wobei durch die Verwendung eines solchen Kunststoffzahnrads das Gewicht und die Kosten des Antriebsmotors besonders gering gehalten werden können. Außerdem kann durch die Verwendung eines solchen Kunststoffzahnrads ein besonders vorteilhaftes Geräuschverhalten realisiert werden, was auch als NVH-Verhalten (NVH - noise vibration harshness) bezeichnet wird.
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Da das zweite Zahnrad als Kunststoffzahnrad und das erste Zahnrad als Stahlzahnrad ausgebildet ist, bilden bei dem erfindungsgemäßen Antriebsaggregat die Zahnräder, welche über ihre Verzahnungen miteinander in Eingriff stehen, eine HybridZahnradanordnung. Durch die Verwendung des Ölkanals und der Ölspritzdüse, mittels welcher das Öl direkt gegen die wenigstens eine Verzahnung gespritzt wird, ist darüber hinaus ein Kühlungssystem geschaffen, um einen besonders verschleißarmen Betrieb zu realisieren. Dadurch kann das Kunststoffzahnrad besonders vorteilhaft für verbrennungsmotorische Anwendungen verwendet werden.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Die Zeichnung zeigt in:
- 1 ausschnittsweise eine schematische Perspektivansicht eines erfindungsgemäßen Antriebsaggregats für ein Kraftfahrzeug;
- 2 ausschnittsweise eine schematische Draufsicht zweier Zahnräder des Antriebsaggregats;
- 3 ausschnittsweise eine weitere schematische Draufsicht der Zahnräder;
- 4 ausschnittsweise eine weitere schematische Draufsicht der Zahnräder;
- 5 ausschnittsweise eine schematische Draufsicht eines Motorgehäuses des Antriebsaggregats;
- 6 ausschnittsweise eine schematische Schnittansicht des Motorgehäuses;
- 7 ausschnittsweise eine schematische Vorderansicht eines der Zahnräder gemäß einer möglichen Ausführungsform; und
- 8 ausschnittsweise eine schematische Seitenansicht des Antriebsaggregats gemäß einer möglichen Ausführungsform.
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In den Fig. sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt ausschnittsweise in einer schematischen Perspektivansicht ein Antriebsaggregat 10 für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für einen als Personenkraftwagen ausgebildeten Kraftwagen. Wie in Zusammenschau mit 5 und 6 erkennbar ist, umfasst das Antriebsaggregat 10 eine Verbrennungskraftmaschine 12 zum Antreiben des Kraftfahrzeugs, wobei die Verbrennungskraftmaschine 12 wenigstens ein Motorgehäuse 14 und eine beispielsweise als Kurbelwelle ausgebildete und in 1 besonders schematisch dargestellte Abtriebswelle 16 aufweist. Die Abtriebswelle 16 ist um eine Drehachse relativ zu dem Motorgehäuse 14 drehbar, wobei die Verbrennungskraftmaschine 12 beispielsweise über die Abtriebswelle 16 Drehmomente zum Antreiben des Kraftfahrzeugs bereitstellen kann. Das Antriebsaggregat 10 umfasst darüber hinaus eine Hybridzahnradanordnung 18, welche ein erstes Zahnrad 20 mit einer aus einem Stahl gebildeten ersten Verzahnung 22 aufweist. Des Weiteren umfasst die Hybridzahnradanordnung 18 und somit das Antriebsaggregat 10 zweite Zahnräder 24, welche jeweils eine aus einem Kunststoff gebildete zweite Verzahnung 26 aufweisen. Die jeweilige zweite Verzahnung 26 steht dabei in Eingriff mit der ersten Verzahnung 22, sodass das Zahnrad 20 über die Verzahnungen 22 und 26 mit den Zahnrädern 24 kämmt. Darüber hinaus ist ein drittes Zahnrad 28 der Hybridzahnradanordnung 18 vorgesehen, wobei das dritte Zahnrad 28 eine aus einem Stahl gebildete dritte Verzahnung 30 aufweist. Die dritte Verzahnung 30 greift in genau eine der Verzahnungen 26 ein. Die Zahnräder 20 und 28 sind somit als Stahlzahnräder ausgebildet, während die Zahnräder 24 als Kunststoffzahnräder ausgebildet sind. aus 1 ist erkennbar, dass das Zahnrad 28 einen integrierten Wellenstumpf 32 aufweist. Darüber hinaus ist das Zahnrad 28 als ein Ausgleichszahnrad ausgebildet, über welches ein Massenausgleich zum Ausgleichen zu den von der Verbrennungskraftmaschine auftretenden Massenkräften antreibbar ist.
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Das als Stahlzahnrad ausgebildete Zahnrad 20 ist auf der Abtriebswelle 16 angeordnet und drehfest mit der Abtriebswelle 16 verbunden, insbesondere derart, dass das Zahnrad 20 mittels eines Presssitzes drehfest mit der Abtriebswelle 16 verbunden ist. Das jeweilige Zahnrad 24 ist als Kunststoff-Hybrid-Zahnrad ausgebildet, da das jeweilige Zahnrad 24 die aus Kunststoff gebildete Verzahnung 26 und wenigstens einen jeweiligen Grundkörper 34 aufweist. Der jeweilige Grundkörper 34 und die jeweilige Verzahnung 26 sind beispielsweise aus voneinander unterschiedlichen Werkstoffen gebildet, wobei der jeweilige Grundkörper 34 aus einem metallischen Werkstoff oder aber aus einem weiteren Kunststoff gebildet sein kann. Dabei ist die jeweilige Verzahnung 26 auf dem jeweiligen Grundkörper 34 angeordnet. Insbesondere ist die jeweilige Verzahnung 26 als ein Ring, insbesondere als ein Verzahnungsring, ausgebildet, welche auf dem jeweiligen Grundkörper 34 angeordnet ist.
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Darüber hinaus weist das bezogen auf die Bildebene von 1 rechte Zahnrad 24 ein integriertes Kugellager 36 auf, welches beispielsweise zumindest teilweise aus einem metallischen Werkstoff gebildet ist. Beispielsweise ist der Grundkörper 34 an das Kugellager 36, insbesondere an einen Außenring des Kugellagers 36, angespritzt. Das bezogen auf die Bildebene von 1 rechte Zahnrad 24 ist ein Zwischenrad, insbesondere ein Kunststoff-Hybrid-Zwischenrad, da das aus Stahl-Ausgleichsrad ausgebildete Zahnrad 28 über das rechte Zahnrad 24 von dem Zahnrad 20 und somit von der Abtriebswelle 16 antreibbar ist.
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Das bezogen auf die Bildebene von 1 linke Zahnrad 24 weist einen integrierten Wellenstumpf 38 auf, welcher beispielsweise aus eine metallische Werkstoff gebildet sein kann. Dabei ist beispielsweise der Grundkörper 34 gegen den Wellenstumpf 38 gespritzt. Darüber hinaus ist das als Kunststoff-Hybrid-Zahnrad ausgebildete, linke Zahnrad 24 beispielsweise als Kunststoff-Hybrid-Ausgleichsrad ausgebildet, über welches ein oder der Massenausgleich zum Ausgleichen von bei der Verbrennungskraftmaschine auftretenden Massenkräften antreibbar ist.
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Die Zahnräder 24 werden auch als Kunststoffzahnräder bezeichnet da ihre Verzahnungen 26 aus einem jeweiligen Kunststoff gebildet sind. Dabei ist das Kühlen der Kunststoffzahnräder aus werkstofflichen Gründen besonders vorteilhaft, da sich mit steigenden Temperaturen abfallende Steifigkeiten und sinkende Festigkeiten im jeweiligen Kunststoff einstellen, die zu erheblichem Verschleiß führen können. Die mit steigenden Temperaturen einhergehende Wärmeausdehnung ist wegen des großen Wärmeausdehnungskoeffizienten der eingesetzten Kunststoffe ein weiteres Problem, da dies das Zahnflankenspiel stark beeinflusst und im schlimmsten Fall zu einer Überdeckung beziehungsweise zu einem Klemmen der auch als Zahnradtrieb bezeichneten Hybridzahnradanordnung 18 führen kann. Die erforderliche Wärmeabfüllleistung kann aufgrund der geringen Berührung zwischen den in Eingriff stehenden Zähnen aus Stahl während des Abwälzens beziehungsweise während der Drehbewegung nur unzureichend übertragen werden.
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Kunststoff und Stahl haben dabei unterschiedliche Festigkeiten. Es ist daher aus Festigkeitsgründen günstig, die jeweilige Verzahnung 22, 26, beziehungsweise 30 als Evolventenverzahnung auszugestalten und das evolventische Zahnprofil auf den Teilkreis zu verschieben und so den Zahn aus Kunststoff zu verbreitern, was beispielsweise aus 2 am Beispiel der Zahnräder 20 und 24 erkennbar ist. Im Gegenzug muss der Zahn aus Stahl schmaler gemacht werden, um die entsprechende Teilung einzuhalten. Aus 3 ist erkennbar, wie die in 3 gestrichelt dargestellte ursprüngliche Evolventenverzahnung durch die Verschiebung der Flanken zu einem breiteren Kunststoffzahn führt, dessen Geometrie in 3 durch durchgezogene Linien dargestellt ist.
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Eine besonders vorteilhafte Kühlung lässt sich durch eine Oberflächenvergrößerung zur Konvektionskühlung realisieren. hierzu kann auf wenigstens einer Stirnseite oder aber auf beiden Stirnseiten, insbesondere des jeweiligen Zahnrads 24, die Wärmeabfuhr durch Vergrößerung der Oberfläche zum Beispiel durch Kühlrippen und/oder Kühltaschen verbessert werden. Durch die Rotation der Zahnräder und/oder durch ein vorzugsweise als Öl ausgebildetes Schmiermittel wird die Wärme aus den Zahnrädern auf der Stahl- und/oder Kunststoffseite abgeführt. Die Kühlrippen beziehungsweise Kühltaschen können spiralförmig und/oder gradlinig angeordnet sein. Idealer Weise bildet sich ein Sog aus, der das als Kühlmedium verwendete Schmiermittel an das jeweilige Zahnrad saugt.
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Alternativ oder zusätzlich kann eine Verbesserung des Wärmetransports durch Metalleinleger realisiert werden, welche auch als Metalleinsätze oder Metallinserts bezeichnet werden. Im Vergleich zu Metallen haben die für Zahnräder eingesetzten Kunststoffe eine deutlich schlechtere Wärmeleitfähigkeit. Wird ein metallisches Einsatzteil in das Kunststoffzahnrad eingegossen, so fungiert dieses als Wärmebrücke und transportiert so die Wärme aus dem Kunststoffzahn. Eine Möglichkeit, dies kostengünstig darzustellen, ist die Ausführung als ein einteiliges Lochblech. Alternativ oder zusätzlich kann eine Profilkorrektur zur Verbesserung der Tragfähigkeit vorgesehen sein. Die elastische Verformung des jeweiligen Kunststoffzahns des jeweiligen Kunststoffzahnrads und der Drehmomente auf dem Berührzahn aus Stahl gleicht einen hohen Anteil des Zahnflankenspiels aus und ist somit schwingungsdämpfend für eine insgesamt geringere Geräuschemission verantwortlich. Dies ermöglicht, bei der Verwendung von Kunststoffzahnrädern bei gleichem oder sogar besserem Geräuschverhalten auf eine Verspannung der Zahnräder zu verzichten. Dies ermöglicht eine kostengünstige Gestaltung des beispielsweise als Lancaster-Antrieb ausgebildeten Massenausgleichs. Der geringe E-Modul des Kunststoffs und die damit verbundene Elastizität lässt die Zähne auch an Zahnräder mit größeren Teilungs- und Zahnprofilfehlern geräuscharm laufen. Es kann daher auch auf ein kostenintensives Zahnflankenschleifen verzichtet werden. Die gute Tribologie des Kunststoffs und die geringeren Zahnkräfte ermöglichen es zudem, auf ein Härten des Stahlzahnrads zu verzichten, ohne Verschleißeffekte wie Grüppchenbildung befürchten zu müssen.
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Das jeweilige Kunststoffzahnrad kann auf folgende Weise hergestellt werden: zunächst wird der auch als Außenring bezeichnete Zahnring aus dem Kunststoff, insbesondere aus PEEK, mit der jeweiligen Verzahnung in einem Spritzguss-Prozess hergestellt. Der Außenring wird anschließend zusammen mit wenigstens einem metallischen Bauteil oder mit mehreren metallischen Bauteilen des jeweiligen Kunststoffzahnrads in eine weitere Spritzgussform eingelegt und mit einem weiteren Kunststoff wie PPS versehen, insbesondere gefüllt. Bei dem metallischen Bauteil kann es sich um einen Kühlkörper und/oder das zuvor genannte Einsatzteil und/oder eine Nabe und/oder das Kugellager 36 und/oder den Wellenstumpf 38 handeln. Der PPS ist hierbei idealer Weise glasfaserverstärkt, um einen großen E-Modul und damit eine hohe Bauteilsteifigkeit zu erreichen. Dies bedeutet, dass beispielsweise der Grundkörper 34 aus dem zuvor genannten PPS hergestellt ist. Insbesondere ist aus 1 erkennbar, dass der jeweilige Außenring über den Grundkörper 34 mit dem metallischen Bauteil wie beispielsweise dem Kugellager 36 beziehungsweise dem Wellenstumpf 38 verbunden ist.
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Als besonders vorteilhaft hat sich eine aktive Kühlung gezeigt, um einen besonders verschleißarmen Betrieb des Antriebsaggregats 10 realisieren zu können. Einer solchen Ausgestaltung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass Kunststoffzahnräder schlechte Wärmeleiter sind. Die erzielte Minimierung der Reibleistung zwischen den Werkstoffpaarungen aus Stahl- und Kunststoffzahnrädern reicht üblicherweise nicht aus, um die durch Eigenerwärmung der Kunststoffzahnräder eingebrachte Energie wieder abzuführen. Gerade bei hohen Drehzahlen und hohen Lasten wird der Rädertrieb dynamisch hoch angeregt. Es ist eine zusätzliche aktive Kühlung beispielsweise mit auch als Motoröl bezeichnetem Öl vorteilhaft. Hierzu sind unterschiedliche Möglichkeiten denkbar:
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Das Antriebsaggregat 10 weist beispielsweise wenigstens einen zumindest teilweise in dem Motorgehäuse 14 verlaufenden und von dem Öl durchströmbaren Ölkanal und wenigstens eine oder mehrere mittels des Ölkanals mit dem den Ölkanal durchströmenden Öl versorgbare und auf wenigstens eine der Verzahnungen 22 und 26 direkt ausgerichtete Ölspritzdüsen auf, mittels welchen das Öl, mit welchen die Ölspritzdüsen versorgbar sind, direkt gegen die wenigstens eine Verzahnung 22 und 26 gespritzt wird. Der Ölkanal wird auch als Druckölversorgungskanal bezeichnet, wobei das Öl beispielsweise als Drucköl durch den Ölkanal strömt. Der Druckölversorgungskanal ist in dem beispielsweise als Zylinderkurbelgehäuse ausgebildeten Motorgehäuse 14 angeordnet beziehungsweise integriert. Am Austritt des Druckölversorgungskanals sind eine oder mehrere Ölspritzdüsen angeordnet. Die jeweilige Ölspritzdüse ist beispielsweise in Richtung der Zahnflanken ausgerichtet. Die Ölspritzdüsen können das Kunststoffrad, das Stahlzahnrad oder beide Zahnräder 20 und 24 gleichzeitig kühlen. Die maximale Kühlwirkung wird bei der Kühlung beider Zahnräder 20 und 24 erreicht. Die Ölspritzdüse spritzt das Öl beispielsweise als Ölstrahl auf, welcher in einem Auftreffpunkt direkt auf die jeweilige Verzahnung 22 und/oder 26 auftrifft. Der Auftreffpunkt des Ölstrahls kann vor dem jeweiligen Zahneingriff der Verzahnung 22 beziehungsweise 26 liegen, was in 4 durch einen Pfeil 40 veranschaulicht ist. Ferner ist es denkbar, dass der Auftreffpunkt des Ölstrahls nach dem Zahneingriff liegen kann, was in 4 durch einen Pfeil 42 veranschaulicht ist.
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Da die Ölkanäle fertigungstechnisch einen großen Durchmesser in der Größenordnung von etwa 5 bis 8 Millimetern aufweisen, ist zur Reduzierung des Durchflusses eine Drossel beziehungsweise Düse vorteilhaft. Diese hat beispielsweise einen Durchmesser von 0,5 bis 1 Millimeter. Dies reduziert das durchströmende Ölvolumen und somit die dafür notwendige Ölpumpenleistung erheblich.
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In 5 sind jeweilige Austritte der jeweiligen, beispielsweise als Ölkühlbohrungen ausgebildeten Ölkanäle mit 44 bezeichnet, wobei über die Austritte 44 beispielsweise das Öl zu den auch als Ausgleichswellenzahnrädern bezeichneten Ausgleichsrädern geführt werden kann. Des Weiteren ist beispielsweise der zuvor genannte Ölkanal in 6 erkennbar und dort mit 46 bezeichnet.
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Eine weitere, alternative oder zusätzliche Möglichkeit der Kühlung ist ein Zahnrad, das von innen mit Öl zur Kühlung versorgt wird. Somit ist beispielsweise das jeweilige Hybrid-Zahnrad mit einer inneren Ölzufuhr ausgestattet. Das Öl kann beispielsweise über eine Lagerstelle ähnlich wie bei Haupt- und Pleuellagern an einer Kurbelwelle zugeführt werden.
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Zur Lagerung dienen beispielsweise Gleitlager mit einem Anlaufbund, um jeweilige Kugellageranordnungen zu ersetzen. Hiermit wird auch ein großer Bauraumgewinn erzielt. Dieser Bauraum kann als Druckölreservoir und zu Kühlzwecken verwendet werden. Für die Abkühlung der Kunststoffzähne dienen aus einem Ringkanal, im Innendurchmesser beziehungsweise Ölversorgungsnut in der Gleitlagerbuchse beziehungsweise Gleitlagerschalen kommen, symmetrisch mehrfach angeordnet, sternförmig angeordnete Kühlkanäle mit mindestens einem Ölkanal, der im Zahnfußgrund beziehungsweise in den Zahnfüßen der jeweiligen Verzahnung endet beziehungsweise austritt. Der beziehungsweise die ölkanäle kann beziehungsweise können bei der Herstellung der Hybrid-Zahnräder kostengünstig als Hohlprofil integriert werden. Die Düsenaustrittsgeometrie im Zahnfußgrund wird thermisch umgeformt aus dem Mutterwerkstoff und wird vorzugsweise konisch tropfenförmig oder trompetenförmig angeordnet für eine Wärmeabtrags optimierte Kühlung.
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Der Düsenquerschnitt im Druckölkanal kann dabei im Querschnitt kreisförmig, vorzugsweise 0,6 Millimeter betragen. Die Öffnungsendkontur kann fächerförmig erzielt werden. Aufgrund der thermischen Spritzgießens der Kunststoffverzahnung ist ein Vorhalt für einen Querkanal zum Längskanal möglich. Eine finale thermische Umformung kann eine mehrfachdüsige Kühlkanalanordnung am Austrittsende des Sternkanals erzeugen. Vorteilhaft gestaltet ist ein Austrittsende in die Stahlzahn-Gegenrichtung vorgesehen, da das Ölvolumen zur Verdrängung vor beziehungsweise während die Stahl-Verzahnung in die Kunststoff-Verzahnung eingreift, also während der Abrollbewegung quasi eine voreilende Einspritzung in das zu verdrängende Zahnvolumen darstellt.
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Eine weitere Möglichkeit der Innenkühlung kann durch einen Ringölkanal dargestellt werden. Dieser wird in der Nähe des Zahnfußrades in den Körper des Zahnrads eingegossen. In einem weiteren Fertigungsschritt wird der Kanal mit einem Deckel durch einen geeigneten Schweißprozess, beispielsweise Ultraschallschweißen, von vorne verschlossen.
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Eine weitere Ausführungsform beziehungsweise Möglichkeit zur Kühlung ist in 7 dargestellt. 7 zeigt beispielsweise eine Nabe 47 für das jeweilige Zahnrad, insbesondere für das jeweilige Kunststoffzahnrad. Die Nabe 47 kann beispielsweise durch den Grundkörper 34 gebildet sein. Wie aus 7 erkennbar ist, ist die Nabe 47 beziehungsweise der Grundkörper 34 mit einem Schaufelprofil 48 ausgestaltet, welches mehrere, in Umfangsrichtung des jeweiligen Zahnrads aufeinanderfolgende Schaufeln 50 aufweist. Das Schaufelprofil 48 ist beispielsweise analog zu einer Leitschaufelanordnung einer Gasturbine ausgestaltet, sodass dann, wenn sich das das Schaufelprofil 48 aufweisende Zahnrad dreht, mittels des Schaufelprofils 48 Luft gefördert wird. Mittels der geförderten Luft kann das jeweilige Zahnrad besonders vorteilhaft und insbesondere aktiv gekühlt werden.
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Insbesondere kann mittels des Schaufelprofils 48 ein Ölnebel-Luft-Gemisch, das sich beispielsweise in einem Kurbelraum des Motorgehäuses 14 befindet, durch die Nabe 46 beziehungsweise durch das Schaufelprofil 48 gesaugt werden und so den Kunststoffkörper des Kunststoffzahnrads kühlen. Der Schrägungswinkel der Verzahnung sollte entgegengesetzt der Schrägungsrichtung der Schaufelgeometrie des Schaufelprofils 48 angeordnet sein, um eine möglichst hohe Steifigkeit des Zahnrads unter Belastung zu erreichen.
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Die in Zusammenhang mit 7 beschriebene Nabe 47 mit dem Schaufelprofil 48 kann mit einer Nabe mit einer Hohlkammer ergänzt werden, was in 8 dargestellt ist. 8 zeigt den beispielsweise als PEEK ausgebildeten und in 8 mit 52 bezeichneten Außenring, dessen Kunststoffverzahnung in 8 nicht dargestellt ist. Außerdem ist in 3 der beispielsweise aus PPS gebildete Grundkörper 34 erkennbar. Die zuvor genannte Hohlkammer ist in 8 mit 54 bezeichnet und dient der Kühloberflächenvergrößerung. Außerdem sind in 8 Austrittsöffnungen 56 erkennbar, über welche beispielsweise das zuvor genannte Gemisch aus der Nabe 47 austreten kann. Die auch als Leitschaufeln bezeichneten Schaufeln 50 weisen beispielsweise einen jeweiligen Drallkanal und einen jeweiligen Hinterschnitt auf. Des Weiteren ist in 8 das Kugellager 36 erkennbar, welches beispielsweise eine Lagerzapfenbefestigung im Motorgehäuse 14 aufweist. Ein Pfeil 58 veranschaulicht eine Strömungsrichtung des zuvor genannten Gemisches, wobei ein Pfeil 60 eine Drehung des Zahnrads um dessen Drehachse 62 veranschaulicht. Ferner veranschaulichen Pfeile 64 die zuvor genannte Strömung des Gemisches, insbesondere durch die Nabe 47 und dabei durch das Schaufelprofil 48. Dreht sich das Zahnrad, so wird - wie durch die Pfeile 64 veranschaulicht - das Gemisch mittels des Schaufelprofils 48 gefördert, und in Strömungsrichtung des Gemisches bildet sich vor dem Schaufelprofil 48 ein Überdruckbereich 66 und hinter dem Schaufelprofil 48 ein Unterdruckbereich 68 aus. Außerdem ist wenigstens eine statische Leerlaufbohrung 70 vorgesehen. Mit anderen Worten, das Schaufelprofil 48 erzeugt dann, wenn das Zahnrad um die Drehachse 62 gemäß dem Pfeil 60 gedreht wird, im Überdruckbereich 66 einen Überdruck und im Unterdruckbereich einen Unterdruck, durch welche das Ölnebel-Luft-Gemisch in Richtung von beispielsweise als Öffnungsbohrungen ausgebildeten Öffnungen 72, die in der Hohlkammer 54 im inneren des Zahnrads enden. Durch das große Volumen beziehungsweise die große Oberfläche der einfach auch als Kammer bezeichneten Hohlkammer 54 erfolgt ein besonders vorteilhafter Wärmeübertrag beziehungsweise Wärmeübergang aus der Nabe 47 an das sich in der Hohlkammer 54 befindende Ölnebel-Luft-Gemisch. Zum Unterdruckbereich 68 hin kann das Ölnebel-Luft-Gemisch über die Austrittsöffnungen 56 aus der Hohlkammer 54 entweichen.
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Die an sich geschlossene Hohlkammer 54 weist somit Zulauföffnungen in Form der Öffnungen 72 und Ablauföffnungen in Form der Austrittsöffnungen 56 auf, und dient der Vergrößerung der Kühloberfläche. Zum Verschließen der Hohlkammer 54 kann eine Zweiteiligkeit mit einem zusätzlichen Deckel vorgesehen sein, welcher beispielsweise durch Ultraschallverschweißung befestigt ist.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Antriebsaggregat
- 12
- Verbrennungskraftmaschine
- 14
- Motorgehäuse
- 16
- Abtriebswelle
- 18
- Hybridzahnradanordnung
- 20
- Zahnrad
- 22
- Verzahnung
- 24
- Zahnrad
- 26
- Verzahnung
- 28
- Zahnrad
- 30
- Verzahnung
- 32
- Wellenstumpf
- 34
- Grundkörper
- 36
- Kugellager
- 38
- Wellenstumpf
- 40
- Pfeil
- 42
- Pfeil
- 44
- Austritt
- 46
- Ölkanal
- 47
- Nabe
- 48
- Schaufelprofil
- 50
- Schaufel
- 52
- Außenring
- 54
- Hohlkammer
- 56
- Austrittsöffnungen
- 58
- Pfeil
- 60
- Pfeil
- 62
- Drehachse
- 64
- Pfeile
- 66
- Überdruckbereich
- 68
- Unterdruckbereich
- 70
- Leerlaufbohrung
- 72
- Öffnung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102015016718 A1 [0002]
- EP 1723325 B1 [0003]
- DE 102014210246 A1 [0004]
- DE 102014104284 A1 [0005]
- DE 102012102775 A1 [0005]
- DE 10239577 A1 [0005]
