DE19721568B4

DE19721568B4 - Schrägverzahntes Zahnrad mit variabler Zahnlänge

Info

Publication number: DE19721568B4
Application number: DE19721568A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Dr. Remmlinger
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1996-05-31
Filing date: 1997-05-23
Publication date: 2005-09-01
Anticipated expiration: 2017-05-24
Also published as: DE19721568A1

Abstract

Zahnrad mit einem Nabenteil (1) und einem Zahnkranz (2), der schräg zur Längsachse des Zahnrades angeordnete Zähne (3, 4) trägt, dadurch gekennzeichnet, dass der Zahnkranz (2, 21) Zähne (3, 4, 41) unterschiedlicher Zahnlänge (C, D) trägt.

Description

Die Erfindung betrifft ein schrägverzahntes Zahnrad gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Derartige Zahnräder werden beispielsweise in Getrieben eingesetzt und verursachen dort beim Kämmen mit anderen Zahnrädern Zahneingriffsgeräusche, die durch das Zusammenstoßen der jeweils in Eingriff geratenden Zahnradzähne erzeugt werden. Das Bestreben der Getriebehersteller, derartige Eingriffsgeräusche zu reduzieren, hat bisher zu keinen voll befriedigenden Lösungen geführt.

Aus der DE 39 34 841.5 A1 ist ein schallgedämpftes Zahnradpaar bekannt, das konstante Zahnteilungen aufweist, aber in unregelmäßiger Verteilung angebrachte und unterschiedlich große, begrenzte Geometrieabweichungen an den Zähnen besitzt, so dass monofrequente Schwingungen nicht entstehen und sich ein subjektiv angenehmeres Gesamtgeräusch ergibt. Bei einem Schieberad gemäß dem Abstract der JP 5-172 191 A ist vorgesehen, dass einer von einem Paar von benachbarten Außenumfangszähnen so ausgebildet ist, dass die Endfläche des kämmenden Gegenseitenteils um eine gewisse Distanz gegenüber dem anderen zurücktritt.

Die Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, ein schrägverzahntes Zahnrad so auszubilden, dass die Zahneingriffsgeräusche eines solchen Zahnrades beim Kämmen mit einem anderen Zahnrad deutlich verringert werden.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen des Patentanspruchs 1, während die Unteransprüche vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung definieren.

Demnach ist vorgesehen, ein Zahnrad mit schräg zur Längsachse des Zahnrades angeordneten Zähnen so auszubilden, dass der Zahnkranz Zähne unterschiedlicher Zahnlänge trägt, wobei die kürzeren Zähne im Gegensatz zu den längeren Zähnen beispielsweise vor der Einlaufstirnseite des Zahnrades enden. Dabei kann die Zahnlängenverkürzung im Bereich zwischen 1 bis 40 % der Zahnlänge erreichen, wenngleich eine Längenreduzierung bevorzugt von 1 bis 20 % und weiter vorzugsweise von 1 bis 10 % zu wählen ist.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Länge der verkürzten Zähne in Abhängigkeit vom Normalmodul bei einem Zahnkranzwerkstoff und abhängig von dem Schrägungswinkel der Zähne zur Längsachse des Zahnrades festgelegt. Die Anordnung der in der Länge verkürzten Zähne auf dem Zahnkranz kann zufallsverteilt oder entsprechend dem gewünschten Frequenzspektrum der Zahneingriffsgeräusche gewählt werden.

Zum besseren Verständnis ist der Beschreibung die Zeichnung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung beigefügt. In 1 ist der Querschnitt durch ein schrägverzahntes Zahnrad dargestellt, bei dem mit 1 die Zahnradnabe und mit 2 der Zahnkranz des Zahnrades bezeichnet ist. Auf der Mantelfläche des Zahnkranzes 2 sind schräg zur Drehachse des Zahnrades ausgerichtete Zähne 3 angeordnet, die sich über die gesamte Zahnkranzlänge erstrecken. Außerdem sind in der Länge verkürzte Zähne 4 erkennbar, die vor der Einlaufstirnseite 5 des Zahnkranzes 2 abgeschrägt enden. Dieser Aufbau ist auch 2 entnehmbar, in der eine Draufsicht auf den Zahnkranz aus Richtung A gemäß 1 dargestellt ist.
Demnach erstrecken sich die Zähne 3 von der auslaufenden Stirnseite 6 bis zur einlaufenden Stirnseite 5 des Zahnkranzes 2, während die in der Länge verkürzten Zahnradzähne 4 an der auslaufenden Stirnseite des Zahnrades 6 beginnen und vor der einlaufenden Stirnseite 5 des Zahnrades enden. Dabei weisen die Zähne 3 eine Länge C auf, während die Zähne 4 um den Betrag B auf die Länge D verkürzt sind. Die Zahnverkürzung B beträgt hier ca. 14 % der Zahnlänge C.
Statt nur die jeweiligen Zähne zu verkürzen, kann auch die Breite des Zahnkranzes 21 samt Zahn 41 an ausgewählten Stellen wie in 3 dargestellt reduziert sein.
Die Verkürzung kann unter anderem auch in Abhängigkeit von dem Normalmodul m_n und dem Schrägungswinkel β der Zähne 3, 4, also dem Anstellwinkel zwischen der Zahnraddrehachse und der Zahnausrichtung gewählt werden. Verallgemeinert kann die Zahnlänge C der Zähne 3 demnach um einen Betrag B reduziert werden, der sich z. B. für eine 20 % kleinere Stirnteilung aus folgender Gleichung ergibt: B = 0,2 × π × mn/sinβ
Dabei können beispielsweise typische Schrägungswinkel β = 10 – 30° und Werkstoffnormalmodule m_n im Bereich von 1 – 5 genutzt werden. Die in ihrer Länge zu verkürzenden Zähne 4 können mit Hilfe einer Zufallsfunktion angeordnet werden, so dass sich eine Anordnung wie in 2 ergibt. Dabei sind zwischen den verkürzten Zähnen 4 unterschiedlich viele unverkürzte Zähne 3 vorhanden.
Wenn ein solches Zahnrad mit einem anderen Zahnrad kämmt, ist der Zeitraum zwischen zwei Eingriffsstößen der Zähne 3, 4 nicht konstant, so dass sich für den jeweiligen Zahn 3, 4 zeitverschobene Zahneingriffsgeräusche ergeben. Bei einem Zahnrad mit einer Zahnkranzbreite von 20 mm und einer Zahnverkürzung von 2 mm ergibt sich zwischen den kurzen und den längeren Nachbarzähnen einmal eine Erhöhung und einmal eine Erniedrigung der Eigenfrequenz um jeweils 20 %. Im Frequenzspektrum des Zahneingriffsgeräusches eines solchen Zahnrades bilden sich daher Frequenzseitenbänder aus, wodurch die Geräuschanregung auf ein breiteres Frequenzband verteilt wird. Dadurch steht zur Resonanzanregung eine geringere Energie zur Verfügung, wodurch das Zahneingriffsgeräusch gegenüber Zahnrädern gemäß dem Stand der Technik deutlich abgesenkt wird.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann die Verteilung und die Länge der verkürzten Zähne 4 auch in Abhängigkeit von einem vorgewählten Frequenzspektrum der Zahneingriffsgeräusche ausgewählt sein.
Falls ausnahmsweise nicht der Einlaufstoß, sondern der Auslaufstoß die entscheidende Geräuschanregung gibt, kann die Zahnverkürzung auch auf der Auslaufseite des Zahnrades vorgesehen werden. Es sind auch Kombinationen denkbar, bei denen die Verkürzung nicht auf ein Zahnrad beschränkt ist, sondern sich Zahnverkürzungen auf unterschiedlichen oder gleichen Seiten von miteinander kämmenden Zahnrädern ausgebildet sind.

Claims

Zahnrad mit einem Nabenteil (1) und einem Zahnkranz (2), der schräg zur Längsachse des Zahnrades angeordnete Zähne (3, 4) trägt, dadurch gekennzeichnet, dass der Zahnkranz (2, 21) Zähne (3, 4, 41) unterschiedlicher Zahnlänge (C, D) trägt.
Zahnrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die kürzeren Zähne (4, 41) im Gegensatz zu den längeren Zähnen (3) vor der Einlaufstirnseite (5) des Zahnrades enden.
Zahnrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die kürzeren Zähne (4, 41) im Gegensatz zu den längeren Zähnen (3) vor der Auslaufstirnseite (6) des Zahnrades enden.
Zahnrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es solche in der Länge verkürzte Zähne (4, 41) trägt, die vor der Einlaufstirnseite (5) enden, und daß es solche in der Länge verkürzte Zähne trägt, die vor der Auslaufstirnseite (6) des Zahnrades enden.
Zahnrad nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnverkürzung (B) 1 bis 40 % der normalen Zahnlänge beträgt.
Zahnrad nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnverkürzung (B) 1 bis 20 % der normalen Zahnlänge beträgt.
Zahnrad nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnverkürzung (B) 1 bis 10 % der normalen Zahnlänge beträgt.
Zahnrad nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingriffsseite der verkürzten Zähne (4, 41) zur einlaufenden oder auslaufenden Stirnseite (5, 6) des Zahnrades abgeschrägt sind.
Zahnrad nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge D der verkürzten Zähne (4) in Abhängigkeit von dem Normalmodul (m_n) bei einem Zahnkranzwerkstoff und von dem Schrägungswinkel (β) der Zähne (3, 4, 41) zur Zahnradlängsachse gewählt wird.
Zahnrad nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die verkürzten Zähne (4, 41) in Abhängigkeit von einer Zufallsfunktion auf der Zahnkranzmantelfläche zwischen den unverkürzten Zähnen (3) verteilt sind.
Zahnrad nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die verkürzten Zähne (4, 41) in Abhängigkeit vom gewünschten Frequenzspektrum der Zahneingriffsgeräusche auf der Mantelfläche des Zahnkranzes (2) zwischen den unverkürzten Zähnen (3) verteilt angeordnet und in ihrer Länge bestimmt sind.
Zahnrad nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite des Zahnkranzes (21) samt Zahn (41) an ausgewählten Stellen reduziert ist.