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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum
Vermindern von mechanischen Rattergeräuschen zwischen
zwei miteinander kämmenden Zahnrädern mit einem
Zahnkranz, der mit einem der Zahnräder zusammenarbeitet,
wobei der Zahnkranz drehbar mit dem Nabenabschnitt dieses
einen Zahnrades verbunden ist und dasselbe Zahnprofil und
dieselbe Zähnezahl hat wie das Zahnrad und mit diesem
Zahnrad über in Drehrichtung elastische Elemente
verbunden ist, die in Eingriffsrichtung der Zahnräder
vorgespannt sind.
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Bei den meisten Autos mit einer handgeschalteten
Kraftübertragung entsteht dann ein Rattergeräusch, wenn
die Zahnräder leerlaufen. Dieses Geräusch wird dann
erzeugt, wenn die Zähne der Zahnräder mit einer
bestimmten Frequenz aneinanderstoßen, da den Zahnrädern
im Getriebegehäuse aufgrund des ungleichförmigen Laufens
des Motors bei niedriger Drehzahl eine Beschleunigung
aufgezwungen wird. Die Schwingungen, die erzeugt werden,
werden über die Kupplung und die Antriebswelle übertragen
und werden nicht nur durch den Motor verursacht, sondern
auch durch den Drehmomentverlust im Getriebegehäuse. Das
Schwungrad des Motors hat bei niedrigen Motordrehzahlen
eine größere Winkelbeschleunigung und eine größere
Schwingungsamplitude, so daß das Leerlauf-Rattern in dem
meisten Fällen bei abnehmenden Drehzahlen zunimmt. Eine
niedrige Leerlaufdrehzahl ist jedoch im allgemeinen
wünschenswert, da sie den Brennstoffverbrauch senkt.
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Es sind bereits mehrere, unterschiedliche Verfahren zum
Vermindern oder zum vollständigen Ausschalten des
Leerlauf-Ratterns in Getriebegehäusen bekannt.
Beispielsweise ist es möglich, Kupplungen mit einer
besonderen Steifheit und einer Dämpfungsvorrichtung zu
verwenden, um das Trägheitsmoment des Schwungrades zu
erhöhen oder das Zahnspiel zwischen den Zahnrädern zu
vermindern. Es ist auch möglich, im Getriebegehäuse eine
Reibungsbremse zu verwenden, um die Zahnräder
gegeneinander vorzuspannen oder um ihre Trägheitsmomente
umzuwandeln. In den meisten Fällen sind diese Verfahren
entweder nicht ausreichend wirksam zum Vermindern der
Rattergeräusche oder sie sind teuer, da sie relativ
aufwendige Abweichungen von bestehenden Bauteilen
erfordern. Im Hinblick auf das Zahnspiel ist es
beispielsweise praktisch nicht möglich, ein genügend
kleines Spiel zu erzielen, um eine wirkungsvolle
Verminderung der Rattergeräusche zu ermöglichen. Die
Vorspann-Vorrichtungen, die bisher verwendet worden sind,
hatten eine Tendenz dahingehend, ihre eigenen,
zusätzlichen Geräusche zu entwickeln.
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Mit Hilfe einer Vorrichtung der Bauart, wie sie in der
Einleitung beschrieben worden ist und die beispielsweise
durch die EP 0 199 265 bekannt ist, ist es möglich, eine
solche Wirkung zu erzielen, daß diese fast dieselbe ist,
als wenn das Zahnspiel zwischen den Zahnrädern praktisch
vollständig ausgeschaltet wäre. Die bekannte Vorrichtung
hat Zahnrad-Teile, die mit Hilfe einer vorgespannten und
zwischen zwei Stiften befestigten Blattfeder miteinander
verbunden sind, wobei diese Feder in einem Raum liegt,
der durch Nuten in einander gegenüberliegenden Seiten der
Zahnradteile gebildet wird. Eine solche Vorrichtung ist
relativ kompliziert in der Herstellung und in der Montage
und es besteht ein Risiko dahingehend, daß diese
Vorrichtung ihre eigenen Rattergeräusche erzeugt,
insbesondere dann, wenn eine Abnutzung zu einem Spiel bei
der Federmontage geführt hat.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde,
eine Vorrichtung der in der Einleitung beschriebenen Art
anzugeben, die einfach aufgebaut und in der Herstellung
und Montage billig ist und die das Risiko ausschaltet,
daß sie ein eigenes Geräusch erzeugt.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit Hilfe der Tatsache
erzeugt, daß die elastischen Elemente in einander
gegenüberliegenden, in Umfangsrichtung voneinander
beabstandeten Hohlräumen im Nabenabschnitt und in der
inneren Umfangsfläche des Zahnkranzes liegen, die der
Zahnradnabe gegenüberliegt und so angeordnet sind, daß
sie den Zahnkranz und das zugehörige Zahnrad relativ
zueinander winkelmäßig verschieben, bevor sie mit dem
anderen Zahnrad in Eingriff gebracht werden.
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Die Vorrichtung nach der Erfindung hat niedrige
Herstellungskosten und ist einfach zu montieren. Die
Hohlräume jeweils in der Zahnradnabe und im Zahnkranz
können durch einfache Fräsvorgänge hergestellt werden.
Durch die Tatsache, daß die Hohlräume im radial inneren
Abschnitt des Zahnrades liegen, beeinflussen sie die
Zahnform während des Abschreckvorganges nicht. Die
Montage ist aufgrund der Tatsache vereinfacht, daß die
elastischen Elemente prinzipiell lose in den Hohlräumen
liegen können. Die Vorrichtung selbst verursacht keinen
Lärm, wenn elastische Elemente aus Gummi verwendet
werden, die nicht nur ein Vorspann-Drehmoment erzeugen,
sondern die auch Schwingungen dämpfen.
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Anhand der beigefügten Zeichnungen wird die Erfindungnun
im einzelnen beschrieben. Es zeigen:
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Fig. 1 ist eine Schnittansicht eines Teiles
eines Getriebegehäuses mit einer
Vorrichtung nach der Erfindung;
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Fig. 2 ist eine Schnittansicht längs der Linie
II-II in Fig. 1;
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Fig. 3 ist eine Schnittansicht längs der Linie
III-III in Fig. 2;
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Fig. 4 ist eine perspektivische Ansicht eines
Teiles des Zahnrades gemäß Fig. 2;
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Fig. 5 ist eine Ansicht, die der Fig. 2
entspricht und eine bevorzugte
Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Vorrichtung in unbelastetem Zustand
zeigt; und
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Fig. 6 ist eine Ansicht der Vorrichtung nach
Fig. 5 in vorgespanntem Zustand.
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In Fig. 1 bezeichnet die Bezugsziffer 1 einen Teil eines
Getriebegehäuses, in dem zwei Getriebewellen 2, 3 drehbar
gelagert sind. Die Wellen 2, 3 tragen jeweils Zahnräder
4, 5, die miteinander in Zahneingriff stehen. Das Zahnrad
4 ist auf seiner Welle 2 drehbar gelagert und es ist mit
Hilfe einer nicht dargestellten Eingriffs-Hülse
verriegelbar und lösbar, während das Zahnrad 5 undrehbar
auf seiner Welle 3 befestigt ist.
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Wie dies am klarsten in Fig. 4 dargestellt ist, ist das
Zahnrad 5 in zwei Teile 6, 7 unterteilt. Das Zahnradteil
7 hat die Form einer dünnen Ringscheibe 8, während das
Zahnradteil 6 ein Teil eines normalen Zahnrades 5 ist.
Die Ringscheibe 8 ist auf einer Schulter 9 am
Nabenabschnitt 10 des Zahnrades 5 drehbar gelagert.
Hohlräume 11 und 12 auf der Innenseite der Ringscheibe 8
und der Schulter 9 beherbergen Gummielemente 13, die das
nachgiebige Element bilden, gegenüber dessen Kraft die
Ringscheibe 8 relativ zum Zahnrad 5 drehbar ist. Eine
dünne Platte 14 zwischen dem Nabenabschnitt 10 des
Zahnrades 5 und einem angrenzenden Lager 15 legt die
Ringscheibe 8 und die Gummielemente 14 axial relativ zum
Zahnrad 5 fest. Die Gummielemente 13 können in den
Hohlräumen 11, 12 lose angeordnet sein oder sie können
mit Hilfe von Hitze in diesen Hohlräumen befestigt sein.
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Die Hohlräume 11, 12 sind relativ zu den Zahnradteilen 6
und 7 so angeordnet, daß dann, wenn die Ringscheibe an
der Schulter 9 montiert ist und die Gummielemente 13 in
ihre Hohlräume eingelegt sind, jedoch bevor das Zahnrad
in den Getriebekasten eingebaut worden ist und in
Zahneingriff mit dem Zahnrad 4 gebracht worden ist, die
Zahnradteile 6, 7 in Bezug aufeinander winkelmäßig
verschoben sind. Dies ist, zu Erläuterungszwecken in
gewisser Weise übertrieben, in Fig. 4 dargestellt. In der
Praxis besteht eine seitliche Verschiebung von 1 bis 2 mm
zwischen den Zähnen der Getriebeteile 6 und 7. Das
Haupterfordernis besteht darin, daß die seitliche
Verschiebung zwischen den Zahnradteilen 6 und 7 größer
ist als das Zahnspiel zwischen den Zähnen der Zahnräder
4, 5.
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Wenn das Zahnrad 5 in Zahneingriff mit dem Zahnrad 4
gebracht wird, dann wird die winkelmäßige Verschiebung
der Ringscheibe 8 relativ zum eigentlichen Zahnrad 5
vermindert, wodurch eine Vorspannung in den
Gummielementen 13 erzeugt wird. Die Zähne der Ringscheibe
8 sind auf diese Weise konstant so federvorgespannt, daß
eine Flanke 16 (Fig. 3) immer mit der gegenüberliegenden
Zahnflanke des Zahnrades 4 in Berührung steht. Auf diese
Weise ist das Zahnspiel zwischen den Zahnrädern 4, 5
praktisch ausgeschaltet. Aufgrund der Tatsache, daß eine
Flanke stets unbelastet ist, kann sie mit geringeren
Anforderungen an Genauigkeit und Endbearbeitung
hergestellt werden, wodurch die Herstellungskosten
gesenkt werden.
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Die Ausführungsform, die in den Fig. 5 und 6 dargestellt
ist, unterscheidet sich von der oben beschriebenen
Ausführungsform dadurch, daß die elastischen Elemente
zusätzlich zu den Gummielementen 20, die den obigen
Elementen 13 entsprechen, noch Metall-Blattfedern 21
aufweisen. Die Elemente 20 sind mit Vorsprüngen 22
ausgebildet, die sich in schwalbenschwanzförmige Nuten 23
in der Ringscheibe 8 hineinerstrecken. Die Blattfedern 21
sind mit den Gummielementen 20 verschmolzen und die
nachgiebigen Elemente, die aus den Teilen 20 und 21
bestehen, werden in der Ringscheibe 8 durch Vorsprünge 22
und Hohlräume 23 an Ort und Stelle gehalten, wenn die
Ringscheibe auf die Schulter 9 der Zahnradnabe
aufmontiert wird. Die Hohlräume 12 in der Nabe sind
relativ zur Form der Blattfedern 21 im unbelasteten
Zustand so dimensioniert, daß dort ein leichtes Spiel "S"
vorhanden ist, welches die Montage erleichtert. Dieses
Spiel "S" bietet einen Ausdehnungsraum für den
zusammengedrückten Gummi, wenn die nachgiebigen Elemente
vorgespannt werden, wie dies aus Fig. 6 hervorgeht.
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Durch Unterteilen der nachgiebigen Elemente in zwei
verschiedene Bauteile in der oben beschriebenen Weise
wird eine Vorrichtung bereitgestellt, bei der jedes
Bauteil auf die spezielle Aufgabe zugeschnitten werden
kann. Auf diese Weise werden die Gummielemente 20 in
erster Linie dazu ausgebildet, Schwingungen zu dämpfen,
während die Blattfedern 21 in erster Linie dazu bestimmt
sind, ein ausreichend großes Vorspann-Drehmoment zu
erzeugen.
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Wie aus den Fig. 2, 5 und 6 hervorgeht, sind die
Hohlräume 12 im Schulterabschnitt 9 der Nabe 10
bogenförmig. Die Hohlräume 11 in der Zahnringscheibe 8
haben einen Bodenabschnitt 11a, der sich im wesentlichen
tangential zum Nabenabschnitt 9 erstreckt sowie eine
Hinterwand 11b, der sich im wesentlichen senkrecht zum
Bodenabschnitt 11a erstreckt. Jede Blattfeder 21 hat
einen Abschnitt 21a in einer Form, die an den Bogen des
Hohlraumes 12 angepaßt ist sowie einen anschließenden
Abschnitt 21b, der sich in den Hohlraum 11 hinein
erstreckt und an der hinteren Wand 11b anstößt.
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Versuche während langer Zeiträume haben gezeigt, daß die
beschriebene Konstruktion in Bezug auf die
Geräuschunterdrückung und die Nachgiebigkeit die
Laufzeitanforderungen erfüllt und daß die Vorrichtung
auch nach einem längeren Gebrauch keine Eigengeräusche
erzeugt.