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Technisches Gebiet
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Zahnrad mit einer Verzahnung, wobei das Zahnrad auf einer Welle aufgenommen ist, die in Lagern drehbar in einem Gehäuse aufgenommen ist. Des Weiteren bezieht sich die Erfindung auf die Verwendung des Zahnrads in einem elektrischen Antrieb eines E-Achsen-Moduls eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs.
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Stand der Technik
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DE 10 2007 009 564 A1 hat ein zwei Komponenten umfassendes Zahnrad zum Gegenstand, welches ein metallisches Formteil und eine Kunststofffüllung umfasst. Das metallische Formteil besteht aus einem Zahnkranz mit Außenverzahnung und mindestens einem Stützelement, welches auf der Innenseite des Zahnkranzes mit dem Zahnkranz verbunden ist. Die Kunststofffüllung befindet sich mit der Innenseite des Zahnkranzes zumindest teilweise in flächigem Kontakt. Das metallische Formteil umfasst im zentralen Bereich eine Öffnung, deren Durchmesser deutlich größer als der Durchmesser einer zur Befestigung des Zahnrads vorgesehenen Abtriebswelle ist. Die Kunststofffüllung ist als Kunststoffformteil ausgebildet und kann mit dem metallischen Formteil form-, kraft- oder stoffschlüssig verbunden werden. Der zentrale Bereich des Kunststoffformteils befindet sich in festem Kontakt mit dem Ende der Abtriebswelle.
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DE 102 59 519 A1 hat ein Getriebe zum Gegenstand, welches ein Abtriebs-Zahnrad und eine Abtriebswelle aufweist. Das Abtriebs-Zahnrad ist drehfest mit der Abtriebswelle verbunden. Das Abtriebs-Zahnrad weist in seinem zentralen Bereich eine Aussparung zur Aufnahme eines Mitnehmers auf, welcher ebenfalls drehfest mit der Abtriebswelle verbunden ist und eine erste Anzahl von in Umfangsrichtung angeordneten Radialstegen aufweist. Die Aussparung weist eine zweite Anzahl von Taschen auf, die der ersten Anzahl der Radialstege entspricht. Die Radialstege ragen jeweils mittig in eine entsprechende Tasche hinein. In jeder Tasche sind zwei Dämpfungselemente aus federelastischem Material wie zum Beispiel Gummi angeordnet, wobei jedes Dämpfungselement einerseits an einem Radialsteg und andererseits an einer Seitenwand der Tasche anliegt.
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DE 37 13 270 B offenbart ein gummigefedertes Zahnrad, bei dem durch seitliche Schultern eine Ringnut im Zahnradkopf gebildet ist, auf dem sich die Verzahnung befindet. In der durch die seitlichen Schultern gebildeten Ringnut werden vorgespannte Gummikörper angeordnet. Zwischen dem Zahnradkopf und dem Zahnradsteg ist ein umlaufender Ringspalt belassen; ferner ist ein axialer Ringkragen radial gegenüber der Schulter zur Radachse hin versetzt angeordnet. Der Zahnradkopf und der Zahnradsteg sind beide aus geschmiedetem beziehungsweise gewalztem Stahl hergestellt.
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Darstellung der Erfindung
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Erfindungsgemäß wird ein Zahnrad mit einer Verzahnung vorgeschlagen, wobei das Zahnrad auf einer Welle aufgenommen ist, die in Lagern drehbar in einem Gehäuse aufgenommen ist. Zwischen der Verzahnung und der Welle verläuft ein unterbrochener Schallausbreitungspfad. Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung kann in vorteilhafter Weise eine unerwünschte Schallausbreitung in das Gehäuse, in dem die das Zahnrad samt Welle aufnehmende Lagerung aufgenommen ist, vermieden werden. Dies kommt im Wesentlichen einer erheblichen Verbesserung des Noise-Vibration-Harshness-Verhaltens zugute. Insbesondere beim Einsatz in elektrisch angetriebenen Fahrzeugen wird eine weitere Reduktion von Schall erreicht, wodurch sich eine Verminderung der Lärmbelästigung erreichen lässt.
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In vorteilhafter Weiterbildung der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung verläuft der unterbrochene Schallausbreitungspfad bis zu einem Dämpfungselement. Das Dämpfungselement ist in vorteilhafter Weise so beschaffen, dass ein auf dieses gerichteter unterbrochener Schallausbreitungspfad eben an jenem Dämpfungselement endet und sich ausbreitender Schall in das Dämpfungselement eintritt und von diesem im Wesentlichen dissipativ aufgenommen wird.
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In Weiterbildung der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung ist das Dämpfungselement in einer Ausnehmung eines Zahnradkörpers des Zahnrads aufgenommen. Dadurch kann in vorteilhafter Weise erreicht werden, dass der unterbrochene Schallausbreitungspfad in jedem Fall auch bei Toleranzabweichungen oder Schallausbreitungsablenkungen im Dämpfungselement endet und sich ausbreitender Schall durch das Dämpfungselement im Zahnradkörper dissipiert wird.
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Bei der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung ist die Ausnehmung so beschaffen, dass das Dämpfungselement durch diese zahnradseitig vollständig umschlossen ist, d. h. es ist sichergestellt, dass der Schall ausschließlich in das der Ausnehmung des Zahnradkörpers eingelassene Dämpfungselement übertragen wird und von diesem nahezu vollständig dissipiert wird.
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In Weiterbildung der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung liegt das Dämpfungselement mit einer Auflagefläche auf einer Umfangsfläche der Welle, insbesondere auf deren Umfangsmantelfläche an. Dadurch kann in vorteilhafter Weise erreicht werden, dass das Dämpfungselement gewissermaßen auf der Mantelfläche der Welle ruht und keine Deformation erfährt, was zu einer Beeinträchtigung der Schaltdissipationseigenschaften des Dämpfungselements führen könnte.
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In Weiterbildung der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung kontaktiert das Zahnrad ausschließlich mit dem in der Ausnehmung aufgenommenen Dämpfungselement, insbesondere mit dessen Auflagefläche, die Mantelfläche, d. h. den Umfang, der Welle. Dadurch ist sichergestellt, dass keinerlei Schallbrücken existieren, die um das Dämpfungselement herum Schall in das Material der Welle übertragen könnten, der wiederum über die als Schallbrücken wirkenden Lager in das Gehäuse, in dem die Lager der drehbaren Welle aufgenommen sind, übertragen werden könnte.
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In Weiterbildung der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung befindet sich die Ausnehmung im Zahnrad insbesondere in dessen Fußbereich.
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Bei dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Zahnrad kann das in die Ausnehmung eingelassene, mindestens eine Dämpfungselement aus Materialien wie Naturgummi, künstlich hergestelltem Gummi, Kunststoffmaterial oder Verbundwerkstoffen hergestellt sein.
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In Weiterbildung der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung können durch das Gummielement Stöße und Schwingungen im Antriebsstrang reduziert werden. Diese können beispielsweise dann entstehen, wenn die Parksperre bei noch rollendem Fahrzeug eingelegt wird. Des Weiteren können durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung auch Stöße beziehungsweise Schwingungen abgefangen werden, die durch dynamisches Fahren auftreten können.
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Die Erfindung bezieht sich darüber hinaus auf die Verwendung des Zahnrads in einem elektrischen Antrieb eines E-Achsen-Moduls eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs.
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Vorteile der Erfindung
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Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung können in vorteilhafter Weise Schallbrücken eliminiert werden, bei deren Vorhandensein es zu einer ungünstigen drehzahlunabhängigen Geräuschübertragung kommen kann. Die Übertragung von Geräuschen ist der Laufruhe eines ansonsten relativ leisen elektrischen Antriebs sehr abträglich. Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung kann zudem erreicht werden, dass Verzahnungen drehmomentübertragender Zahnräder mit einer geringeren Überdeckung der Zahnflanken gefertigt werden können. Dadurch wiederum kann Gewicht und Bauraum eingespart werden, sodass derartig konfigurierte elektrische Antriebe sich durch ein günstigeres Leistungsgewicht und eine höhere Leistungsdichte auszeichnen.
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Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung ist sichergestellt, dass durch den unterbrochenen Schallausbreitungspfad Schallanregungen nur bis an das Ende des unterbrochenen Schallausbreitungspfads übertragen werden können, der erfindungsgemäß in vorteilhafter Weise in einem Dämpfungselement endet, sodass an dieses übertragener Schall im Wesentlichen vom Material des Dämpfungselement dissipiert wird.
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Hinsichtlich der Geometrie des Dämpfungselements ist sicherzustellen, dass eine Ausnehmung innerhalb des Zahnradkörpers eines Zahnrads vollständig ausgefüllt wird, sodass keine Beeinträchtigungen hinsichtlich des Dissipationsverhaltens des Dämpfungselements auftreten können. Das Dämpfungselement ist in vorteilhafter Weise in einer Geometrie ausgeführt, die komplementär zu einer Geometrie einer Ausnehmung ausgebildet ist, in der das Dämpfungselement im Zahnradkörper des Zahnrads aufgenommen ist.
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Bei der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung werden Schallbrücken vermieden, die zu einer unerwünschten Übertragung von Schall in angrenzende Gehäuseteile führen können, da das Dämpfungselement mit seiner Auflagefläche die Mantelfläche der Welle kontaktiert. Das metallische Material des Zahnradkörpers des Zahnrads steht somit nicht in Kontakt mit dem in der Regel metallischen Material, der das Zahnrad aufnehmenden Welle, sodass der aufgrund dieses Umstands unterbrochene Schallausbreitungspfad eine unerwünschte Übertragung von Schall in das Gehäuse verhindert.
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Bei der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung lassen sich durch das Dämpfungselement, welches beispielsweise aus Naturgummi, künstlich hergestelltem Gummi, Kautschukmaterialien, einem Gemisch der genannten Materialien, Verbundwerkstoffen, Kunststoffmaterial oder dergleichen mehr gefertigt sein kann, Stöße beziehungsweise in den Antriebsstrang eingetragene Schwingungen reduzieren. Besagte Stöße beziehungsweise Schwingungen können zum Beispiel dann in den Antriebsstrang eingeleitet werden, wenn das zu parkende Fahrzeug beispielsweise noch rollt und die Parksperre bei noch rollendem Fahrzeug eingelegt wird. Des Weiteren können mittels des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Dämpfungselements Stöße und Schwingungen abgefangen werden, die bei besonders dynamischem Fahren auftreten können.
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Figurenliste
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Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend eingehender beschrieben.
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Es zeigen:
- 1 ein Zahnrad, welches auf einer Welle aufgenommen ist und ein sich in dieser Konfiguration einstellender Schallausbreitungspfad und
- 2 eine Darstellung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen unterbrochenen Schallausbreitungspfads innerhalb eines Zahnradkörpers eines Zahnrads, welches auf einer drehbar gelagerten Welle angeordnet ist.
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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 eine Welle 12, die symmetrisch zu einer Symmetrieachse 10 ausgeführt ist. Auf einer Umfangsfläche 14 der Welle 12 befinden sich ein erstes Lager 16 und ein zweites Lager 24. Über die beiden Lager 16, 24 ist die Welle 12 drehbar in einem hier lediglich angedeuteten Gehäuse 38 aufgenommen. Das erste Lager 16 sowie das zweite Lager 24 umfassen jeweils einen Innenring 18 sowie einen Außenring 20. Zwischen den jeweiligen Innenringen 18 und den jeweiligen Außenringen 20 sind hier als Kugeln ausgebildete Wälzkörper 22 angeordnet.
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Auf der Welle 12 befindet sich ein Zahnrad 26, welches einen sich in radiale Richtung erstreckenden Steg 28 aufweist. Am Ende des Stegs 28 des Zahnrads 26 befindet sich eine Verzahnung 30. Die Verzahnung 30 kann als Geradverzahnung, als Schrägverzahnung, als Pfeilverzahnung oder dergleichen ausgebildet sein. Mit Bezugszeichen 32 ist eine akustische Anregung bezeichnet, die über die Verzahnung 30 in das Zahnrad 26 eingeleitet wird. Mit Bezugszeichen 34 ist eine Drehrichtung der Welle 12, an der das Zahnrad 26 aufgenommen ist, angedeutet. Die in 1 angedeutete akustische Anregung 32 wird über einen Akustikpfad 36 ausgehend von der Verzahnung 30 durch den sich in radiale Richtung erstreckenden Steg 28 in die Welle 12 eingeleitet. Über die in diesem Fall als Schallbrücken dienenden Lager, d. h. das erste Lager 16 und das zweite Lager 24, verläuft der Akustikpfad 36 in ein Gehäuse 38. In dieses wird die über den Akustikpfad 36 übertragene akustische Anregung 32 in das Gehäuse 38, vgl. Darstellung gemäß 2, eingeleitet und führt zu unerwünschten Geräuschemissionen dort.
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Ausführungsformen der Erfindung
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2 zeigt eine Ausführungsvariante der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung mit einem unterbrochenen Schallausbreitungspfad 46.
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Der Darstellung gemäß 2 ist zu entnehmen, dass die Welle 12 ebenfalls symmetrisch zur Symmetrieachse 10 ausgebildet ist und an der Umfangsfläche 14 der Welle 12 das Zahnrad 26 angeordnet ist. Über dessen Verzahnung 30, die als Geradverzahnung, als Schrägverzahnung, als Pfeilverzahnung oder dergleichen ausgebildet ist, erfolgt die Übertragung einer akustischen Anregung 32 in einen Zahnradkörper 42. Die Ausbreitung der akustischen Anregung 32 ausgehend von der Verzahnung 30 erfolgt über einen unterbrochenen Schallausbreitungspfad 46, der sich im Wesentlichen dem Zahnradkörper 42 in radiale Richtung folgend zu einer Ausnehmung 44 erstreckt. Die Ausnehmung 44 befindet sich in einem Fußbereich 52 des Zahnradkörpers 42 des Zahnrads 26.
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In der Ausnehmung 44 des Zahnradkörpers 42 ist ein Dämpfungselement 48 aufgenommen. Das mindestens eine Dämpfungselement 48 ist hinsichtlich seiner Geometrie komplementär zur Geometrie der Ausnehmung 44 im Fußbereich 52 des Zahnradkörpers 42 ausgebildet. Die Ausnehmung 44 im Zahnradkörper 42 wird durch das mindestens eine Dämpfungselement 48 im Wesentlichen vollständig ausgefüllt. Das Dämpfungselement 48 ist aus einem Material oder einem Materialgemisch wie beispielsweise Naturgummi, Naturkautschuk, künstlich hergestelltem Gummi, Kunststoffmaterial, Kunststoffmaterialgemisch oder Verbundwerkstoffen gefertigt. Das Dämpfungselement 48 umfasst eine Auflagefläche 50. Mit der Auflagefläche 50 ist der Zahnradkörper 42 mit der Umfangsfläche 14 der Welle 12 kontaktiert. Dies bedeutet, dass die Auflagefläche 50 des mindestens einen Dämpfungselements 48 ausschließlich die Berührungsfläche zwischen dem Zahnradkörper 42 und der Umfangsfläche 14 der Welle 12 darstellt. Dadurch werden in vorteilhafter Weise Schallbrücken zwischen dem metallischen Material des Zahnradkörpers 42 einerseits und dem metallischen Material der Welle 12 andererseits vermieden. Über die Verzahnung 30 eingeleitete akustische Anregungen 32 werden durch den unterbrochenen Schallausbreitungspfad 46 bis an den Rand der Ausnehmung 44 übertragen und in dem in der Ausnehmung 44 angeordneten Dämpfungselement 48 dissipiert. Dies bedeutet, dass bei der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung im Unterschied zur Darstellung gemäß 1 keine Schallbrücken existieren, die den Schall über die als Schallbrücken dienenden Lager, d. h. das erste Lager 16 beziehungsweise das zweite Lager 24, in das Gehäuse 38 einleiten können.
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In vorteilhafter Weise ist das Dämpfungselement 48 so beschaffen, dass die Ausnehmung 44 im Zahnradkörper 42 von diesem vollständig ausgefüllt wird, sodass die dissipativen Eigenschaften des Materials des Dämpfungselements 48 nicht beeinträchtigt werden können.
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Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung werden akustische Anregungen 32 in dem mindestens einen Dämpfungselement 48 dissipiert, sodass eine Schallausbreitung in das Gehäuse 38, in dem die Welle 12 durch das erste Lager 16 und das zweite Lager 24 drehbar aufgenommen ist, unterbleibt. Dadurch kann das Noise-Vibration-Harshness-Verhalten des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Zahnrads 26 erheblich verbessert werden.
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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 102007009564 A1 [0002]
- DE 10259519 A1 [0003]
- DE 3713270 B [0004]
