-
Die Erfindung betrifft ein Dämpfungssystem für Zahnradgetriebe zur Reduzierung der Geräuschentwicklung, wobei mindestens ein Zahnrad des Getriebes aus wenigstens zwei Bereichen besteht, die relativ zueinander schwingen und wobei an mindestens einem der Zahnradbereiche ein Dämpfungsmittel vorgesehen ist, das aus einer Dämpfungsschicht, die auf einem der Zahnradbereiche anliegt, sowie einem Deckblech besteht.
-
Getriebegeräusche, insbesondere bei Untersetzungsgetrieben, die Elektromotoren nachgeschaltet sind, werden durch periodische Anregungsmechanismen verursacht und auch durch das Antriebsrad selbst erzeugt. Derartige Anregungsmechanismen führen auf direktem und/oder indirektem Wege zu Geräuschen in Form von Luftschall. Direkte Schallabstrahlmechanismen sind die Anregungsmechanismen, die von dem angeregten Untersetzungsgetriebe auf das Getriebegehäuse übertragen werden. Diese Getriebegeräusche können beispielsweise durch ein entsprechend gestaltetes Getriebegehäuse nur in bedingtem Umfang unterdrückt werden. Stärker ins Gewicht fallen die indirekten Schwingungsübertragungen, die durch eine zeitlich veränderliche Betriebskraft in die Getriebestruktur eingeleitet werden, wo sie in Form von Luftschall abgestrahlt und als Getriebeheulen wahrgenommen werden. Ursachen dafür sind Formfehler der Zahnradgeometrien, Achsabstandsfehler und/oder Zahnradoberflächenfehler, die zu einer Modulation der Betriebskraft und zu Verformungen und Verlagerungen des Zahnrades selbst führen können. In der Praxis ist diese Summe an Fehlern nur sehr schwierig und mit sehr hohem technischem Aufwand zu kontrollieren.
-
Bei einem Dämpfungssystem der eingangs genannten Art (
DE 37 11 359 A1 ) ist es bekannt, bei einer Radscheibe, die einen Rezess mit einer kreiszylindrischen Fläche aufweist, eine Dämpfungsschicht vorzusehen, die mit einem ebenfalls kreiszylindrischen Deckblech an die Radscheibe angepresst ist. Mit Hilfe einer solchen Konstruktion ist es bereits möglich, die Schallabstrahlung von Zahnrädern zu reduzieren, jedoch werden mit Hilfe dieses bekannten Dämpfungssystems nur relativ schmale Frequenzbereiche erfasst.
-
Aus der
DE 100 58 482 A1 ist es bereits bekannt, diese Geräuschentwicklung durch eine Drehimpulsdämpfung dadurch zu minimieren, dass eines der Zahnräder des Getriebes aus mindestens zwei axial zueinander fluchtenden Radteilen zusammengesetzt ist, die untereinander durch elastische, jedoch innere Dämpfung aufweisende Mittel drehmomentschlüssig miteinander verbunden sind. Die Mittel zur elastischen Verbindung der Teile sind durch gleichmäßig über den Umfang verteilte Bolzen mit einem Elastomer gebildet, wobei ein starrer Teil der Bolzen mit einem ersten Radteil fest verbunden ist, während das den starren Teil des Bolzens konzentrisch umgebende Elastomer formschlüssig in Bohrungen des zweiten Radteils eingreift.
-
Ferner sind aus der
EP 2228564 A1 modifizierte Zahnradsysteme zur Geräuschbekämpfung bekannt, die aus einem das Drehmoment übertragenden Hauptzahnrad und einem in der Grundstellung gegenüber dem Hauptzahnrad versetzten Hilfszahnrad bestehen, wobei das Hilfszahnrad in Umfangsrichtung über Federelemente aus Polymerwerkstoffe elastisch gegenüber dem Hauptzahnrad abgestützt ist. Im Betrieb werden die Federelemente bei einer Relativverdrehung des Hilfszahnrades gegenüber dem Hauptzahnrad auf Schub beansprucht. Dadurch tritt aufgrund der Eigenschaften des Polymerwerkstoffs eine gewisse Dämpfung ein, die zu einer Verminderung der Geräusche führt.
-
Aufgabe der Erfindung ist es, die Geräuschentwicklung von Zahnradgetrieben noch weiter zu reduzieren, und zwar insbesondere in Untersetzungsgetrieben von Elektroantrieben bei Kraftfahrzeugen.
-
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass die Dämpfungsschicht aus elastomerem Material besteht und dass das elastomere Material fest mit dem Deckblech verbunden ist.
-
Das erfindungsgemäße Dämpfungssystem, das aus dem elastomeren Material und dem fest mit diesem verbundenen Deckblech besteht, erfasst ein sehr breites Frequenzband und reduziert die Schwingungsamplituden der Frequenzbereiche.
-
Die feste Verbindung zwischen dem Deckblech und dem elastomeren Material kann auf verschiedene Weise erfolgen. Vorzugsweise wird das elastomere Material auf das Deckblech aufvulkanisiert. Alternativ ist es auch möglich, das elastomere Material auf das Deckblech aufzukleben.
-
Für die Dämpfungsschicht wird zweckmäßigerweise ein elastomeres Material ausgewählt, das sowohl mit federnden als auch mit dämpfenden Eigenschaften ausgestattet ist.
-
Bei einem Dämpfungssystem, das vorzugsweise in Umfangsrichtung wirken soll, kann das beschichtete Deckblech die Form eines Bandes aufweisen, dessen breite Seite axial ausgerichtet ist, während sich das Band in Umfangsrichtung um den gesamten Umfang des jeweiligen Zahnradbereichs erstreckt.
-
Wenn das Dämpfungssystem in erster Linie in axialer und/oder radialer Richtung wirksam sein soll, kann das beschichtete Deckblech in radialer Anordnung ausgerichtet sein und sich ringförmig um den gesamten Umfang des jeweiligen Zahnradbereichs erstrecken.
-
Vorzugsweise soll jedoch das Dämpfungssystem sowohl in Umfangsrichtung als auch in radialer Richtung und axialer Richtung wirksam sein. Dabei kann das beschichtete Deckblech im Querschnitt die Form eines Winkels aufweisen, von dem sich der eine Schenkel in axialer Richtung und der andere Schenkel in radialer Richtung erstreckt, wobei sich das winkelförmige Deckblech um den gesamten Umfang von mindestens einem Zahnradbereich erstreckt.
-
Vorzugsweise wird das beschichtete Deckblech auch über eine formschlüssige Verbindung mit dem jeweiligen Zahnradbereich verbunden, beispielsweise durch eine Verschraubung oder Vernietung.
-
Das erfindungsgemäße Dämpfungssystem eignet sich insbesondere zur Anwendung in Untersetzungsgetrieben von Kraftfahrzeugen mit Elektroantrieb, wobei die Untersetzungsgetriebe als ein- oder mehrstufige Stirnradgetriebe oder auch als Planetenradgetriebe ausgebildet sein können.
-
Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielhaft dargestellt und im Nachstehenden im Einzelnen anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigen:
- 1: in schematischer Darstellung ein erstes Ausführungsbeispiel eines auf einer Welle sitzenden Zahnrades mit Dämpfungssystem,
- 2: ein zweites Ausführungsbeispiel eines auf einer Welle sitzenden Zahnrades mit Dämpfungssystem,
- 3: ein drittes Ausführungsbeispiel eines auf einer Welle sitzenden Zahnrades mit Dämpfungssystem,
- 4: ein erstes Anwendungsbeispiel für ein Zahnrad mit dem erfindungsgemäßen Dämpfungssystem,
- 5: ein zweites Anwendungsbeispiel für ein Zahnrad mit dem erfindungsgemäßen Dämpfungssystem und
- 6: ein drittes Anwendungsbeispiel für ein Zahnrad mit dem erfindungsgemäßen Dämpfungssystem.
-
Das in 1 bis 3 dargestellte Zahnrad 1 sitzt fest auf einer Welle 2 und ist lediglich zur Veranschaulichung in drei Zahnradbereiche 3, 4 und 5 unterteilt. Das Zahnrad 1 besteht zwar aus einem Stück, jedoch sind die Bereiche 3, 4 und 5 lediglich deshalb als separate Blöcke dargestellt, um zu zeigen, welche Schwingungen das Zahnrad 1 in den einzelnen Bereichen im Betrieb ausführt. Die Darstellung ist selbstverständlich stark übertrieben und liegt normalerweise nur im Mikro- bzw. Nanometerbereich.
-
Bei dem in 1 bis 3 dargestellten Ausführungsbeispielen besteht ein Dämpfungssystem 6 für das Zahnrad 1 aus einem als Deckblech ausgebildetem Deckblech 7, das auf mindestens einer Seite mit einem elastomeren Material beschichtet ist. Je nach Anwendungsfall ist das beschichtete Deckblech 7 an mindestens einem der Zahnradbereiche, vorzugsweise an dem mittleren und äußeren Bereich 4 bzw. 5, befestigt. Die Beschichtung des aus Metall bestehenden Deckblechs 7 erfolgt dadurch, dass das elastomere Material auf das Deckblech 7 aufvulkanisiert bzw. aufgeklebt wird. Im montierten Zustand liegt das elastomere Material dann unmittelbar an den zu dämpfenden Zahnradbereichen an.
-
Bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel, bei dem in erster Linie die Dämpfung in Umfangsrichtung erfolgen soll, weist das Deckblech 7 die Form eines Metallbandes 9 auf, dessen breite Seite axial ausgerichtet ist. Das Deckblech 7 erstreckt sich dabei rund um den inneren Umfang des äußeren Zahnradbereichs 5.
-
Das Deckblech 7 ist an seinem äußeren Umfang mit dem elastomeren Material 8 beschichtet, welches im montierten Zustand an dem äußeren Zahnradbereich 5 anliegt und an diesem beispielsweise durch in der Zeichnung nicht dargestellte Schrauben oder Nieten befestigt ist.
-
Bei dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Deckblech 7 als Metallband 10 ausgebildet, das in radialer Anordnung ausgerichtet ist und sich ringförmig um den mittleren Zahnradbereich 4 erstreckt. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel ist das Metallband 10 auf mindestens einer Seite mit einem elastomeren Material 11 beschichtet. Im montierten Zustand liegt die mit dem elastomeren Material 11 beschichtete Seite des Metallbandes 10 an dem mittleren Zahnradbereich 4 an. Bei diesem Ausführungsbeispiel wirkt das Dämpfungssystem in erster Linie in axialer und/oder radialer Richtung.
-
Bei dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel des Dämpfungssystems weist das Deckblech 7 die Form eines Winkels 12 auf, der auf der an dem Zahnrad 1 anliegenden Seite mit elastomerem Material 13 beschichtet ist. Der Winkel 12 liegt mit seinen Schenkeln, die an der Außenseite mit dem elastomeren Material 13 beschichtet sind, an dem mittleren Zahnradbereich 4 und dem äußeren Zahnradbereich 5 an. Bei dieser Ausführungsform erfolgt die Dämpfung sowohl in Umfangsrichtung als auch in radialer und axialer Richtung. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel ist der beschichtete Winkel 12 mittels Schrauben und/oder Nieten an den entsprechenden Zahnradbereichen 4 bzw. 5 befestigt.
-
In 4 ist ein Anwendungsbeispiel eines mit dem erfindungsgemäßen Dämpfungssystem versehenen Zahnrades dargestellt, und zwar bei einem Untersetzungsgetriebe 14 eines Kraftfahrzeugs mit einem Elektroantrieb 15. Bei diesem Ausführungsbeispiel weist die Ausgangswelle des Elektroantriebs 15 ein Ritzel 16 auf, welches mit der Innenverzahnung 17 eines Zahnrades 18 im Eingriff steht.
-
Das erfindungsgemäße Dämpfungssystem 6 ist in diesem Fall an dem mit der Innenverzahnung 17 versehenen Zahnrad 18 ausgebildet, wobei das mit dem elastomeren Material beschichtete Deckblech 19 sowohl an den beiden Stirnseiten des Zahnrades 18 als auch an der Außenseite des mit der Innenverzahnung 17 versehenen Zahnkranzes angebracht sein kann.
-
Das mit dem Dämpfungssystem 6 versehene Zahnrad 18 sitzt auf einer gemeinsamen Welle mit einem weiteren Zahnrad 20, das mit dem Differentialzahnrad 21 kämmt.
-
In 5 ist das erfindungsgemäße Dämpfungssystem 6 wiederum bei einem Untersetzungsgetriebe 22 veranschaulicht, dass einem Elektromotor 23 nachgeschaltet ist.
-
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist das Untersetzungsgetriebe 22 zweistufig schaltbar ausgebildet, wobei jeweils zwei Zahnräder 24 und 25 mit unterschiedlichen Durchmessern auf der Ausgangswelle des Elektromotors 23 drehbar angeordnet sind. Beide als Losräder ausgebildete Zahnräder 24 und 25 stehen mit Zahnrädern 26 und 27 im Eingriff, die fest auf einer Zwischenwelle 28 angeordnet sind. Die beiden auf der Zwischenwelle 28 sitzenden Zahnräder 26 und 27 sind mit dem erfindungsgemäßen Dämpfungssystem 6 ausgestattet. Mittels einer Synchronisierungseinrichtung 29 wird jeweils eines der beiden Zahnräder 24 bzw. 25 geschaltet, sodass eines der beiden auf der Zwischenwelle 28 sitzenden Zahnräder 26 bzw. 27 angetrieben wird.
-
Auf der Zwischenwelle 28 sitzt ferner ein weiteres Zahnrad 30, das als Abtriebszahnrad mit dem Differentialzahnrad 31 kämmt. Von dort aus wird das Drehmoment auf die Antriebsräder des Kraftfahrzeugs übertragen.
-
In 6 ist ein Anwendungsbeispiel für das erfindungsgemäße Dämpfungssystem 6 bei einem als Planetenradgetriebe 32 ausgebildeten Untersetzungsgetriebe dargestellt, welches einem Elektromotor 33 nachgeschaltet ist.
-
Bei diesem Anwendungsbeispiel ist auf der Eingangswelle 34 des Planetenradgetriebes 32 ein Sonnenrad 35 angeordnet, das mit Planetenrädern 36 kämmt. Die Planetenräder 36 sind bei diesem Anwendungsbeispiel mit dem in 1 bis 3 dargestellten Dämpfungssystem 6 ausgerüstet.
-
Die Planetenräder 36 sind gemeinsam mit je einem Zahnrad 37 fest auf einer Hohlwelle 38 angeordnet. Die Zahnräder 37 stehen im Eingriff mit einem starr in einem Getriebegehäuse 39 angeordneten Hohlrad 40. Durch die Hohlwelle 38 erstrecken sich an einem gemeinsamen Querbügel 41 sitzende Achsen 42, die das Differentialgetriebe 43 antreiben, von wo aus das Drehmoment auf die Antriebsräder eines Kraftfahrzeugs übertragen wird.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Zahnrad
- 2
- Welle
- 3
- Zahnradbereich (innerer)
- 4
- Zahnradbereich (mittlerer)
- 5
- Zahnradbereich (äußerer)
- 6
- Dämpfungssystem
- 7
- Deckblech
- 8
- elastomeres Material
- 9
- Metallband (axiale Ausrichtung)
- 10
- Metallband (radiale Ausrichtung)
- 11
- elastomeres Material
- 12
- Winkel
- 13
- elastomeres Material
- 14
- Untersetzungsgetriebe
- 15
- Elektroantrieb
- 16
- Ritzel
- 17
- Innenverzahnung
- 18
- Zahnrad
- 19
- Deckblech
- 20
- Zahnrad
- 21
- Differentialzahnrad
- 22
- Untersetzungsgetriebe
- 23
- Elektromotor
- 24
- Zahnrad
- 25
- Zahnrad
- 26
- Zahnrad
- 27
- Zahnrad
- 28
- Zwischenwelle
- 29
- Synchronisiereinrichtung
- 30
- Zahnrad
- 31
- Differentialzahnrad
- 32
- Planetenradgetriebe
- 33
- Elektromotor
- 34
- Eingangswelle
- 35
- Sonnenrad
- 36
- Planetenrad
- 37
- Zahnrad
- 38
- Hohlwelle
- 39
- Getriebegehäuse
- 40
- Hohlrad
- 41
- Querbügel
- 42
- Achsen
- 43
- Differentialgetriebe
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 3711359 A1 [0003]
- DE 10058482 A1 [0004]
- EP 2228564 A1 [0005]
