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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Zahnradpaar, aufweisend ein erstes Zahnrad mit einer Mehrzahl erster Zähne, ein zweites Zahnrad mit einer Mehrzahl zweiter Zähne, wobei die ersten Zähne und die zweiten Zähne so ausgebildet sind, dass bei kämmendem ersten und zweiten Zahnrad im Betrieb des Zahnradpaares die Eingriffszeitpunkte des Zahnradpaares über eine Drehung des ersten Zahnrades und/oder des zweiten Zahnrades unregelmäßig verteilt sind, wobei die Mehrzahl erster Zähne eine Variation der Zahnbreite aufweist und/oder die Mehrzahl zweiter Zähne eine Variation der Zahnbreite aufweist. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung ein Getriebe, ein Kraftfahrzeug sowie ein Verfahren zum Betrieb eines Zahnradpaares.
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Insbesondere bei Fahrzeugführern hochklassiger Kraftfahrzeuge ist das Bedürfnis nach einem guten Klang des Kraftfahrzeugs stark ausgeprägt. Daher wird großer Aufwand getrieben, ungewünschten Schall zu vermeiden.
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Zu den ungewünschten Schallemissionen gehören insbesondere die von ineinandergreifenden Zahnrädern. Zahnradpaarungen weißen je nach Eingriffsstellung eine unterschiedliche Steifigkeit auf, was zu einer periodischen Schwingungsanregung unter Last führt. Dies erzeugt heulende Geräusche, welche als sehr störend wahrgenommen werden.
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Um Schall zu dämpfen weisen moderne Kraftfahrzeuge üblicherweise eine Vielzahl von Elementen zum Absorbieren von Schall auf. Dies sind typischerweise Schaumstoffelemente oder Gummidämpfer, welche mechanische Schwingungen absorbieren. Aufwendiger sind Lösungen, welche darauf ausgerichtet sind, ungewollte Geräusche mittels Antischall zu auszulöschen.
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Nachteilig hieran ist, dass zur Reduktion der Schallbelastung zusätzliche Elemente benötigt werden. Hierdurch erhöhen sich das Gewicht des Kraftfahrzeugs und dessen Produktionskosten.
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Um dieses Problem zu lösen, ist es aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 197 21 568 B4 bekannt, unterschiedliche Geometrieabweichungen bspw. In Form von unterschiedlichen Kopfhöhen vorzusehen. Ein derartiger Aufbau von Zahnradpaaren ist jedoch sehr komplex und daher teuer in der Herstellung. Aus den gattungsgemäßen deutschen Patentschriften
DE 10 2015 223 119 B3 und
DE 197 21 568 B4 ist es darüber hinaus bekannt, Zahnräder mit unterschiedlichen Zahnbreiten zu versehen. Die Zahnbreite ist hier die Ausdehnung eines Zahns entlang einer axialen Richtung, also parallel zur Drehachse des Zahnrades. Durch die unterschiedlichen Zahnbreiten verschieben sich beim schrägverzahnten Zahnradpaar die Eingriffszeitpunkte. Hierdurch ist also auf vorteilhafte Weise ein Zahnradpaar realisiert, welches im Vergleich zum Stand der Technik deutlich reduzierte tonale Geräuschemissionen aufweist. Jedoch weist auch noch ein Zahnradpaar mit einem derartig ausgeführten Zahnrad Geräuschemissionen auf.
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Zahnradpaar zur Verfügung zu stellen, welches die genannten Nachteile des Standes der Technik nicht aufweist, sondern im Betrieb und insbesondere unter Last deutlich weniger unangenehme Geräuschemissionen erzeugt.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Zahnradpaar, bei dem die Zahnbreite eines jeden Zahnes der Mehrzahl erster Zähne und die Zahnbreite eines, bezogen auf eine erste Drehachse des ersten Zahnrades, diesem gegenüberliegenden Zahnes der Mehrzahl erster Zähne gleich ist und dass die Zahnbreite eines Zahnes der Mehrzahl zweiter Zähne und die Zahnbreite eines, bezogen auf eine zweite Drehachse des zweiten Zahnrades, diesem gegenüberliegenden Zahnes der Mehrzahl zweiter Zähne gleich ist. Mit anderen Worten sind die Zähne bezogen auf die Drehachse symmetrisch angeordnet. Hierdurch können weiterhin Unwuchten im Betreib des Zahnradpaares vermieden werden, was zu einem noch leiseren Lauf und einer verlängerten Lebensdauer des Zahnradpaares führt. Das erfindungsgemäße Zahnradpaar ermöglicht einen deutlich leiseren Betrieb, insbesondere unter Last. Dadurch, dass die Eingriffszeitpunkte über eine Drehung nicht regelmäßig, sondern unregelmäßig angeordnet, also gezielt gestreut sind, verringert sich die Geräuschentwicklung bei der Frequenz, welche dem Produkt aus Drehzahl des Zahnrades und Anzahl der Zähne des Zahnrades entspricht, und deren Harmonischen.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen, sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen entnehmbar.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das erste Zahnrad und das zweite Zahnrad schrägverzahnt sind. Bei einer Schrägverzahnung kommen generell die einzelnen Zähne nicht schlagartig in Eingriff, sondern nach und nach über deren Breite. Folglich hat das schrägverzahnte Zahnradpaar zwar eine leicht verschlechterte Effizienz im Vergleich zu einem nicht schrägverzahnten Zahnradpaar, der Lauf des schrägverzahnten Zahnradpaares ist aber deutlich ruhiger.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Variation der Zahnbreite Zahnbreiten im Intervall von dem 1 ,2-fachen einer mittleren Zahnbreite bis zum 0,8-fachen der mittleren Zahnbreite und insbesondere Zahnbreiten im Intervall von dem 1,1-fachen einer mittleren Zahnbreite bis zum 0,9-fachen der mittleren Zahnbreite umfasst. Hierdurch ist sichergestellt, dass die Zahnräder im Betrieb ausreichend belastbar sind und genügend Fläche zur Kraftübertragung zur Verfügung steht, dass gleichzeitig aber auch eine ausreichend große Variation der Eingriffszeitpunkte über eine Drehung stattfindet.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die ersten Zähne und die zweiten Zähne in einer axialen Richtung des ersten Zahnrades bzw. in einer axialen Richtung des zweiten Zahnrades mittig auf einem ersten Grundkörper des ersten Zahnrades bzw. eines zweiten Grundkörpers des zweiten Zahnrades angeordnet sind. Hierdurch ist eine sichere Kraftübertragung zwischen den Zahnrädern gewährleistet. Die Gefahr von unsymmetrischen Belastungen, welche auf Dauer das Zahnradpaar schädigen könnten, wird verringert.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Zahndicken und die Zahnlücken der Mehrzahl der ersten Zähne gleich sind und die Zahndicken und die Zahnlücken der Mehrzahl der zweiten Zähne gleich sind. Die Zahndicken und die Zahnlücken sind vorzugsweise Zahndicken und die Zahnlücken in axialer Richtung mittig auf dem Grundkörper des Zahnrades. Mit anderen Worten sind die Zähne in Umlaufrichtung gleichmäßig über das Zahnrad verteilt. Hierdurch werden Spiel und Unwucht im Betrieb des Zahnradpaares vermieden.
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Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung zur Lösung der eingangs formulierten Aufgabe ist ein Getriebe aufweisend ein erfindungsgemäßes Zahnradpaar. Durch die ungleich verteilten Eingriffszeitpunkte erzeugt das Getriebe deutlich weniger störende tonale Geräusche.
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Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung zur Lösung der eingangs formulierten Aufgabe ist ein Kraftfahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Getriebe.
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Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung zur Lösung der eingangs formulierten Aufgabe ist ein Verfahren zum Betrieb eines Zahnradpaares, insbesondere eines erfindungsgemäßen Zahnradpaares, wobei ein erstes Zahnrad und ein zweites Zahnrad des Zahnradpaares kämmend gedreht werden, wobei die Eingriffszeitpunkte des Zahnradpaares über eine Drehung des ersten Zahnrades und/oder des zweiten Zahnrades unregelmäßig verteilt sind. Hierdurch ist es auf vorteilhafte Weise möglich, das Zahnradpaar mit deutlich reduzierten Heul-Geräuschen zu betreiben. Insbesondere Heul-Geräusche bei der Frequenz, welche dem Produkt aus Drehzahl des Zahnrades und Anzahl der Zähne des Zahnrades entspricht, und deren Harmonischen werden reduziert.
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Alle zuvor im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Zahnradpaar offenbarten Einzelheiten, Merkmale und Vorteile beziehen sich gleichfalls auf das erfindungsgemäße Getriebe, das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug sowie auf das erfindungsgemäße Verfahren.
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Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Zeichnungen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen anhand der Zeichnungen. Die Zeichnungen illustrieren dabei lediglich beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung, welche den Erfindungsgedanken nicht einschränken.
- 1 (a) und 1 (b) illustrieren ein Zahnradpaar gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bzw. ein Zahnrad eines Zahnradpaares gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
- 2 illustriert schematisch ein Kraftfahrzeug gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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1 (a) und 1 (b) illustrieren ein Zahnradpaar 100 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bzw. ein Zahnrad 1 eines Zahnradpaares 100 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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In 1 (a) ist schematisch ein Zahnradpaar 100 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in perspektivischer Ansicht dargestellt. Das Zahnradpaar 100 weist ein ersten Zahnrad 1 und ein zweites Zahnrad 2 auf.
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Das erste Zahnrad 1 und das zweite Zahnrad 2 sind miteinander schräg verzahnt, so dass eine Drehung des ersten Zahnrades 1 um eine in axialer Richtung des ersten Zahnrades A1 verlaufend angeordnete erste Drehachse D1 eine Drehung des zweiten Zahnrades 2 um eine in axialer Richtung des zweiten Zahnrades A2 verlaufend angeordnete zweite Drehachse D2 bewirkt.
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Hierzu weist das erste Zahnrad 1 eine Mehrzahl erster Zähne 3 auf, welche auf einem ersten Grundkörper 1' des ersten Zahnrades 1 bezogen auf die axiale Richtung des ersten Zahnrades A1 mittig angeordnet sind. Das zweite Zahnrad 2 weist eine Mehrzahl zweiter Zähne 2 auf, welche auf einem zweiten Grundkörper 2' des zweiten Zahnrades 2 ebenfalls bezogen auf die axiale Richtung des zweiten Zahnrades A2 mittig angeordnet sind.
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Zur Verminderung von Heul-Geräuschen ist das Zahnradpaar 100 so ausgebildet, dass die Eingriffszeitpunkte während einer Drehung des ersten Zahnrades 1 durch eine Variation der Zahnbreiten unregelmäßig verteilt sind. Hierdurch verringert sich die Geräuschentwicklung insbesondere bei der Frequenz, welche dem Produkt aus Drehzahl des Zahnrades und Anzahl der Zähne des Zahnrades entspricht, und deren Harmonischen.
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Um Spiel und Unwuchten zu vermeiden, sind die ersten Zähne 3 und die zweiten Zähne 4 gleichmäßig entlang der Umlaufrichtung des ersten bzw. zweiten Zahnrades 1, 2 verteilt. Die Streuung der Eingriffszeitpunkte wird hier dadurch erreicht, dass bei der Schrägverzahnung des Zahnradpaares 100 die Mehrzahl erster Zähne 3 eine variierende Zahnbreite aufweist. Die Zahnbreite ist die Ausdehnung der Zähne in axialer Richtung A. Hier variiert die Zahnbreite der Mehrzahl erster Zähne 3 beispielhaft zwischen dem 1,1 -fachen einer mittleren Zahnbreite und dem 0,9-fachen der mittleren Zahnbreite. Da bei einer Schrägverzahnung die Zähne nicht schlagartig mit der ganzen Zahnbreite, sondern der Zahnbreite nach aufeinandertreffen, werden mit der Zahnbreite auch die Eingriffszeitpunkte variiert.
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In 1 (b) ist schematisch das erste Zahnrad 1 des Zahnradpaares 100 aus 1 (a) dargestellt. Deutlich zu erkennen ist die Variation der Zahnbreite der Mehrzahl erster Zähne 2. Ebenfalls deutlich zu erkennen ist, dass die Mehrzahl erster Zähne 3 bezogen auf die axiale Richtung des ersten Zahnrades A1 mittig des ersten Grundkörpers 1' angeordnet sind.
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2 illustriert schematisch ein Kraftfahrzeug 300 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Kraftfahrzeug 300 weist ein Getriebe gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung auf, welches wiederum ein Zahnradpaar gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufweist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- erstes Zahnrad
- 1'
- erster Grundkörper
- 2
- zweites Zahnrad
- 2'
- zweiter Grundkörper
- 3
- Mehrzahl erster Zähne
- 4
- Mehrzahl zweiter Zähne
- A1
- axiale Richtung des ersten Zahnrades
- A2
- axiale Richtung des zweiten Zahnrades
- D1
- erste Drehachse
- D2
- zweite Drehachse
