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Die Erfindung betrifft ein Zahnrad, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Zahnrads gemäß dem Obergriff von Patentanspruch 4.
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Derartige Zahnräder, insbesondere für Kraftfahrzeuge, sowie derartige Verfahren zum Herstellen von solchen Zahnrädern sind aus dem allgemeinen Stand der Technik bereits hinlänglich bekannt. Das jeweilige Zahnrad weist eine Kegelradverzahnung auf, welche Zähne mit geschliffenen Zahnflanken aufweist. Somit ist es im Rahmen des jeweiligen Verfahrens vorgesehen, dass eine Kegelradverzahnung mit Zähnen hergestellt wird, deren Zahnflanken geschliffen werden.
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Des Weiteren offenbart die
EP 2 081 720 B1 ein Verfahren zum Schleifen zumindest einer Zahnflanke eines Kegelrads mittels eines Schleifwerkzeugs.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Zahnrad und ein Verfahren der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass ein besonders vorteilhaftes Geräuschverhalten des Zahnrads realisiert werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch ein Zahnrad mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 4 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
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Um ein Zahnrad der im Obergriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass ein besonders vorteilhaftes Geräuschverhalten des Zahnrads realisiert werden kann, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die jeweilige Zahnflanke des jeweiligen Zahns eine gezielt durch Schleifen hergestellte Welligkeit aufweist.
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Um somit ein Verfahren der im Oberbegriff des Patentanspruchs 4 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass ein besonders vorteilhaftes Geräuschverhalten des Zahnrads realisiert werden kann, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass durch das Schleifen gezielt eine jeweilige Welligkeit der jeweiligen Zahnflanke hergestellt wird. Der Erfindung liegt dabei insbesondere die Erkenntnis zugrunde, dass Zahnflanken von herkömmlichen, als Kegelzahnräder ausgebildeten Zahnrädern mittels speziellen Werkzeugmaschinen bearbeitet werden, indem die jeweilige Zahnflanke des jeweiligen Zahns einem Schleifprozess unterzogen und dadurch geschliffen wird. Durch prozessbedingte Schwingungen der Werkzeugmaschine werden bei dem Schleifprozess unerwünscht beziehungsweise ungewollt unregelmäßige Welligkeiten auf die Zahnflanke aufgebracht. Durch hochfrequente Oberflächenwelligkeiten werden Höherharmonische des Zahneingriffs angeregt, die zu einem unerwünschten und auch als NVH-Verhalten bezeichneten Geräuschverhaltens des Zahnrads und somit beispielsweise eines als Achsgetriebe ausgebildeten und das Zahnrad umfassenden Getriebes führen können. Das Getriebe kann insbesondere als Hinterachsgetriebe ausgebildet sein, wobei die ungewollten, unregelmäßigen Welligkeiten zu Geräuschen führen können, die von Insassen eines das Getriebe umfassenden Kraftfahrzeugs akustisch negativ wahrgenommen werden können.
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Um unerwünschte Geräusche zu vermeiden, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, die jeweilige Zahnflanke gezielt und somit gewünscht mit einer Welligkeit zu versehen. Mit anderen Worten ist erfindungsgemäß ein gezieltes Aufbringen der Welligkeit zur Erreichung einer speziellen Oberflächencharakteristik vorgesehen, insbesondere durch eine Überlagerung des Verfahrwegs mit einer wellenförmigen, mathematischen Grundgleichung. Dies bedeutet, dass durch das gezielte Aufbringen von Oberflächenwelligkeiten durch eine wellenförmige Überlagerung des Verfahrwegs mehrerer beziehungsweise unterschiedlicher Maschinenachsen bewusst Welligkeiten auf der Zahnflanke erzeugt werden, die die Amplituden der für das Gesamtsystem kritischen Frequenz überlagern und somit das Geräuschverhalten verbessern beziehungsweise optimieren.
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Im Rahmen des Verfahrens wird die jeweilige Zahnflanke mittels einer Werkzeugmaschine geschliffen, welche beispielsweise mehrere Maschinenachsen aufweist. Insbesondere wird die jeweilige Zahnflanke mittels eines Werkzeugs geschliffen, welches entlang und/oder um die jeweilige Maschinenachse bewegt werden kann. Hierzu wird das Werkzeug entlang eines Verfahrweges bewegt. Erfindungsgemäß ist nun eine gezielte Modifikation des grundsätzlich beziehungsweise ursprünglich vorgesehenen Verfahrwegs vorgesehen, um durch die gezielte Modifikation wenigstens eine Welligkeit gezielt auf die jeweilige Zahnflanke aufzubringen. Ferner erfolgt vorzugsweise eine Abstimmung der Anregungsfrequenz eines den Zahn umfassenden Radsatzes auf die Fahrzeugcharakteristik.
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Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es möglich, geräuschkritische Frequenzen, die durch unerwünschte, prozessbedingte Welligkeiten hervorgerufen werden, mit unkritischen Frequenzen, die durch die erhöhte Amplitude der definiert aufgeprägten Welligkeit entstehen, zu überlagern und das Gesamtgeräusch im Fahrzeuginnenraum zu reduzieren. Insbesondere kann eine Optimierung des Geräuschverhaltens von Kegelradverzahnungen durch eine Modifikation der Zahnflankenoberfläche der Zahnflankenoberfläche beim Schleifprozess realisiert werden. Durch die gezielte Modifizierung der Kegelradverzahnung kann das Geräuschverhalten des Zahnrads und somit des Kraftfahrzeugs insgesamt direkt beeinflusst 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 eine schematische Perspektivansicht eines erfindungsgemäßen Zahnrads, welches als Kegelzahnrad beziehungsweise Kegelrad ausgebildet ist;
- 2 eine schematische Perspektivansicht einer Werkzeugmaschine zum Schleifen von Zahnflanken von Zähnen des Zahnrads; und
- 3 ein Diagramm zum Veranschaulichen eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
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1 zeigt in einer schematischen Perspektivansicht ein als Kegelradverzahnung ausgebildetes Zahnrad 10, insbesondere für ein Kraftfahrzeug. Beispielsweise kommt das Zahnrad 10 in einem insbesondere als Achsgetriebe, vorzugsweise als Hinterachsgetriebe, ausgebildeten Getriebes des Kraftfahrzeugs zum Einsatz, sodass beispielsweise die Räder des Kraftfahrzeugs über das Getriebe von wenigstens einem Antriebsmotor angetrieben werden können. In vollständig hergestelltem Zustand des Kraftfahrzeugs ist das Zahnrad 10 Bestandteil eines Radsatzes, welcher das Zahnrad 10 und wenigstens ein mit dem Zahnrad 10 kämmendes, in den Fig. nicht dargestelltes, weiteres Zahnrad umfasst. Beispielsweise ist das weitere Zahnrad von dem Zahnrad 10 antreibbar und/oder umgekehrt. Aus 1 ist besonders gut erkennbar, dass das Zahnrad 10 eine Kegelradverzahnung 12 mit mehreren, in Umfangsrichtung des Zahnrads 10 aufeinanderfolgenden Zähnen 14 aufweist. Die Zähne 14 weisen jeweilige Zahnflanken 16 auf. Die Zahnflanken 16 sind geschliffen.
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2 zeigt in einer schematischen Perspektivansicht eine Werkzeugmaschine 18 zum Herstellen des Zahnrads 10, insbesondere zum Schleifen der Zahnflanken 16. Dies bedeutet, dass mittels der Werkzeugmaschine 18 ein Schleifprozess durchgeführt werden kann. Dabei werden die Zahnflanken 16 dem Schleifprozess unterzogen, wodurch die Zahnflanken 16 mittels der Werkzeugmaschine 18 geschliffen werden. In 2 veranschaulichen Doppelpfeile jeweilige Verfahrrichtungen von Maschinenachsen der Werkzeugmaschine 18. Die jeweilige Zahnflanke 16 wird beispielsweise mittels wenigstens eines Werkzeugs der Werkzeugmaschine 18 geschliffen, indem das Werkzeug entlang eines Verfahrwegs und dabei entlang der und/oder um die jeweilige Maschinenachse bewegt wird. Die Werkzeugmaschine 18 weist während des Schleifens der Zahnflanken 16 prozessbedingte Schwingungen auf, welche zu ungewollten, unregelmäßigen Welligkeiten auf den Zahnflanken 16 führen können. Diese ungewollten, unregelmäßigen Welligkeiten können während des Betriebs des Getriebes zu unerwünschten Geräuschen führen, die im Innenraum des Kraftfahrzeugs von sich im Innenraum aufhaltenden Insassen akustisch wahrgenommen werden können.
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Um nun derartige, unerwünschte Geräusche zumindest geringhalten und um ein besonders vorteilhaftes Geräuschverhalten des Zahnrads 10 realisieren zu können, ist es vorgesehen, dass die jeweilige Zahnflanke 16 eine gezielt durch das Schleifen beziehungsweise durch den Schleifprozess hergestellte Welligkeit aufweist. Mit anderen Worten ist es im Rahmen eines Verfahrens zum Herstellen des Zahnrads 10 vorgesehen, dass durch das mittels der Werkzeugmaschine 18 durchgeführtes Schleifen gezielt eine Welligkeit auf der jeweiligen Zahnflanke 16 hergestellt wird. Hierzu wird der jeweilige Verfahrweg des Werkzeugs entsprechend eingestellt beziehungsweise modifiziert.
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3 zeigt schematisch die resultierende Oberflächencharakteristik des konventionellen bzw. modifizierten Schleifverfahrens, bei welchem die Kegelradverzahnung 12 mit den Zähnen 14 hergestellt wird, deren Zahnflanken 16 geschliffen werden. Ein in 3 oben dargestellte Diagramm zeigt eine typische, ungewollte Welligkeit 20, die aus der zuvor genannten, prozessbedingten Schwingung der Werkzeugmaschine 18 resultiert. Ferner veranschaulicht ein in 3 unten dargestellte Diagramm die Welligkeit 22, die gezielt durch das Schleifen mittels der Werkzeugmaschine 18 an der jeweiligen Zahnflanke 16 hergestellt wird. Die Welligkeit 20 wird mit der Welligkeit 22 überlagert. Um die Welligkeit 22 herzustellen, wird die Verfahrkinematik der Werkzeugmaschine 18 entsprechend modifiziert. Dabei wird das Schleifwerkzeug auf Basis einer Programmierung beziehungsweise auf Basis eines Programmcodes der Werkzeugmaschine 18 bewegt. Wie aus dem in 3 oben gezeigten Diagramm erkennbar ist, wird die unregelmäßige, ungewollte und prozessbedingte Schwingung der Werkzeugmaschine 18 beziehungsweise die daraus resultierende Welligkeit mit der gezielte und gewünschten Welligkeit 22 überlagert, wobei die gezielte Welligkeit 22 durch die entsprechende Modifikation des Verfahrwegs beziehungsweise durch den genannten Programmcode, auf dessen Basis die Werkzeugmaschine 18 beim Schleifen betrieben wird, erzeugt wird.
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Die Überlagerung der Maschinenachsenbewegungen mit einer Welligkeit 22 führen zu einer gezielten und bewussten Beeinflussung des Geräuschverhaltens und der Geräuschanregung des Zahnrads 10, sodass bei dem Betrieb des Getriebes die Entstehung von unerwünschten Geräuschen zumindest gering gehalten oder vermieden werden kann. Durch entsprechende Gestaltung der gezielten Welligkeit 22 kann die jeweilige Zahleingriffsordnung gezielt beeinflusst werden. Die Welligkeit 22 kann hinsichtlich Amplitude (A=0,5 - 5 µm), Wellenanzahl (N=5 - 45), Phasenverschiebung (φ=0°-90°) und weiteren mathematischen Elementen frei variiert und gestaltet werden. Zudem können die Modifikationen auf mehreren Maschinenachsen vorliegen und miteinander kombiniert werden. Die Modifikation des Verfahrwegs beziehungsweise des Programmcodes beinhaltet beispielsweise eine wellenförmige, mathematische Grundgleichung, eine oder mehrere Maschinenachsen der Werkzeugmaschine 18, die beispielsweise mit AAchse bezeichnete Amplitude und die beispielsweise mit NAchse bezeichnete Anzahl der Wellen. Auf diese Weise kann die Welligkeit 22 bedarfsgerecht ausgebildet werden, sodass das Geräuschverhalten des Zahnrads 10 gezielt und bedarfsgerecht beeinflusst werden kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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