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Technisches Gebiet
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Zahnrad eines Getriebes eines Fahrzeugs, wobei das Zahnrad an einer rotierenden Welle aufgenommen ist, sowie auf ein Getriebe mit dem Zahnrad sowie auf die Verwendung des Zahnrades.
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Stand der Technik
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DE 10 2004 058 056 A1 bezieht sich auf eine Zahnradanordnung, die in schnell drehenden Getrieben eingesetzt wird. Die Zahnradanordnung umfasst ein Zahnrad, das auf einer Welle aufgenommen ist. Auf der Welle ist eine Scheibe angeordnet. Die Scheibe und das Zahnrad sind über eine Mutter gehalten, wobei die Scheibe gegen eine innere Lagerschale eines Kugellagers drückt. Die Welle weist zur Schmiermittelzufuhr eine Mittelbohrung sowie mit der Mittelbohrung verbundene Radialbohrungen auf. Die Radialbohrungen weisen jeweils eine Austrittsöffnung auf, die an einem Wellenumfang der Welle vorgesehen ist. Mit den Austrittsöffnungen ist ein ringförmig ausgebildeter Sammelraum verbunden. Der Sammelraum ist durch eine Scheibe und das benachbart zu dieser Scheibe angeordnete Zahnrad gebildet. In radialer Richtung mündet der Sammelraum in einem zwischen der Scheibe und dem Zahnradkreis ringförmig ausgebildeten Radialspalt. In radialer Richtung schließt sich an den Radialspalt eine kreisringförmige Staukammer an, durch welche die Zähne des Zahnrades beölt werden.
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DE 10 2016 222 445 B4 bezieht sich auf ein Planetengetriebe, welches zwei zur Getriebeachse jeweils schräg angestellte Ölführungskanäle zur Führung von Schmieröl aus einem Innenbereich des Planetenträgers zu einem radial weiter außen liegenden Bereich des Planetenträgers aufweist. Dabei wird eine Aufteilung von Schmieröl über wenigstens einen dieser Ölführungskanäle auf die Außenverzahnung wenigstens eines der Planetenräder vorgenommen.
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DE 10 2014 110 807 A1 bezieht sich auf ein Stirnraddifferential. Dieses wird in einem Antriebsstrang eines Fahrzeugs eingesetzt. Das Stirnraddifferential umfasst ein Ausgleichsgehäuse. Zur Schmierung von Bauteilen innerhalb des Stirnraddifferentials sind in zwei parallel beabstandeten Gehäusedeckeln des Ausgleichsgehäuses am Umfang verteilt Öffnungen eingebracht, die einen Eintritt und einen Austritt von Schmieröl sicherstellen. Jedem Gehäusedeckel ist eine Blende zugeordnet, die jeweils endseitig an einer Schrägverzahnung des Antriebsrades abgestützt ist. Die Blenden erstrecken sich radial zumindest bis zu einem Kopfkreisdurchmesser der Schrägverzahnung, deren Zahnlücken jeweils eine Schmieröl aufnehmende Förderrinne bilden.
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Bei immer schneller drehenden Fahrzeuggetrieben wird die Beölung der Verzahnung, d. h. deren Versorgung mit Schmierstoff zu einer größer werdenden Herausforderung, insbesondere was Einsätze im Motorsportbereich angeht.
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Offenbarung der Erfindung
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Erfindungsgemäß wird ein Zahnrad oder ein Ritzel eines Getriebes eines Fahrzeugs vorgeschlagen, wobei das Zahnrad oder das Ritzel an einer rotierenden Welle aufgenommen ist. Das Zahnrad oder das Ritzel weist eine Verzahnung auf, wobei an dem Zahnrad oder dem Ritzel eine Beölungsgeometrie zur Versorgung der Verzahnung mit einem Schmierstoff vorgesehen ist.
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Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung kann unter Ausnutzung der Rotation der Welle, an der das Zahnrad oder das Ritzel aufgenommen ist, eine Versorgung der Verzahnung mit Schmierstoff auch bei hohen Drehzahlen sichergestellt werden, ohne dass aufwändig einzubauende Förderaggregate notwendig wären.
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In Weiterbildung der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung ist die Beölungsgeometrie an einer Unterseite der Verzahnung ausgeführt.
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Beim erfindungsgemäß vorgeschlagenen Zahnrad oder Ritzel verläuft die Beölungsgeometrie symmetrisch zu einem Steg des Zahnrades oder Ritzels. Aufgrund der Symmetrie des Zahnrades oder des Ritzels ist die Beölungsgeometrie in der Fertigung sehr einfach herstellbar und bietet sich insbesondere für eine Großserienfertigung von Zahnrädern oder Ritzeln an.
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Der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung weiter folgend ist die Beölungsgeometrie mit einer sich in Umfangsrichtung des Zahnrades oder des Ritzels erstreckenden Umlaufnut versehen. Durch die Umlaufnut, die sich insbesondere auf der Rückseite der Verzahnung, d. h. beidseits des Steges des Zahnrades oder des Ritzels erstreckt, lässt durch die Wirkung der Zentrifugalkraft bei hohen Drehzahlen der Welle ein Schmierstoffreservoir, insbesondere ein Schmierölreservoir, ansammeln, welches aufgrund der gewählten Beölungsgeometrie ohne größeren Aufwand unmittelbar an die Verzahnung geleitet werden kann.
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Insbesondere ist die Beölungsgeometrie des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Zahnrades oder Ritzels so ausgebildet, dass sich von einem Nutgrund der Umlaufnut aus erstreckend Verbindungskanäle in den Bereich der Verzahnung erstrecken, so dass der sich aufgrund der Zentrifugalkraft in der Beölungsgeometrie ansammelnde Schmierstoff unmittelbar an die Verzahnung weitergeleitet werden kann. In vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Zahnrades oder Ritzels verlaufen die vom Nutgrund der Umlaufnut ausgehenden Verbindungskanäle schräg, beispielsweise in einem Winkel von 45° bezogen auf die Symmetrieachse des Zahnrades oder Ritzels. Durchmesser und Beschaffenheit der Verbindungskanäle beeinflussen die Beölung. Insbesondere der Winkel ist abhängig von der gewählten Zahnhöhe der Verzahnungsgeometrie des Ritzels oder des Zahnrades. Die Beölung wird des Weiteren von der Drehzahl, insbesondere von der sich einstellenden Zentrifugalkraft beeinflusst.
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In einer Ausführungsvariante des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Zahnrades oder Ritzels können sowohl der Steg des Zahnrades oder des Ritzels wie auch deren Unterseite, d. h. die rückwärtige Seite der Verzahnung mit einer Beschichtung versehen werden, welche eine Förderung des Schmierstoffs begünstigt, d. h. welche aufgrund der Rotationsbewegung der Welle und der sich dadurch einstellenden Fliehkraft zu einer Verbesserung des Schmierstofftransportes in Richtung der Beölungsgeometrie beitragen.
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Vorteile der Erfindung
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Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung kann in einfacher Weise unter Verzicht auf zusätzliche Baukomponenten die Rotationsgeschwindigkeit einer Welle und eines mit dieser fest verbundenen Zahnrades oder Ritzels dazu genutzt werden, Schmierstoff an die Verzahnung, die sich beispielsweise als Stirnverzahnung an der Außenseite des Zahnrades oder des Ritzels befindet, zu transportieren. Dadurch können aufwändige Fördersysteme für Schmierstoff entfallen, da die Rotation der Welle die Transportkraft, d. h. die Fliehkraft zum Transport des Schmierstoffs, bei Rotation direkt mitliefert. Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung ist insbesondere bei hohen Rotationsgeschwindigkeiten wirksam, da durch die sich einstellende Fliehkraft auch kleinste Schmierstoffmengen in Richtung Unterseite der Verzahnung des Zahnrades entlang des Steges des Zahnrades oder Ritzels transportiert und in der Beölungsgeometrie gesammelt werden können. Die Verbindungskanäle zwischen einem Nutgrund einer sich in Umfangsrichtung erstreckenden Umlaufnut an der Unterseite des Zahnrades oder der Unterseite des Ritzels können sich geneigt zur Symmetrieachse erstrecken, so dass ein Transport von beiden Seiten des Zahnrades oder des Ritzels her gesehen in Richtung auf die Stirnverzahnung gewährleistet ist. Dabei ist unerheblich, ob die Stirnradverzahnung als Schrägverzahnung oder als Gradverzahnung oder als anderer Verzahnungstyp ausgebildet ist.
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Figurenliste
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Ausführungsformen der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung eines drehfest an einer Welle aufgenommenen Zahnrades oder Ritzels mit Beölungsgeometrie, 2 eine schematische Darstellung eines Getriebes, gekoppelt mit einer elektrischen Maschine und
- 3 eine Darstellung miteinander kämmender Ritzel und Zahnräder des Getriebes.
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Ausführungsformen der Erfindung
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In der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsformen der Erfindung werden gleiche oder ähnliche Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente in Einzelfällen verzichtet wird. Die Figuren stellen den Gegenstand der Erfindung nur schematisch dar.
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1 zeigt ein drehfest an einer Welle 10 aufgenommenes Zahnrad, an dessen Unterseite 28 sich eine Beölungsgeometrie 30 befindet.
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Wie 1 entnommen werden kann, weist eine Welle 10 ein an deren Umfang drehfest aufgenommenes Zahnrad 12 auf. Die Welle 10 ist symmetrisch zu ihrer Symmetrieachse 22 ausgebildet und rotiert beispielsweise in eine Rotationsrichtung 20, die durch den in 1 dargestellten Pfeil angedeutet ist. Senkrecht zur Symmetrieachse 22 erstreckt sich eine Symmetrieachse 40 des Zahnrades 12. Das Zahnrad 12 ist symmetrisch zur Symmetrieachse 40 ausgebildet und weist an seiner Außenseite eine Verzahnung 14 auf. Die Verzahnung 14 kann als Gradverzahnung oder als Schrägverzahnung oder als Doppelpfeilverzahnung oder dergleichen ausgebildet sein.
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Das Zahnrad 12 gemäß der Darstellung in 1 weist darüber hinaus einen Steg 16 auf, der sich zwischen der Welle 10 und einer Unterseite 28 der Verzahnung 14 erstreckt.
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Bei Rotation der Welle 10 in Rotationsrichtung 20 entsprechend dem in 1 dargestellten Doppelpfeil entsteht eine Zentrifugalkraft 24. Diese wirkt auf Öltropfen 26, von denen in 1 einer in vergrößertem Maßstab dargestellt ist. Da auf den Öltropfen 26, der sich an der Umfangsfläche der Welle 10 befindet, die Zentrifugalkraft 24 einwirkt, wird der Öltropfen 26 beispielsweise entlang des Steges des Zahnrades 12 in Richtung der Unterseite 28 der Verzahnung 14 transportiert, wie dies in 1 angedeutet ist. Der Öltropfen 26 erreicht schließlich eine an der Unterseite 28, d. h. der Rückseite der Verzahnung 14 ausgebildete Beölungsgeometrie 30. Ist die Unterseite 28 der Verzahnung 14 - wie in 1 angedeutet - in einer Neigung ausgebildet, so begünstigt dies den Transport des Öltropfens 26 in Richtung der Beölungsgeometrie 30. In der Ausführungsvariante gemäß 1 ist die Beölungsgeometrie 30 als Umlaufnut 32 ausgeführt, die sich in die Zeichenebene gemäß 1 erstreckt. Bezogen auf die Symmetrieachse 40 des Zahnrades 12 gemäß der Darstellung in 1 ist die Beölungsgeometrie 30 symmetrisch ausgebildet, d. h. es erstrecken sich in den Randbereichen der Unterseiten 28 der Verzahnung 14 parallel zueinander zwei Umlaufnuten 32 in Umfangsrichtung entlang der Unterseite 28.
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In der in 1 dargestellten Ausführungsvariante der Beölungsgeometrie 30 umfassen die Umlaufnuten 32 jeweils einen Nutgrund 34. Von diesem aus erstreckt sich eine Anzahl von Verbindungskanälen 36 durch das Material des Zahnrades 16 in Richtung der Seiten der Verzahnung 14. Bei Rotation des Zahnrades 12 wird nun der in die Beölungsgeometrie 30 hereintransportierte Öltropfen 26, der hier stellvertretend für einen Schmiermittelvorrat angedeutet ist, durch die Verbindungskanäle 36 als Schmierstoffversorgung 38 an beide Seiten der Verzahnung 14 an der Stirnseite des Zahnrades 12 transportiert, so dass bei hohen Rotationsgeschwindigkeiten eine Versorgung der Verzahnung 14 mit Schmierstoff sichergestellt ist. Da zur Schmierstoffversorgung 38 in Richtung der Verzahnung 14 lediglich die Wirkung der Zentrifugalkraft 24 ausgenutzt wird, bedarf es keiner Förderaggregate und damit einhergehender Mimik zur Sicherstellung der Schmierstoffversorgung 38.
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Anstelle der in 1 dargestellten Beölungsgeometrie 30 als Umlaufnuten 32, die einen gerundet ausgebildeten Nutgrund 34 aufweisen, wäre auch eine trapezförmige, eine dreieckförmige oder eine rechteckförmige Geometrie denkbar, je nachdem was aus fertigungstechnischer Sicht kostengünstiger ist. Es könnten auch eine Vielzahl von Umlaufnuten 32 an der Unterseite 28 auf der Rückseite der Verzahnung 14 angebracht werden, um eine zentrale Schmierstoffversorgung 38 durch mehrere nebeneinanderliegende Verbindungskanäle 36 als Schmierstoffversorgung 38 auszubilden.
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Der Darstellung gemäß 2 ist ein Getriebe 42 zu entnehmen, welches in der in 2 dargestellten Ausführungsvariante als einfaches zweistufiges Getriebe ausgeführt ist. Das Getriebe 42 ist mit einer elektrischen Maschine 50 gekoppelt, die ein Ritzel 48 antreibt, dessen Verzahnung mit der Verzahnung 14 des Zahnrades 12 kämmt. Das Zahnrad 12 ist gemäß 1 mit der Beölungsgeometrie 30 versehen und umfasst den ebenfalls im Zusammenhang mit 1 dargestellten Transportpfad 44, über den der Schmierstoff entlang des Steges 16 des Zahnrades 12 an dessen Unterseite 28 transportiert und von dort in die Umlaufnut 32 der Beölungsgeometrie 30 eintritt.
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In der Ausführungsvariante gemäß 2 ist das Getriebe 42 als zweistufiges Getriebe ausgeführt, wobei das Zahnrad 12 mit Verzahnung 14 sowie Beölungsgeometrie 30 gemäß 1 auf der Welle 10 aufgenommen ist, die ein weiteres Ritzel 48 trägt. Das weitere Ritzel 48 kämmt beispielsweise mit einem Zahnrad eines in 2 nicht näher dargestellten Differentialgetriebes 52. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind in 2 weder die Beschichtung 46 (vgl. Darstellung gemäß 1) noch der Transportpfad 44 eingetragen.
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Alternativ zur Darstellung des Getriebes 42 gemäß 2 als einfaches zweistufiges Getriebe 42, könnte dieses auch mehrstufig ausgebildet sein sowie weitere Abwandlungen umfassen. Allein die im Getriebe 42 eingesetzten Zahnräder 12 sind mit der in 1 dargestellten Beölungsgeometrie 30 versehen.
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3 zeigt ein miteinander kämmendes Zahnrad 12 mit der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Beölungsgeometrie 30, welches mit einem Ritzel 48 kämmt, welches ebenfalls mit der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Beölungsgeometrie 30 versehen ist. Das in 3 dargestellte Zahnrad 12, welches mit dem Ritzel 48 kämmt, ist Teil des in 3 rechts nebenstehend dargestellten Getriebes 42, welches durch die elektrische Maschine 50 - wie in 2 dargestellt - angetrieben ist. Aus der Darstellung gemäß 3 geht hervor, dass der Verbindungskanal 36 der Beölungsgeometrie 30 in einem Winkel 54 verläuft. Der Winkel 54, in dem der Verbindungskanal 36 ausgehend vom Nutgrund 34 der Umlaufnut 32 abzweigt, ist abhängig von einer Zahnhöhe 56, in der die Verzahnung 14 am Umfang des Zahnrades 12 beziehungsweise des Ritzels 48 ausgeführt ist. Die Beölung der miteinander kämmenden Verzahnungen 14 ist des Weiteren abhängig von den sich bei der Rotation der Wellen 10, an denen das Zahnrad 12 und das Ritzel 48 aufgenommen sind, einstellenden Fliehkräften. In der 3 sind jeweils auf der Mantelfläche der Wellen 10 Öltropfen 26 dargestellt, die aufgrund der Wirkung der sich bei der Rotation einstellenden Fliehkraft entlang des Steges 16 auf die rückwärtigen Seiten der Verzahnungen 14 transportiert werden, dort in die Umlaufnuten 32 gelangen, von denen sich jeweils Verbindungskanäle 36 in Richtung der Verzahnung 14 erstrecken. So wird der Schmierstoff bei hohen und höchsten Drehzahlen an die miteinander kämmenden Verzahnungen 14 des Zahnrades 12 sowie des Ritzels 48 transportiert. Alternativ zu den dargestellten Varianten der Beölungsgeometrie 30 besteht die Möglichkeit, die Beölungsgeometrie 30 als Kunststoffbauteil, beispielsweise als Spritzgussbauteil auszuführen, welches nachträglich an den Zahnrädern 12 beziehungsweise den Ritzeln 48 des Getriebes 42 montiert werden kann.
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Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele und die darin hervorgehobenen Aspekte beschränkt. Vielmehr ist innerhalb des durch die Ansprüche angegebenen Bereichs eine Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachmännischen Handelns liegen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102004058056 A1 [0002]
- DE 102016222445 B4 [0003]
- DE 102014110807 A1 [0004]
