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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine mechanische Bauteilpaarung aus
einem ersten Bauteil mit einer ersten Bauteilverzahnung und einem
zweiten Bauteil mit einer zweiten Bauteilverzahnung, die mit der
ersten Bauteilverzahnung in Eingriff steht, um über die
Bauteilverzahnungen eine Antriebskraft in einer Antriebsrichtung übertragen
zu können.
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Derartige
Bauteilpaarungen sind allgemein bekannt, beispielsweise in Form
von Zahnradpaarungen und/oder der Paarung einer Zahnstange mit einem
Zahnrad. Solche Bauteilpaarungen werden häufig in Antriebssträngen
von Kraftfahrzeugen eingesetzt, beispielsweise in Stufengetrieben,
in Antrieben für Nebenaggregate etc.
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Eines
der Hauptprobleme bei derartigen mechanischen Bauteilpaarungen ist
das so genannte Rasselphänomen. Dieses tritt hauptsächlich
aufgrund von Schwingungsanregungen im Antriebsstrang auf, die beispielsweise
von einem Antriebsmotor wie einem Verbrennungsmotor des Antriebsstranges
erzeugt werden. Das Rasseln (auch als unsympathische Schwingungen
bezeichnet) entsteht dadurch, dass sich aufgrund der Schwingungsanregung
das antreibende Bauteil verzögert, das angetriebene Bauteil
(z. B. ein Losrad) sich aber mit einer eingeprägten Umlaufbewegung
weiterdreht und nur durch Reibungs- und Schleppmomenteffekte verzögert
wird. Dabei löst sich das angetriebene Bauteil von einer
Zugflanke des Antriebsbauteils, um zur Schubflanke des Antriebsbauteils
hin zu schwingen und gegebenenfalls dort anzustoßen. Derartige
Phänomene treten nicht nur bei Lastwechselreaktionen auf,
sondern insbesondere aufgrund der höherfrequenten Anregungen
aus anderen Teilen des Antriebsstranges, wie beispielsweise einem
Verbrennungsmotor.
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Zur
Verringerung von solchen Geräuschen gibt es mehrere Ansätze.
Zum einen können aktive getriebeexterne Maßnahmen
vorgesehen werden, die beispielsweise die Störanregung
aus einem Verbrennungsmotor durch ein Zweimassenschwungrad entkoppeln.
Derartige Zweimassenschwungräder sind jedoch aufwändig
hinsichtlich des beanspruchten Bauraumes, des notwendigen Zusatzgewichtes und
hinsichtlich der Kosten. Eine weitere Möglichkeit sind
passive getriebeexterne Maßnahmen, wie etwa Kapselungen
oder Dämmungen des Getriebegehäuses. Auch diese
Maßnahmen sind ungünstig. Ferner sind aktive getriebeinterne
Maßnahmen bekannt, die gezielt an den Hauptgeräuschquellen
angeordnet werden. Solche aktiven getriebeinternen Maßnahmen
zielen häufig darauf ab, die funktionsbedingten Spiele
zu minimieren bzw. die Beweglichkeit innerhalb dieser funktionsbedingten
Spiele zu behindern. Nachteilig hierbei sind häufig der
verringerte Wirkungsgrad und die Erzeugung anderer unerwünschter
Geräusche (wie z. B. Heulen). Ferner ist es bekannt, zur
Geräuschverringerung passive getriebeinterne Maßnahmen
vorzusehen, die direkt an den Geräuschquellen (also beispielsweise
an den Zahnrädern) angeordnet sind und mechanische Schwingungen
tilgen oder isolieren.
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Bekannte
Maßnahmen hierbei sind Losradbremsen, Maßnahmen
zur Zahnlückenverspannung, Maßnahmen, bei denen
eine Scheibe mit einer etwas anderen Übersetzung verwendet
wird, Maßnahmen mit einer Reibrad-Nebenübersetzung,
Schwingungstilger, magnetische Lösungen zum Verhindern
eines Lösens der Zahnflanken voneinander, etc.
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Beispielsweise
ist aus dem Dokument
DE 103
28 482 A1 ein Zahnradgetriebe mit einer Antirasseleinrichtung
bekannt. Dabei ist einem Losrad und einem Festrad jeweils ein Reibrad
zugeordnet, die in Reibeingriff zueinander stehen.
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Aus
dem Dokument
DE 197
21 851 A1 ist es bekannt, das Zahnflankenspiel in einer
Zahnradpaarung zu verringern, indem an dem einen Zahnrad eine Zahnscheibe
mit geringfügig verbiegbaren Zähnen angebracht
wird. Die verbiegbaren Zähne der Zahnscheibe greifen in
die Gegenverzahnung der Zahnradpaarung und sollen für eine
Geräuschdämpfung ohne nennenswerten Verschleiß an
dem anderen Zahnradelement sorgen.
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Aus
der
DE 38 39 807 C1 ist
es bekannt, das Zahnflankenspiel zwischen zwei Zahnrädern
aufzuheben, indem an einem Zahnrad eine zusätzliche Zahnscheibe
vorgesehen wird und indem die Zahnscheibe gegenüber dem
zugeordneten Zahnrad durch Federn in Umfangsrichtung vorgespannt
wird.
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Ferner
offenbart das Dokument
DE
10 2004 008 171 A1 einen Stirnradtrieb für Nockenwellen,
bei dem ein Zahnrad zweiteilig ausgebildet ist.
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Aus
dem Stand der Technik sind ferner Antirasselmaßnahmen bekannt
(z. B.
DE 1 967 959
A1 ,
JP 62228735A ,
US 4,577,525 B ),
bei denen eine Antirasselverzahnung eines Antirasselbauteils einen Zahn
mehr oder weniger hat als die Bauteilverzahnung des zugeordneten
Bauteils.
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Das
Dokument
JP 01153865A offenbart
eine Anordnung mit einer Bauteilpaarung und einem zugeordneten Antirasselbauteil,
wobei die Antirasselverzahnung des Bauteils, mit dem das Antirasselbauteil
in Eingriff steht, einen anderen Schrägungswinkel aufweist
als dessen Bauteilverzahnung.
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Vor
dem obigen Hintergrund ist es die Aufgabe der Erfindung, eine mechanische
Bauteilpaarung anzugeben, mit der sich eine effektive Geräuschverringerung
realisieren lässt und die einen hohen Wirkungsgrad besitzt.
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Gemäß einem
ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die obige Aufgabe
gelöst durch eine Bauteilpaarung aus einem ersten Bauteil
mit einer ersten Bauteilverzahnung und einem zweiten Bauteil mit
einer zweiten Bauteilverzahnung, die mit der ersten Bauteilverzahnung
in Eingriff steht, um über die Bauteilverzahnungen eine
Antriebskraft in einer Antriebsrichtung übertragen zu können,
wobei dem ersten Bauteil ferner eine erste Antirasselverzahnung
zugeordnet ist, wobei an dem zweiten Bauteil ein Antirasselbauteil
befestigt ist, das in radialer Richtung (d. h. im Wesentlichen senkrecht
bzw. quer zur Antriebsrichtung) beweglich ist, insbesondere elastisch
verformbar ausgebildet und/oder in radialer Richtung elastisch gelagert
ist, und wobei ein Radialanschlag eine Relativbewegung des Antirasselbauteils
in radialer Richtung in Bezug auf das zweite Bauteil begrenzt.
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Durch
den erfindungsgemäß vorgesehenen Radialanschlag
kann sichergestellt werden, dass das Antirasselbauteil nicht aufgrund
von Zentripetal- bzw. Zentrifugalkräften zu stark exzentrisch
in Bezug auf das zweite Bauteil ausgelenkt wird. Die Betriebssicherheit
der Bauteilpaarung kann folglich erhöht werden.
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Bevorzugt
besteht der erste Aspekt der Erfindung darin, dass das größte
auftretende Drehflankenspiel der Bauteilverzahnungen durch die radiale Verformbarkeit
bzw. radial elastische Lagerung des Antirasselbauteils ausgeglichen
werden kann, da das Antirasselbauteil folglich im Bereich des Zahneingriffs
radial elastisch ausweichen kann. Mit anderen Worten erfolgt der
Zahneingriff zwischen den Antirasselverzah nungen so, dass eine solche
Kraft zwischen dem Antirasselbauteil und dem zweiten Bauteil in
Antriebsrichtung wirkt, dass die Bauteilverzahnungen auch bei hochfrequenten
Anregungen (wie z. B. von einem Verbrennungsmotor, insbesondere
Dieselmotor) nicht so innerhalb des Zahnflankenspiels umschlagen,
dass ein Rasselgeräusch erzeugt wird. Anders ausgedrückt
kann über die Antirasselverzahnungen ein Schleppmoment,
insbesondere ein Reibmoment in Umfangsrichtung erzeugt werden, das
die störenden Anregungen dämpft. Das Schleppmoment sollte
dabei geeignet sein, die oszillierenden Massenkräfte zu
verringern, insbesondere zu eliminieren.
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Bei
dieser Ausführungsform können alle fertigungsbedingten
Toleranzen sowie thermischen Deformationen, die sich auf die Drehflankenspiele
auswirken, bevorzugt bis zu 100% ausgeglichen werden.
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Dabei
kann das Antirasselbauteil selbst elastisch verformbar sein, so
dass es im Bereich des Zahneingriffs radial elastisch ausweichen
kann. Alternativ oder zusätzlich hierzu kann das Antirasselbauteil
in radialer Richtung elastisch gelagert sein. Bei dieser Ausführungsform
kann aufgrund des radial elastischen Ausweichens im Bereich des
Zahneingriffs ein Mittelpunkt des Antirasselbauteils exzentrisch
gegenüber einem Mittelpunkt des zweiten Bauteils versetzt
angeordnet sein. Hierbei kann mit anderen Worten ein beliebiger
Punkt des Antirasselbauteils eine kreisförmige Bewegung
um den Mittelpunkt des zweiten Bauteils herum ausführen.
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Die
Kräfte, die zu einer radialen Auslenkung des Antirasselbauteils
führen, können beim Verlassen des Zahneingriffes
aufgrund der radial elastischen Eigenschaft des Radialfederelementes
wieder an das System zurückgegeben werden.
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Die
Bauteilpaarung kann eine Zahnradpaarung sein. In diesem Fall ist
die Antriebsrichtung eine in Umfangsrichtung des antreibenden Zahnrades
gerichtete Antriebsrichtung. In diesem Fall kann man ein Bauteil
als geteiltes Rad auffassen, wobei ein Teil für die Lastübertragung
verantwortlich ist und der andere Teil (Antirasselbauteil) für
die Spielfreiheit sorgen kann. Die Bauteilpaarung kann jedoch auch
eine Kombi nation aus einer Zahnstange und einem Zahnrad sein, wobei
die Antriebsrichtung im Wesentlichen linear verläuft.
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Die
erfindungsgemäße Bauteilpaarung ist ferner in
beiden Antriebsrichtungen (also bei Zahnrädern beispielsweise
in beiden Drehrichtungen) wirksam. Ferner ist die erfindungsgemäße
Bauteilpaarung sowohl bei gerad- als auch bei schrägverzahnten
Bauteilverzahnungen anwendbar.
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Die
Antirasselverzahnungen können hinsichtlich der Zahnformen
identisch oder ähnlich aufgebaut sein wie die Bauteilverzahnungen.
Die Antirasselverzahnungen können jedoch auch eine beliebige
andere Form besitzen, wobei es bevorzugt ist, wenn die Antirasselverzahnungen
punkt- oder linienförmig aneinander angreifen. Besonders
bevorzugt ist es, wenn die Antirasselverzahnungen punkt- oder linienförmig
auf der Höhe des Wälzkreises miteinander in Eingriff
stehen.
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Bei
der erfindungsgemäßen Bauteilpaarung ist es generell
irrelevant, ob das erste oder das zweite Bauteil das antreibende
Bauteil ist. Bevorzugt ist das Antirasselbauteil jedoch mit einem
Festrad (also einem Zahnrad, das fest mit einer Drehwelle verbunden
ist) verbunden, da das hiermit in Eingriff stehende Losrad häufig
durch Schaltkupplungen (Synchronisierungen etc.) verbaut ist, so
dass das Antirasselbauteil dort nicht oder nur mit größerem
Aufwand angebracht werden kann.
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Ferner
versteht sich, dass einem Bauteil wie einem Zahnrad auch zwei oder
mehr Antirasselbauteile zugeordnet sein können, beispielsweise
auf axial gegenüberliegenden Seiten eines Zahnrades. Dies ist
insbesondere dann bevorzugt, wenn das zweite Bauteil mit mehr als
einem ersten Bauteil in Eingriff steht. Dabei kann jedes Antirasselbauteil
auf die spezielle Verzahnung mit einem ersten Bauteil abgestimmt
werden.
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Zur
Terminologie ist dabei folgendes anzumerken. Wenn irgendeine Verzahnung
eine andere Verzahnung antreibt, lastlos oder leistungsführend, dann
zieht diese Verzahnung die angetriebene Verzahnung über
die Zugflanke der treibenden Verzahnung an der Zugflanke der angetriebenen
Verzahnung im Sinne der momentanen Antriebs- bzw. Umlaufrichtung.
Kommt es zu Umschlägen der Flankenanlagen – wie
etwa beim Rasseln oder Zug-Schub-Lastwechselreaktionen – dann
kommen die Rückflanken dieser Zahnräder zum Eingriff.
Diese Terminologie ändert sich dann, wenn sich der Drehsinn
oder die Antriebs- bzw. Umlaufrichtung dieser Verzahnungspaarung ändert.
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Im
Rahmen der vorliegenden Anmeldung wird die Zugflanke der treibenden
Verzahnung auch als Schubflanke bezeichnet, und die Zugflanke der angetriebenen
Verzahnung auch als Rückflanke. Gleichermaßen
werden im Rahmen der vorliegenden Anmeldung die nicht im Eingriff
befindlichen Rückflanken ebenfalls als Schubflanke bzw.
Rückflanke bezeichnet.
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Ferner
ist die Zahnzahl und/oder die Zahnteilung (Modul) der Bauteilverzahnungen
und der jeweils zugeordneten Antirasselverzahnungen vorzugsweise
identisch. Im Gegensatz zu Antirasselmaßnahmen, bei denen
beispielsweise die Antirasselverzahnung des Antirasselbauteils einen
Zahn mehr oder weniger hat als die zugeordnete Bauteilverzahnung,
werden aufgrund der identischen Zahnzahl bzw. Zahnteilung ständige
Verspannungen und eine damit einhergehende Wirkungsgradverschlechterung
vermieden. (Gegebenenfalls kann jedoch die Antirasselverzahnung
dieselbe Teilung, aber weniger Zähne aufweisen als die
zugeordnete Bauteilverzahnung, indem nur jedem zweiten, dritten,
vierten (allgemein n-ten) Bauteilzahn ein Antirasselzahn zugeordnet
ist, und zwar insbesondere in Abhängigkeit von dem Frequenzbereich
der störenden Anregung; eine hinreichende Sprungüberdeckung
sollte gegeben sein).
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Auch
ist es bevorzugt, wenn die Bauteilverzahnungen und die jeweils zugeordneten
Antirasselverzahnungen hinsichtlich anderer Verzahnungseigenschaften
im Wesentlichen identisch sind, beispielsweise hinsichtlich des
Verzahnungstyps (z. B. Evolventenverzahnung), des Schrägungswinkels, des
Kopfkreisdurchmessers, des Teilkreisdurchmessers, des Eingriffswinkels,
etc.
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Die
obige Aufgabe wird ferner gelöst durch ein Getriebe mit
einer solchen Bauteilpaarung, insbesondere ein Kraftfahrzeuggetriebe,
und durch einen Antriebsstrang mit einem solchen Getriebe.
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Sofern
das Kraftfahrzeuggetriebe als Stufengetriebe in Vorgelegebauweise
ausgebildet ist, können ein oder mehrere Radsätze
(jeweils mit einem Losrad und wenigstens einem Festrad) eine erfindungsgemäße
Bauteilpaarung aufweisen. Die Rasselneigung derartiger Getriebe
kann durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen
soweit verringert werden, dass das Stufengetriebe ohne Zweimassenschwungrad
(ZMS) ausgeführt sein kann. Dies führt zu einem
deutlich höheren Wirkungsgrad, da die Gesamtmasse bzw.
der sog. Massenfaktor verringert werden können. Auch die
erheblichen Kosten für ein ZMS können so eingespart
werden. Ferner kann die bei ZMS störende Aufschaukelneigung
verringert werden. Zudem kann durch die Verringerung der zu beschleunigenden
Drehmassen ein besseres Ansprechverhalten erzielt werden (das so
ausgestattete Fahrzeug „hängt besser am Gas”).
Ein Antriebsstrang mit einem solchen Stufengetriebe kann dabei eine
angepasste Anfahrkupplung aufweisen, die einen integrierten Torsionsdämpfer
(torsionsgedämpfte Kupplungsscheibe) aufweist. Das Stufengetriebe kann
ein manuelles, eine automatisiertes oder ein Doppelkupplungsgetriebe
sein.
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Sofern
das Getriebe als Wandlerautomat ausgebildet ist, kann wenigstens
einer der Planetenradsätze eine erfindungsgemäße
Bauteilpaarung aufweisen. Die hierdurch verringere Rasselneigung kann
dazu genutzt werden, um eine den hydrodynamischen Wandler überbrückende Überbrückungskupplung
häufiger (früher) zu schließen. Hierdurch kann
der Wirkungsgrad gesteigert werden.
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Die
Aufgabe wird somit vollkommen gelöst.
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Vorzugsweise
begrenzt der Radialanschlag eine Bewegung des Antirasselbauteils
in Bezug auf das zweite Bauteil derart, dass eine maximale Auslenkung
einer radial elastischen Verformung bzw. Lagerung eingerichtet ist.
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Hierdurch
kann vermieden werden, dass die radial elastische Verformung bzw.
Lagerung, wie sie beispielsweise durch ein Radialfederelement eingerichtet
ist, zu groß wird. Mit anderen Worten wird der Radialanschlag
unabhängig von der radial elastischen Verformung bzw. Lagerung
realisiert.
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Dabei
ist es von Vorteil, wenn das zweite Bauteil eine erste, sich axial
erstreckende Schulter und das Antirasselbauteil eine zweite, sich
axial erstreckende Schulter aufweist, wobei die Schultern den Radialanschlag
bilden.
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Hierdurch
kann der Radialanschlag konstruktiv vergleichsweise einfach eingerichtet
werden. Vorzugsweise sind die Schultern im Bereich aufeinander zu
weisender, radial ausgerichteter Flächen des zweiten Bauteils
bzw. des Antirasselbauteils ausgebildet.
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So
ist es von besonderem Vorzug, wenn das zweite Bauteil eine axiale
Ausnehmung aufweist, die die erste Schulter bildet.
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Eine
derartige Ausnehmung lässt sich an einem Bauteil wie einem
Zahnrad vergleichsweise einfach vorsehen. Dabei ist die axiale Ausnehmung
vorzugsweise radial außerhalb eines ggf. vorgesehenen Ringvorsprunges
vorgesehen, an dem sich das Antirasselbauteil in radialer Richtung
abstützt.
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In
entsprechender Weise ist es bevorzugt, wenn das Antirasselbauteil
einen axialen Vorsprung aufweist, der die zweite Schulter bildet.
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Bei
dem in Axialrichtung generell relativ schmalen Antirasselbauteil
lässt sich ein solcher axialer Vorsprung vergleichsweise
einfach realisieren.
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Alternativ
ist es jedoch in gleicher Weise denkbar, dass an dem zweiten Bauteil
ein axialer Vorsprung vorgesehen ist, wohingegen an dem Antirasselbauteil
eine axiale Ausnehmung vorgesehen ist.
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Insgesamt
ist es bevorzugt, wenn die durch den Radialanschlag definierte maximale
Exzentrizität zwischen dem zweiten Bauteil und dem Antirasselbauteil
kleiner ist als die sich durch den Eingriff der Antirasselverzahnungen
ergebende maximale Exzentrizität.
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Hierdurch
kann die durch den Radialanschlag eingerichtete maximale Exzentrizität
auf einen Wert eingerichtet werden, der etwas größer
ist als die im normalen Betrieb erzielte Exzentrizität,
die sich beispielsweise dadurch ergibt, dass das Antirasselbauteil
im Bereich des Zahneingriffs der Antirasselverzahnungen radial aus
der ersten Antirasselverzahnung herausgedrückt wird. Die
durch den Radialanschlag definierte maximale Exzentrizität
kann bspw. kleiner sein als 1 mm, insbesondere als 0,5 mm, und insbesondere
kleiner als 0,25 mm. Besonders bevorzugt ist es ebenfalls, wenn
die maximale Exzentrizität auf einen Wert zwischen 5–10mal
größer als eine Differenz zwischen der Dicke der
Zähne des zweiten Bauteils und der Dicke der Zähne
des Antirasselbauteils ist.
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Von
besonderem Vorzug ist es, wenn das Antirasselbauteil so angeordnet
bzw. ausgebildet ist, dass es im Bereich des Zahneingriffs mit der
ersten Antirasselverzahnung in radialer Richtung von dem ersten
Bauteil weggedrückt wird, also im Bereich des Zahneingriffs
radial elastisch ausweicht.
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Dabei
ist das Antirasselbauteil in der Regel zu dem ersten Bauteil hin
vorgespannt, so dass das radiale Ausweichen gegen die Vorspannung
erfolgt. In der Regel erfolgt jedenfalls ein radiales Auslenken des
Antirasselbauteils im Bereich des Zahneingriffs.
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Sofern
das Antirasselbauteil und das zweite Bauteil über einen
Reibeingriff miteinander in Verbindung stehen, kann durch diese
Auslenkung die Reibkraft erhöht werden, so dass Relativbewegungen zwischen
dem zweiten Bauteil und dem Antirasselbauteil in Antriebsrichtung
aufgrund des Reibeingriffes stärker gedämpft werden.
Hierdurch kann ein Umschlagen der Bauteilverzahnungen und folglich ein
Rasseln oder Klappern verhindert werden.
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Die
radiale Auslenkbarkeit des Antirasselbauteils gegenüber
dem zweiten Bauteil, an dem das Antirasselbauteil festgelegt ist,
ermöglicht jedoch nicht nur eine Erhöhung der
Reibkräfte. Auch können Klemmeffekte während
eines Zweiflanken-Wälzeingriffes verringert und vorzugsweise
vermieden werden.
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Da
das radiale Wegdrücken des Antirasselbauteils mit einer
relativ geringen Kraft erfolgt, ist der Wirkungsgradverlust im Wesentlichen
vernachlässigbar. Zudem können die zur radialen
Auslenkung erforderlichen Kräfte beim Austritt aus dem
Zahneingriff zumindest teilweise wieder zurückgegeben werden.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Antirasselbauteil
derart angeordnet bzw. ausgebildet, dass zwischen der ersten und
der zweiten Antirasselverzahnung ein permanenter Zweiflanken-Wälzeingriff
gegeben ist.
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Mit
anderen Worten stehen die erste und die zweite Antirasselverzahnung
so in Wälzeingriff, dass beispielsweise immer wenigstens
ein Zahn der zweiten Antirasselverzahnung die beiden gegenüberliegenden
Flanken einer Zahnlücke der ersten Antirasselverzahnung
berührt. Zwar ist es generell auch denkbar, die Antirasselverzahnungen
so aufeinander auszulegen, dass zwischen diesen ebenfalls ein gewisses
Zahnflankenspiel herrscht (wie es auch in der Regel bei der Bauteilverzahnung
vorhanden ist). In diesem Fall ist das Zahnflankenspiel der Antirasselverzahnungen
jedoch vorzugsweise kleiner als das Zahnflankenspiel der Bauteilverzahnungen.
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Durch
den Zweiflanken-Wälzeingriff können zudem Relativbewegungen
der Bauteile in Antriebsrichtung in beide Drehrichtungen gedämpft
werden.
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Generell
kann der Zweiflanken-Wälzeingriff auf beliebige Art und
Weise realisiert werden, beispielsweise durch eine positive Profilverschiebung und/oder
dadurch, dass die zweite Antirasselverzahnung einen größeren
Teilkreisdurchmesser aufweist als die zugeordnete zweite Bauteilverzahnung.
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Von
besonderem Vorzug ist es jedoch, wenn die Zähne von einer
der Antirasselverzahnungen eine Zahndicke aufweisen, die größer
oder gleich der Zahnlücke der Zähne der anderen
Antirasselverzahnung ist.
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Mit
anderen Worten wird der Zweiflanken-Wälzeingriff dadurch
realisiert, dass das Zahnflankenspiel zwischen den Antirasselverzahnungen zu
null bzw. negativ ausgebildet wird. Wenn die Zahndicke größer
ist als die Zahnlücke, dann wird das Antirasselbauteil
im Bereich des Zahneingriffs der Antirasselverzahnungen in radialer
Richtung weggedrückt, und zwar von dem ersten Bauteil weg bzw.
zu dem zweiten Bauteil hin.
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Wie
oben erwähnt, kann hierdurch eine Reibkraft zwischen dem
Antirasselbauteil und dem zweiten Bauteil in Antriebsrichtung erhöht
werden.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Zahndicke
der Zähne von einer der Antirasselverzahnungen um 20 μm
bis 500 μm, insbesondere um 50 μm bis 250 μm
größer als die Zahndicke der Zähne des
zugeordneten Bauteils, und/oder durch eine entsprechende Profilverschiebung.
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Diese
Ausführungsform ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn
die erste Antirasselverzahnung durch die erste Bauteilverzahnung
gebildet wird. Durch dieses Zahndickenaufmaß kann erreicht werden,
dass beispielsweise die Zahndicke der zweiten Antirasselverzahnung
größer ist als die größte Zahnlücke
der ersten Antirasselverzahnung, und zwar bei allen Betriebszuständen
und allen Randbedingungen (funktionsbedingte, fertigungsbedingte (Toleranzen
sowie bei beliebiger thermischer und/oder mechanischer Deformation
der Bauteile).
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Von
besonderem Vorzug ist es ferner, wenn die radiale Auslenkung des
Antirasselbauteils im Bereich des Zahneingriffs mit der ersten Antirasselverzahnung
kleiner ist als 500 μm, insbesondere kleiner als 250 μm,
besonders bevorzugt kleiner als 150 μm. Die radiale Auslenkung
des Antirasselbauteils im Bereich des Zahneingriffs ist insbe sondere
kleiner als die maximale Exzentrizität, die durch den Radialanschlag
eingerichtet ist.
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Durch
die Dimensionierung der Antirasselverzahnungen derart, dass nur
eine derart kleine radiale Auslenkung erzielt wird, kann der Wirkungsgrad der
Antirasselmaßnahme sehr hoch sein, auch wenn die hierdurch
in das Antirasselbauteil eingeleiteten Kräfte hinreichend
sind, um ein Rasseln oder Klappern der Bauteilverzahnungen zu verringern
und vorzugsweise zu verhindern.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform liegt eine Federrate,
mit der das Antirasselbauteil in radialer Richtung vorgespannt ist
bzw. in radialer Richtung elastisch auslenkbar ist, im Bereich von
2 bis 100 N/mm, insbesondere im Bereich von 5 bis 20 N/mm.
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Es
hat sich gezeigt, dass derartige Federraten zum einen Klemmeffekte
verringern können und andererseits der Wirkungsgrad der
Antirasselmaßnahme hoch sein kann. Andererseits kann die
erwünschte Dämpfungseigenschaft zum Verhindern
eines Rasselns der Bauteilverzahnung sicher erzielt werden.
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Die
obigen Dimensionierungen betreffend die Zahndicke, die radiale Auslenkung
und die Federrate beziehen sich auf ein übliches Kraftfahrzeuggetriebe
für Personenkraftwagen, insbesondere auf einen Achsabstand
der die Bauteile tragenden Wellen im Bereich von 60 mm bis 90 mm
und/oder auf ein maximal über das Getriebe übertragbares
Moment im Bereich von 150 Nm bis 300 Nm. Bei kleineren oder größeren
Bauteilpaarungen sind diese Werte entsprechend anzupassen.
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Von
besonderem Vorteil ist es ferner, wenn zwischen dem Antirasselbauteil
und dem zweiten Bauteil ein Radialfederelement angeordnet ist, mittels
dessen das Antirasselbauteil in radialer Richtung elastisch auslenkbar
bzw. zu dem ersten Bauteil hin vorgespannt ist.
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Hierdurch
kann das Drehflankenspiel der Bauteilverzahnungen zu 100% ausgeglichen
werden, da das Antirasselbauteil radial in die erste Antirasselverzahnung
des ersten Bauteils eingedrückt werden kann, so dass ein
Zahn der zweiten Antirasselverzahnung mit den gegenüberliegenden
Flanken von Zähnen der ersten Antirasselverzahnung in Eingriff
steht.
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Das
Radialfederelement kann als ringförmiges Wellfederelement
ausgebildet sein, kann jedoch auch als „Coil”-Feder
oder als Gummifeder ausgebildet sein.
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Das
Radialfederelement kann dabei ferner die Funktion des Reibeingriffes
zwischen dem Antirasselbauteil und dem zweiten Bauteil erfüllen,
sofern auch der zweite Aspekt der vorliegenden Erfindung realisiert
wird.
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Es
ist bevorzugt, wenn das Radialfederelement als Ringfeder aus einem
elastisch verformbaren Material wie Federstahl hergestellt ist.
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Bei
Verwendung von Federstahl für das Radialfederelement kann
die Bauteilpaarung über weite Temperaturbereiche (insbesondere
auch bei sehr tiefen oder sehr hohen Temperaturen wie sie im Kraftfahrzeug üblich
sind) zuverlässig eine Antirasselwirkung erzeugen.
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Ferner
kann der Federring in Umfangsrichtung geschlossen sein, ist jedoch
vorzugsweise in Umfangsrichtung an einer Stelle unterbrochen, insbesondere,
um die Montage in einer Radialnut des zweiten Bauteils zu erleichtern.
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Ein
Radialfederelement aus Stahl hat ferner den Vorteil, die Schmierstoffverträglichkeit
besser ist als beispielsweise bei O-Ringen. Das Gleiche gilt hinsichtlich
der Alterungsbeständigkeit.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform weist das Antirasselbauteil einen
Radialfederabschnitt auf und stützt sich radial an dem
zweiten Bauteil ab, so dass das Antiras selbauteil selbst in radialer Richtung
elastisch auslenkbar bzw. zu dem ersten Bauteil hin vorgespannt
ist.
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Die
Funktion des Radialfederabschnittes ist dabei im Wesentlichen die
Gleiche wie jene des separaten Radialfederelementes. Die beiden
Ausführungsformen können auch miteinander kombiniert sein.
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Bei
Ausbildung des Antirasselbauteils mit einem Radialfederabschnitt
kann jedoch die Teileanzahl der Bauteilpaarung verringert werden.
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Obgleich
es generell bevorzugt ist, das Antirasselbauteil und das zweite
Bauteil über einen Reibeingriff in Antriebsrichtung miteinander
zu verbinden (s. u.), kann das Antirasselbauteil auch in Antriebsrichtung
formschlüssig mit dem zweiten Bauteil verbunden sein.
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Bei
dieser Ausführungsform kann es von Vorteil sein, wenn das
Antirasselbauteil selbst in Antriebsrichtung eine gewisse Elastizität
zwischen der zweiten Antirasselverzahnung und dem Lageabschnitt
des Antirasselbauteils aufweist, um Schwingungsanregungen in Antriebsrichtung
dämpfen zu können.
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Nach
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist an dem zweiten
Bauteil ein axial vorstehender Ringvorsprung ausgebildet, der dem
Antirasselbauteil zugewandt ist.
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Der
Ringvorsprung kann beispielsweise als Führungsmittel zur
Führung des Antirasselbauteils in Antriebsrichtung verwendet
werden. Der Ringvorsprung kann jedoch auch noch weitere Funktionen besitzen.
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Ferner
ist es vorteilhaft, wenn das Antirasselbauteil seitlich neben dem
zweiten Bauteil angeordnet ist.
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Dies
vereinfacht die Konstruktion, wobei unter einer Anordnung seitlich
neben dem zweiten Bauteil auch verstanden werden soll, dass das
Antirasselbauteil auf einem axial vorstehenden Ringvorsprung des
zweiten Bauteils geführt ist. Besonders bevorzugt ist es
dabei jedoch, wenn die Antirasselverzahnungen seitlich neben den
Bauteilverzahnungen angeordnet sind.
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Das
Antirasselbauteil kann aus einem beliebigen geeigneten Material,
wie z. B. Stahl, hergestellt sein.
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Es
ist jedoch insgesamt vorteilhaft, wenn das Antirasselbauteil aus
Kunststoff hergestellt ist.
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Als
Kunststoff kann beispielsweise Polyamid verwendet werden, das eine
hohe Festigkeit und Steifigkeit sowie eine sehr gute chemische Beständigkeit
besitzt. Ferner weist Polyamid einen hohen Verschleißwiderstand
und gute Gleiteigenschaften auf.
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Die
mechanischen Eigenschaften lassen sich durch Faserverbunde mit Glas-
oder Kohlefasern anpassen, insbesondere um die Wasseraufnahme zu
senken.
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Vorzugsweise
werden Additive auf Polyolefin-Basis hinzugegeben, um eine hohe
Schlagfähigkeit zu gewährleisten.
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Ferner
kann das Antirasselbauteil aus Kunststoff kostengünstig
hergestellt werden. Zudem ist es möglich, das Antirasselbauteil
aus Kunststoff mit relativ hoher Präzision zu fertigen,
so dass das Zahnflankenspiel zwischen den Antirasselverzahnungen geringer
ausgebildet sein kann als das Zahnflankenspiel zwischen den Bauteilverzahnungen.
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Daher
ist es bevorzugt, wenn das Antirasselbauteil mit einer höheren
Präzision gefertigt ist als das zweite Bauteil.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform weisen die zweite
Antirasselverzahnung und/oder die erste Antirasselverzahnung Zähne
auf, die in Antriebsrichtung elastisch verformbar sind.
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Auf
diese Weise können dann, wenn die Antirasselverzahnungen
ein Zahnspiel aufweisen, Geräusche, die gemäß dem
zweiten Aspekt beim Umschlagen der Antirasselverzahnungen auftreten
können, gedämpft werden. Die elastische Verformbarkeit der
Zähne in Antriebsrichtung kann jedoch auch bei einem Zweiflanken-Wälzeingriff
zwischen den Antirasselverzahnungen gemäß dem
ersten Aspekt sinnvoll sein, und zwar aus den oben genannten Gründen.
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Bevorzugt
ist es ferner, wenn die zweite Antirasselverzahnung Zähne
aufweist, die vom Zahnkopf aus mit radialen Schlitzen ausgebildet
sind.
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Auf
diese Weise kann die elastische Verformbarkeit auch bei relativ
steifen Kunststoffen (oder sonstigen Werkstoffen des Antirasselbauteils,
wie z. B. Stahl) erhöht werden.
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Die
erste Antirasselverzahnung ist gemäß einer bevorzugten
Ausführungsform an dem ersten Bauteil ausgebildet.
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Hierdurch
kann die Teileanzahl verringert werden.
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Dabei
ist es bevorzugt, wenn die erste Antirasselverzahnung mit der ersten
Bauteilverzahnung ausgerichtet ist, insbesondere in axialer Richtung. Mit
anderen Worten können hierbei Zähne der ersten Bauteilverzahnung
mit Zähnen der ersten Antirasselverzahnung ausgerichtet
sein.
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Ferner
ist es vorteilhaft, wenn die erste Antirasselverzahnung Teil der
ersten Bauteilverzahnung ist.
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Bei
dieser Ausführungsform ist die erste Bauteilverzahnung
generell breiter ausgebildet als die zweite Bauteilverzahnung, wobei
der axial überstehende Teil der ersten Bauteilverzahnung
die erste Antirasselverzahnung bildet.
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Auf
diese Weise kann das erste Bauteil kostengünstig gefertigt
werden.
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Gemäß einer
alternativen Ausführungsform ist die erste Antirasselverzahnung
an einem Gegenbauteil ausgebildet, das an dem ersten Bauteil starr festgelegt
ist.
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Bei
dieser Ausführungsform können die Antirasselverzahnungen
von der Geometrie und/oder von der Materialauswahl her ideal aufeinander
abgestimmt werden.
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Dabei
ist es von besonderem Vorteil, wenn das Gegenbauteil seitlich neben
dem ersten Bauteil angeordnet ist.
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Die
obige Aufgabe wird gemäß dem zweiten Aspekt der
Erfindung gelöst durch eine Bauteilpaarung aus einem ersten
Bauteil mit einer ersten Bauteilverzahnung und einem zweiten Bauteil
mit einer zweiten Bauteilverzahnung, die mit der ersten Bauteilverzahnung
in Eingriff steht, um über die Bauteilverzahnungen eine
Antriebskraft in einer Antriebsrichtung übertragen zu können,
wobei dem ersten Bauteil ferner eine erste Antirasselverzahnung
zugeordnet ist, wobei an dem zweiten Bauteil ein Antirasselbauteil
befestigt ist, das gegenüber dem zweiten Bauteil in Antriebsrichtung
versetzbar gelagert ist und eine zweite Antirasselverzahnung aufweist,
die mit der ersten Antirasselverzahnung in Eingriff steht, und wobei
dem zweiten Bauteil und dem Antirasselbauteil jeweils ein Reibabschnitt
zugeordnet ist, die mittelbar oder unmittelbar in Reibeingriff miteinander stehen,
wobei ein Radialanschlag eine Relativbewegung des Antirasselbauteils
in radialer Richtung in Bezug auf das zweite Bauteil begrenzt.
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Gemäß dem
zweiten Aspekt ist ein Zweiflanken-Wälzeingriff zwischen
den Antirasselverzahnungen nicht erforderlich. Bevorzugt ist es
jedoch, wenn ein Zahnflanken spiel zwischen den Antirasselverzahnungen
kleiner ist als ein Zahnflankenspiel zwischen den zugeordneten Bauteilverzahnungen.
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Die
Bauteilpaarungen gemäß dem zweiten Aspekt der
Erfindung lassen sich mit den Merkmalen der Bauteilpaarungen des
ersten Aspektes der Erfindung kombinieren, soweit vorliegend nichts
anderes erwähnt ist.
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Dadurch,
dass das zweite Bauteil und das Antirasselbauteil in Reibeingriff
miteinander stehen, wird das Antirasselbauteil von dem zweiten Bauteil im
stationären Zustand mitgenommen, ohne dass wirkungsgradverringernde
Verspannungseffekte auftreten. Im Falle einer Schwingungsanregung
kann, ausgehend aus dem stationären Zustand, sich die Zugflanke
(auch als Vorderflanke oder als arbeitende Flanke bezeichenbar)
des antreibenden Bauteils von einer Schubflanke (auch als Rückflanke
oder als nicht arbeitende Flanke bezeichenbar) des angetriebenen
Bauteils lösen und sogar bis zur gegenüberliegenden
Flanke umschlagen (aufgrund des generell vorhandenen Zahnflankenspiels
zwischen den Bauteilverzahnungen). Die Relativbewegung zwischen den
zwei Bauteilen wird dabei mittels des Antirasselbauteils bzw. des
Reibeingriffes zwischen dem Antirasselbauteil und dem zweiten Bauteil
verzögert bzw. gedämpft.
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Dabei
ist das Zahnflankenspiel zwischen den Antirasselverzahnungen vorzugsweise
geringer als das Zahnflankenspiel zwischen den Bauteilverzahnungen.
Wenn das Zahnflankenspiel zwischen den Antirasselverzahnungen größer
Null ist, kann hierdurch erreicht werden, dass bei einer Verzögerung des
antreibenden Bauteils zunächst die zweite Antirasselverzahnung
umschlägt (aufgrund des kleineren Zahnflankenspiels). Während
des weiteren Verlaufes der Bewegung des antreibenden Bauteils in
Richtung zur Gegenflanke wird diese Bewegung dann aufgrund des Reibeingriffes
zwischen dem zweiten Bauteil und dem Antirasselbauteil verzögert.
Hierdurch kann erreicht werden, dass das zweite Bauteil beim Umschlagen
nicht oder jedenfalls mit einer geringeren Relativgeschwindigkeit
auf das erste Bauteil umschlägt. Da die Antirasselverzahnungen
hierbei im normalen Betrieb, also beispielsweise unter Zug oder Schub,
nicht ständig miteinander in Eingriff stehen bzw. vorzugsweise
nicht gegen einander verspannt sind, wird durch die Antirasselmaßnahmen
gemäß der vorliegenden Erfindung auch kein sekundäres
tonales Geräusch erzeugt, wie z. B. Heulen.
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Das
Zahnflankenspiel zwischen den Antirasselverzahnungen kann jedoch
auch bei dem zweiten Aspekt der Erfindung Null sein, so dass ein
Zweiflankenwälzkontakt erzielt wird.
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Auf
diese Weise kann eine gewünschte Reibwirkung gut eingestellt
werden.
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Der
Antirasselmechanismus der erfindungsgemäßen Bauteilpaarung
ist kein Getriebe im maschinenbautechnischen Sinn sondern ein Abstützmechanismus
zum Zurückhalten bzw. Verzögern bzw. Dämpfen
der ansonsten im Drehflankenspiel hin- und herschwingenden Verzahnungen.
Die Antirasselmaßnahme ist durch einen hohen Wirkungsgrad
gekennzeichnet, da der Mechanismus nur bei dem Hin- und Herschwingen
(Umschlagen) der Verzahnungen wirkt, ansonsten jedoch nur interne
Kräfte zwischen dem Antirasselbauteil und dem zweiten Bauteil
wirken. Da das Antirasselbauteil relativ schmal ausgebildet werden
kann (beispielsweise im Bereich von 0,5 bis 8 mm, insbesondere von
1 bis 5 mm), ergeben sich auch keine wesentlich erhöhten Planschverluste.
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Der
Antirasselmechanismus kann mit geringem Gewicht bereitgestellt werden
und zu geringen Kosten. Nebengeräusche wie Heulen werden
nicht erzeugt. Bei Lastwechselschlagen (also tieffrequentem Umschlagen)
wird der Antirasselmechanismus überdrückt. Da
der Mechanismus auch hierbei nur während der Phase des
Umschlagens der Verzahnungen in Wirkung tritt, ergeben sich hierdurch
keine Verschlechterungen beim Wirkungsgrad.
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Im
Gegensatz zu Maßnahmen des Standes der Technik sind bei
dem zweiten Aspekt der Erfindung das Antirasselbauteil und das zweite
Bauteil in Antriebsrichtung gegeneinander beweglich. Da das Antirasselbauteil
und das zweite Bauteil über den Reibgriff in einer Wirkbeziehung
stehen, kann folglich die Freiflugphase der Bauteil verzahnungen
beim Umschlagen minimiert werden, insbesondere dann, wenn das Zahnflankenspiel
zwischen den Antirasselverzahnungen kleiner ist als das Zahnflankenspiel zwischen
den Bauteilverzahnungen.
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Die
erste und die zweite Antirasselverzahnung treten nach der Art von
Verzahnungen formschlüssig miteinander in Eingriff. Die
Verzahnungen müssen jedoch bei dem zweiten Aspekt der Erfindung
in der Regel keine Evolventenverzahnungen wie die Bauteilverzahnungen
sein. Vielmehr kann die Kontur der Zähne der Antirasselverzahnungen
kugelförmig oder konvex profiliert sein. Im Idealfall berühren
sich die Zähne der Antirasselverzahnungen in einem Punkt
oder in einer Linie. Jegliche Profilpaarungen (konvex-konvex, plan-konvex
oder konvex-plan) sind dabei denkbar.
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Während
das Antirasselbauteil bei dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung
bevorzugt in Reibeingriff mit dem zweiten Bauteil steht (also im
stationären Zustand im Reibschluss in Antriebsrichtung
mit dem zweiten Bauteil verbunden ist), ist es in einer alternativen
Ausführungsform des ersten Aspektes in der Erfindung auch
möglich, das Antirasselbauteil in Antriebsrichtung formschlüssig mit
dem zweiten Bauteil zu verbinden.
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Bei
dieser Ausführungsform kann die Antirassel-Eigenschaft
des Antirasselbauteils im Wesentlichen über die radiale
und/oder tangentiale Elastizität des Antirasselbauteils
realisiert werden.
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Dabei
versteht sich ferner, dass auch bei dieser Ausführungsform,
wie auch bei allen übrigen vorstehenden Ausführungsformen,
die Antirasselverzahnung des Antirasselbauteils auch in Antriebsrichtung
(also tangential) elastisch ausgebildet sein kann, um Relativbewegungen
des ersten und des zweiten Bauteiles zu dämpfen.
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Insgesamt
ist ergänzend folgendes anzumerken: Angestrebt wird eine
möglichst 100%-ige Spieleliminierung durch das Antirasselbauteil,
das vorzugsweise mit kleinen Kräften (etwa bis zu 50 N, insbesondere
bis zu 30 N und besonders bevorzugt bis zu 10 N) und geringen Wegen
(insbesondere kleiner 20 Mikrometer, vorzugsweise ca. 2–4
Mikrometer) in die Gegenzahnradlücke gedrückt
wird. Die Abwälzeffekte bei umlaufenden Verzahnungen werden nicht
behindert, tonale und andere stochastische Geräuscheffekte,
insbesondere Rasseln, werden vermieden oder zumindest deutlich gemindert.
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Wichtig
sind daher folgende Aspekte:
- • Die
Anwendung kann bei beliebigen umlaufenden abwälzenden Außen-
oder Innenverzahnungen angewendet werden, also Stirnradgetriebe, Planetengetriebe
- • Die Anwendung kann auch bei beliebigen Spline-Verzahnungen
angewendet werden, etwa Kupplungsspline/Steckverzahnungen,
- • Die Anwendung kann auch bei beliebigen Klauenverzahnungen
zum Einsatz kommen
- • Die Anwendung kann auch ganz allgemein bei beliebigen
Welle-Nabe-Verbindungen verwendet werden, etwa als Ergänzung
oder Ersatz der Passfeder. Deren Nachteil ist es, dass sie immer spielbehaftet
ist. Dies ist bei Oszillation des einen oder anderen Bauteiles der
Welle-Nabe-Verbindung nachteilig, da es aufgrund des Spieles/Nichtlinearitäten
zu Stosseffekten/Rasseln kommen kann. Wird also etwa statt der klassischen
Passfeder eine Passfeder nach Art des Antirasselbauteiles (bzw.
Mikrozahnrades), etwa ein Zahn als Extremvereinfachung des Mikrozahnrades,
radial- und/oder tangentialelastisch in die Gegenzahnlücke
oder Passfedernut des Gegenbauteiles (Welle oder Nabe) gedrückt,
kann es nicht mehr zu Rasseleffekten kommen bzw. diese können
gelindert werden.
- • Die Kräfte des Mikrozahnrades können
vorzugsweise so erzeugt werden, dass das Antirasselbauteil (Mikrozahnrad)
mit Zweiflankenwälzeingriff bedingt durch seine dickeren
Zähne gegenüber der größten
Gegenzahnradlücke radialelastisch in die Gegenzahnradlücke
gedrückt wird. Die hierzu aufgewendeten Kräfte
können allgemein auch beliebig durch Magnetismus, Federkraft,
Hyd raulik, Pneumatik etc. erzeugt werden, auch wenn vorliegend nur
die Variante der Federelastizität vorstellt wird.
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Die
Anordnung des Antirasselbauteils (Mikrozahnrades) kann bei Geradverzahnungen
beliebig auf der einen oder anderen oder beiden Seiten gleichzeitig
des Mutterzahnrades erfolgen. Bei Schrägverzahnungen können
sich je nach Richtung des Schrägungswinkels Vorzugsseiten
der axialen Anordnung ergeben, etwa die eine oder die andere Seite
des Mutterzahnrades. Denn in diesem Fall könnte das Mikrozahnrad
als Folge der resultierenden Kräfteüberlagerungen
entweder auf das Mutterzahnrad axial aufgedrückt oder von
diesem weggedrückt werden. Insgesamt sind aber die ausgeführten Konstruktionen
vorzugsweise so zu dimensionieren, dass, egal welche Kräfte
wirken, der Effekt des Rasselns zu möglichst 100% unterdrückt
wird, die Radial- und/oder Tangentialscherelastizität gegeben
ist und/oder das Mikrozahnrad kraft- oder formschlüssig in
seiner Position verharrt, ohne ungewollt axial gegen das Mutterzahnrad
zu drücken oder von diesem weggedrückt zu werden.
In manchen ausgeführten Konstruktionen kann es sein, dass
es keine freie Wahl der Anordnung des Mikrozahnrades auf einer beliebigen
Stirnseite des Mutterzahnrades gibt. Sollten sich also in solchen
Zwangsbedingungen eine ungünstige Lage des Mikrozahnrades
ergeben, und damit einhergehend auch ungünstige Kräfteüberlagerungen,
so sind geeignete Konstruktionen zu wählen, etwa Stützborde,
Federringe, etc., damit das Mikrozahnrad nicht ungewollt axial vom
Mutterzahnrad weggedrückt wird.
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Das
Antirasselbauteil ist vorzugsweise als Ringelement ausgebildet.
Vorzugsweise liegt das Verhältnis von Außendurchmesser
zu Innendurchmesser des Ringelements im Bereich von 100:50 bis 100:95,
insbesondere im Bereich von 100:60 bis 100:85, insbesondere im Bereich
von 100:70 bis 100:80. Hierdurch kann das Antirasselbauteil mit
geringem Gewicht ausgebildet werden.
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Es
versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend
noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils
angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder
in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden
Erfindung zu verlassen.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der
nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es
zeigen:
-
1 eine
schematische Längsschnittansicht durch eine Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Bauteilpaarung;
-
2 eine
Teilschnittansicht entsprechend der 1 durch
eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
Bauteilpaarung;
-
3 eine
Längsschnittansicht durch eine weitere Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Bauteilpaarung;
-
4 eine
schematische Abwicklung einer Bauteilpaarung aus einem Festrad und
einem Losrad gemäß einer ersten Ausführungsform
der Erfindung;
-
5 eine
der 4 vergleichbare Ansicht, wobei sich eine Schubflanke
des Festrades von einer Rückflanke des Losrades löst;
-
6 eine
der 4 vergleichbare Ansicht, wobei eine Rückflanke
des Festrades an einer Schubflanke des Losrades anliegt;
-
7 eine
schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen
Bauteilpaarung;
-
8 eine
schematische Darstellung eines Zahneingriffs einer erfindungsgemäßen
Bauteilpaarung;
-
9 eine
schematische Darstellung eines ersten Antriebsstranges für
ein Kraftfahrzeug; und
-
10 eine
schematische Darstellung eines weiteren Antriebsstranges für
ein Kraftfahrzeug.
-
Eine
erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
mechanischen Bauteilpaarung ist in 1 dargestellt
und generell mit 10 bezeichnet.
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Die
Bauteilpaarung 10 weist ein erstes Bauteil 12 in
Form eines Losrades (drehbar um eine Achse 13) und ein
zweites Bauteil 14 in Form eines Festrades auf. Das Festrad 14 ist
im vorliegenden Fall das antreibende Bauteil und an einer Welle 15 festgelegt.
Das Losrad 12 weist eine erste Bauteilverzahnung 16 auf.
Das Festrad 14 weist eine zweite Bauteilverzahnung 18 auf.
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Zum
Verhindern von Rasselgeräuschen ist die Bauteilpaarung 10 mit
einem Antirasselmechanismus ausgestattet, der ein Antirasselbauteil 30 beinhaltet.
Das Antirasselbauteil 30 ist mit dem Festrad 14 gekoppelt,
und zwar so, dass das Antirasselbauteil 30 in Antriebsrichtung 20 beweglich
gegenüber dem Festrad 14 ist. Das Antirasselbauteil 30 steht
mit einer ersten Antirasselverzahnung 32 in Eingriff, die an
dem Losrad 12 vorgesehen ist. Zu diesem Zweck weist das
Antirasselbauteil 30 eine zweite Antirasselverzahnung 33 auf.
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Die
erste Antirasselverzahnung 32 kann ein axialer Abschnitt
der ersten Verzahnung 16 sein. Die erste Antirasselverzahnung 32 kann
jedoch auch anders geformt sein als die erste Verzahnung 16,
jedoch axial ausgerichtet hierzu geformt sein.
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Das
Antirasselbauteil 30 wird mit einer relativ hohen Präzision
gefertigt, derart, dass ein Umfangspiel 34 zwischen den
Antirasselverzahnungen 32, 33 kleiner ist als
das Zahnflankenspiel 24, und vorzugsweise kleiner gleich
Null, so dass ein Zweiflanken-Wälzeingriff realisiert wird.
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Das
Antirasselbauteil 30 ist an dem zweiten Bauteil 14 über
ein Radialfederelement 40 in Form einer Feder (vorliegend
eine Wellfeder) radial elastisch gelagert. Das zweite Bauteil (Festrad) 14 weist
dabei einen Ringvorsprung 42 auf, an dem sich das Radialfederelement 40 in
radialer Richtung abstützt. Das Radialfederelement 40 ist
an dem Innenumfang des Antirasselbauteils 30 in einer Umfangsnut 44 aufgenommen.
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Ferner
ist an dem Außenumfang des Ringvorsprungs 42 eine
Radialnut 46 vorgesehen, in die der Innenumfang des Radialfederelements 40 greift. Durch
die Umfangsnut 44 ist das Radialfederelement 40 in
axialer Richtung formschlüssig mit dem Antirasselbauteil 30 gekoppelt.
Durch die Radialnut 46 ist das Radialfederelement 40 in
axialer Richtung formschlüssig mit dem Festrad 14 gekoppelt.
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Die
Form der Nuten 44, 46 kann beliebig sein, es handelt
sich jedoch vorzugsweise um im Querschnitt rechteckförmige
Nuten. Anstelle einer Wellfeder kann auch jedes beliebige andere
Radialfederelement 40 vorgesehen sein, mittels dessen das
Antirasselbauteil 30 an dem zweiten Bauteil 14 radial
elastisch gelagert ist.
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Die
zweite Antirasselverzahnung 33 ist vorzugsweise so ausgebildet,
dass sie einen Zweiflanken-Wälzkontakt mit der ersten Antirasselverzahnung 32 bildet.
Vorzugsweise ist dabei das zwischen den Antirasselverzahnungen 32, 33 eingerichtete Zahnflankenspiel
kleiner gleich Null, so dass das Antirasselbauteil 30 im
Bereich des Zahneingriffs in einer Radialrichtung 115 aus
dem Zahneingriff weggedrückt wird, und zwar gegen die radial
elastische Wirkung des Radialfederelements 40. Mit anderen
Worten kann das Antirasselbauteil 30 in radialer Richtung gegen
die Antirasselverzahnung 32 des ersten Bauteils 12 vorgespannt
sein.
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Bevorzugt
kann zwischen dem Radialfederelement 40 und dem Antirasselbauteil 30 ein
Reibeingriff 38a realisiert sein, und zwar insbesondere
im Bereich der Umfangsnut 44. In entsprechender Weise kann
ein Reibeingriff 38b zwischen dem Radialfederelement 40 und
dem Festrad 14 eingerichtet sein, und zwar im Bereich der
Radialnut 46. Dabei ist das Antirasselbauteil 30 in
Umfangsrichtung 20 relativ zu dem Festrad 14 beweglich,
und zwar über die Reibeingriffe 38a, 38b.
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Alternativ
kann das Radialfederelement 40 jedoch in Umfangsrichtung 20 auch
formschlüssig mit dem Antirasselbauteil 30 und/oder
mit dem Festrad 14 gekoppelt sein. In diesem Fall könnte
der Querschnitt der Nuten 44, 46 beispielsweise
wellför mig ausgebildet sein. Dabei kann ein Rasseln allein durch
den Zweiflanken-Wälzeingriff zwischen den Antirasselverzahnungen 32, 33 verringert
bzw. eliminiert werden.
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Zur
Begrenzung der relativen Radialbewegung des Antirasselbauteils 30 in
Bezug auf das zweite Bauteil 14 ist ferner ein Radialanschlag 50 vorgesehen.
Der Radialanschlag 50 ist dabei unabhängig von
dem Radialfederelement 40 vorgesehen und ist dazu eingerichtet,
die radial elastische Verformung des Radialfederelements 40 auf
eine maximale Auslenkung zu begrenzen. Der Radialanschlag 50 ist gebildet
im Bereich von aufeinander zu weisenden Stirnseiten des Antirasselbauteils 30 und
des zweiten Bauteils 14. Genauer gesagt weist das zweite
Bauteil 14 eine axiale Ausnehmung 56 auf, deren
radialer Außendurchmesser eine erste Schulter 52 bildet. Das
Antirasselbauteil 30 weist einen axialen Vorsprung 58 auf,
der in die axiale Ausnehmung 56 greift und an seinem radialen
Außenumfang eine zweite Schulter 54 bildet. Bei
konzentrischer Ausrichtung des zweiten Bauteils 14 und
des Antirasselbauteils 30 (wie in 1 gezeigt)
sind die Schultern 52, 54 voneinander beabstandet,
um die Radialbeweglichkeit des Antirasselbauteils 30 zu
gewährleisten. Die maximale radiale Auslenkung bzw. maximale
Exzentrizität ist in 1 mit 60 bezeichnet
und dann eingerichtet, wenn die zweite Schulter 54 die
erste Schulter 52 berührt.
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Da
aufgrund des Herausdrückens des Antirasselbauteils 30 aus
der ersten Antirasselverzahnung 32 das Antirasselbauteil 30 in
Bezug auf das zweite Bauteil 14 sozusagen exzentrisch umläuft (siehe
hierzu auch 7), kommt es zwangsläufig
zu Zentrifugal- bzw. Zentripetalkräften. Durch den Radialanschlag 50 wird
hierbei sicher verhindert, dass diese Kräfte unter sämtlichen
möglichen Betriebsbedingungen nicht dazu führen
können, dass das Antirasselbauteil 30 diese vorgeschriebene
Kreisbahn bzw. Taumelbewegungsbahn in Bezug auf das zweite Bauteil 14 verlässt.
Durch den Radialanschlag 50 kann folglich die Betriebssicherheit
erhöht werden.
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Der
Radialanschlag 50 ist folglich insbesondere dann vorteilhaft,
wenn das Antirasselbauteil 30 mittels des Radialfederelements 40 in
Radialrichtung gegen die erste Antirasselverzahnung 32 vorgespannt
ist. Der Radialanschlag 50 kann jedoch auch dann vorteilhaft
sein, wenn zwischen dem Antirasselbauteil 30 und dem zweiten Bauteil 14 zwar
keine radiale Vorspannung eingerichtet, aber eine Radialbeweglichkeit
ermöglicht ist. Auch in diesen Fällen kann es
bei bestimmten Betriebssituationen zum Auftreten von Zentrifugal-
bzw. Zentripetalkräften kommen, deren Auswirkungen durch
den Radialanschlag 50 begrenzt werden.
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Während
das Antirasselbauteil 30 bei der Ausführungsform
der 1 über das Radialfederelement 40 axial
an dem zweiten Bauteil 14 fixiert ist, kann eine solche
axiale Fixierung auch über andere Mittel erfolgen (beispielsweise über
einen Axialsicherungsring oder dgl.). Ferner ist in 1 gezeigt,
dass ein Reibeingriff zwischen dem Antirasselbauteil 30 und
dem zweiten Bauteil 14 auch im Bereich der aneinander anliegenden
Stirnseiten eingerichtet sein kann. Ein derartiger Reibeingriff 38 kann
ferner durch eine axiale Andruckkraft 36 eingerichtet bzw.
eingestellt werden.
-
Obgleich
es aus konstruktionstechnischen Gründen bevorzugt ist,
wenn eine axiale Ausnehmung 56 an dem zweiten Bauteil 14 und
ein axialer Vorsprung 58 an dem Antirasselbauteil 30 vorgesehen
ist, kann in entsprechender Weise auch eine axiale Ausnehmung an
dem Antirasselbauteil und ein axialer Vorsprung an dem zweiten Bauteil 14 vorgesehen
sein, um den Radialanschlag 50 einzurichten.
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In 2 ist
in schematischer Form eine solche Ausführungsform gezeigt,
bei der ein Radialanschlag 50 gebildet ist durch eine radial
innen liegende Schulter 52 eines Vorsprungs des zweiten
Bauteils 14 und durch eine entsprechende radial innere Schulter 54 einer
axialen Ausnehmung in dem Antirasselbauteil 30.
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In 2 ist
ferner gezeigt, dass ein zweiter Radialanschlag zwischen einer radial
außen liegenden Schulter 62 des Vorsprungs des
zweiten Bauteils 14 und einer entsprechenden Schulter 64 am
Außenumfang der Ausnehmung des Antirasselbauteils 30 eingerichtet
sein kann. Durch diese Maßnahme können die Radialbeweglichkeit
in Richtung radial nach außen und die Radialbeweglichkeit
in Richtung radial nach innen unabhängig voneinander begrenzt
werden.
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Die
in 1 gezeigte Bauteilpaarung 10 weist zwei
Zahnräder 12, 14 auf, die geradverzahnt sind.
Die erfindungsgemäße Bauteilpaarung kann jedoch
auch als Paarung aus einer Zahnstange und einem Zahnrad ausgebildet
sein.
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In 3 ist
eine weitere Ausführungsform einer Bauteilpaarung 10 gezeigt,
die generell hinsichtlich Aufbau und Funktionsweise der Bauteilpaarung der 1 entspricht.
Gleiche Elemente sind daher mit gleichen Bezugsziffern gekennzeichnet.
Im Folgenden werden im Wesentlichen die Unterschiede erläutert.
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In 3 ist
an dem Innenumfang des Antirasselbauteils 30 keine Umfangsnut 44 vorgesehen, die
einen axialen Formschluss zwischen dem Radialfederelement 40 und
dem Antirasselbauteil 30 einrichtet. Vielmehr ist das Radialfederelement 40 so ausgebildet,
dass es an der dem zweiten Bauteil 14 abgewandten Stirnseite
des Antirasselbauteils 30 anliegt und aufgrund seiner Abstützung
in der Umfangsnut 46 des Ringvorsprungs 42 eine
axiale Andruckkraft 36 auf das Antirasselbauteil 30 ausübt,
so dass ein Reibeingriff 38 zwischen den einander zugewandten
Stirnseiten des Antirasselbauteils 30 und des zweiten Bauteils 14 eingerichtet
ist. Dabei ist die Radialnut 46 im Längsschnitt
halbkreisförmig, und das Radialfederelement 40 weist
an seinem Innenumfang eine entsprechende Halbkreisform auf, über die
ein Formschluss in axialer Richtung zwischen dem zweiten Bauteil 14 und
dem Radialfederelement 40 eingerichtet ist. Das Radialfederelement 40 dient folglich
auch zur Axialsicherung des Antirasselbauteils 30.
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In
den 4 bis 6 ist eine Ausführungsform
einer Bauteilpaarung 10 gezeigt, bei der zwischen der ersten
Antirasselverzahnung 32 und der zweiten Antirasselverzahnung 33 kein
Zweiflanken-Wälzkontakt eingerichtet ist. Vielmehr ist
zwischen diesen Verzahnungen ein Umfangsspiel 34 eingerichtet,
das jedoch kleiner ist als ein Zahnflankenspiel zwischen den Bauteilverzahnungen 16, 18.
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Die
Darstellungen der 4 bis 6 dienen
zur Erläuterung des Rasselphänomens und zur Erläuterung,
wie das Rasselphänomen gemäß einem zweiten
Aspekt im Wesentli chen aufgrund eines Reibeingriffs 38 zwischen
dem Antirasselbauteil 30 und dem zweiten Bauteil 14 verringert
werden kann. Die Darstellung ist jedoch in entsprechender Weise auch
auf die Ausführungsform der 1 bis 3 anwendbar,
bei denen ein Zweiflanken-Wälzkontakt eingerichtet ist,
bei dem das Umfangsspiel 34 Null oder kleiner Null ist.
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Das
Losrad 12 wird mittels des Festrades 14 in einer
Antriebsrichtung 20 angetrieben. Dabei berührt
eine Schubflanke 22 der zweiten Verzahnung 18 eine
Rückflanke 26 der ersten Verzahnung 16.
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Die
Verzahnungen 16, 18 sind mit einem gewissen Zahnflankenspiel
ausgebildet, das in 4 mit 24 bezeichnet
ist.
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Das
Zahnflankenspiel 24 ist im vorliegenden Fall die Distanz
zwischen einer Rückflanke der zweiten Verzahnung 18 und
einer Schubflanke 28 der ersten Verzahnung 16.
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Derartige
Verzahnungen sind allgemein bekannt. Aufgrund des Zahnflankenspiels 24 kann
es bei höherfrequenten Anregungen auf der Antriebsseite
zu so genannten Rasselgeräuschen kommen. Hierbei schlagen
die Verzahnungen 16, 18 um, so dass sich abwechselnd
die Flanken 27, 28 und die Flanken 22, 26 berühren.
-
Insbesondere
können solche hochfrequenten Anregungen bei Verwendung
einer solchen Bauteilpaarung 10 in einem Antriebsstrang
eines Kraftfahrzeuges auftreten, beispielsweise in einem Stufen-
bzw. Stirnradgetriebe eines solchen Antriebsstranges. Dies gilt
insbesondere dann, wenn das Getriebe eingangsseitig mit einem Antriebsmotor
gekoppelt ist, der Vibrationen erzeugt, wie beispielsweise ein Verbrennungsmotor.
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Das
Antirasselbauteil 30 ist ferner an dem Festrad 14 über
den Reibeingriff 38 geführt. Hierzu sind an dem
Antirasselbauteil 30 (bzw. hiermit verbundenen Komponenten) und
an dem Festrad 14 (oder hiermit verbundenen Komponenten)
entsprechende Reibflächen ausgebildet, die vorzugsweise durch
eine axiale Andruckkraft 36 miteinander in Eingriff gebracht
werden. Die entsprechende Darstellung ist in den 4 bis 6 schematischer
Natur und soll lediglich andeuten, dass das Antirasselbauteil 30 in
Antriebsrichtung 20 relativ zu dem Festrad 14 bewegt
werden kann, wobei hierbei jedoch eine gewisse Reibkraft aufgrund
des Reibeingriffes 38 zu überwinden ist. Durch
diesen Antirasselmechanismus können Rasselgeräusche,
wie oben beschrieben, deutlich reduziert oder sogar vollständig
eliminiert werden.
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Sofern
sich aufgrund einer höherfrequenten Anregung die Schubflanke 22 der
zweiten Verzahnung 18 von der Rückflanke 26 der
ersten Verzahnung 16 löst, wird aufgrund des Reibeingriffes
das Antirasselbauteil 30 hierbei mitgenommen. Zu einem gewissen
Zeitpunkt, der in 2 gezeigt ist, schlägt die
Rückflanke 26 der zweiten Antirasselverzahnung 33 an
einer entsprechenden Schubflanke 22 der ersten Antirasselverzahnung 32 an
(das Umfangsspiel 34 ist überwunden).
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Aufgrund
der höherfrequenten Anregung wird das Festrad 14 dann
weiter in die Umschlagsrichtung bewegt. Hierbei wird diese Bewegung
jedoch aufgrund des Reibeingriffes 38 verzögert
bzw. gebremst bzw. gedampft. Demzufolge trifft die Rückflanke 27 des
Festrades 14 mit einer deutlich verringerten Geschwindigkeit
(im Idealfall mit der Geschwindigkeit Null oder gar nicht) auf der
Schubflanke 28 des Losrades 16 auf.
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Auf
diese Weise können Rasselgeräusche, wie sie bei
herkömmlichen Bauteilpaarungen auftreten, effizient verringert
werden.
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Das
Antirasselbauteil 30 ist vorzugsweise aus Kunststoff hergestellt,
insbesondere aus Polyamid. Das erste Bauteil 12 und das
zweite Bauteil 14 sind vorzugsweise aus Metall hergestellt,
beispielsweise aus Stahllegierungen unter Verwendung von Chrom,
Nickel, Molybdän etc.
-
Bei
der Rückbewegung des Festrades 14 in Bezug auf
das Losrad 12 erfolgt der gleiche Ablauf. Das Antirasselbauteil 30 wird
zunächst von dem Festrad 14 mitgenommen, bis dessen
Schubflanke 18 an der Rückflanke 26 der
ersten Antirasselverzahnung 32 anschlägt. In der
Folge wird die weitere Bewegung des Festrades 14 auf das
Losrad 12 zu wiederum aufgrund des Reibeingriffes 38 verzögert.
Daher kann erreicht werden, dass die Schubflanke 22 dann
mit einer nur geringen Geschwindigkeit auf die Rückflanke 26 auftrifft
(oder im Idealfall mit der Geschwindigkeit Null bzw. gar nicht auftrifft).
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In 7 ist
in schematischer Form eine Bauteilpaarung 10 gezeigt, bei
der das Antirasselbauteil 30 in radialer Richtung 115 elastisch
auslenkbar ist. Dabei ist das Antirasselbauteil 30 insgesamt
starr ausgebildet und radial elastisch gelagert. Beispielsweise
aufgrund einer größeren Zahndicke (siehe unten)
wird das Antirasselbauteil 30 dabei in radialer Richtung 115 aus
der Antirasselverzahnung 32 des ersten Bauteils herausgedrückt.
Hierdurch ergibt sich zwischen den Verzahnungen im Bereich des Zahneingriffs
ein Radialversatz 150, der generell kleiner ist als die
maximale Exzentrizität 60 (die z. B. 1 mm betragen
kann).
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Da
das Antirasselbauteil 30 im Wesentlichen starr ausgebildet
ist, wird dieses in Bezug auf das zweite Bauteil 40 insgesamt
exzentrisch versetzt, so dass auch deren Mittelpunkte radial versetzt
sind, wie es bei 152 gezeigt ist.
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Bei
einer alternativen Ausführungsform kann das Antirasselbauteil 30 beispielsweise
selbst elastisch ausgebildet sein. Hierdurch ergibt sich im Bereich
des Zahneingriffs wiederum ein Radialversatz 150, wohingegen
auf der radial gegenüberliegenden Seite ein solcher Radialversatz
nicht gegeben sein muss.
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In 8 ist
in schematischer Form eine bevorzugte Ausführungsform einer
Bauteilpaarung 10 gezeigt. Dabei wird beispielsweise das
zweite Antirasselbauteil 14 mit einer Antriebskraft 160 in
Antriebsrichtung angetrieben. Dabei liegt eine Flanke der zweiten
Bauteilverzahnung 18 an einer Flanke der ersten Bauteilverzahnung 16 an.
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Dort
wird eine Antriebskraft 162 auf das erste Bauteil 12 übertragen.
Dies findet an einem Ort 164 des Zahneingriffs zwischen
den Verzahnungen 16, 18 statt. In 8 ist
ferner das Zahnflankenspiel 24 zwischen den Verzahnungen 16, 18 gezeigt.
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Die
Antirasselverzahnung 33 des Antirasselbauteils 30 ist
hingegen so ausgebildet, dass sie mit der ersten Antirasselverzahnung 32 des
ersten Bauteils 12 in einem Zweiflanken-Wälzeingriff
steht. Dabei finden ein Zahneingriff zwischen diesen Verzahnungen
zum einen an einem Ort 166 statt, der beispielsweise mit
dem Ort 164 zusammenfallen kann. Zum anderen berühren
sich die Verzahnungen 33, 32 auch an einer gegenüberliegende
Flanke, was bei 168 gezeigt ist.
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Die
Zähne der zweiten Antirasselverzahnung 32 sind
so ausgebildet, dass sie eine Zahndicke 170 aufweisen,
die größer ist als eine Zahnlücke 172 der ersten
Antirasselverzahnung 32. Dies führt dazu, dass
der Zahn über die Zahneingriffe 166, 168 in
radialer Richtung 115 aus der ersten Antirasselverzahnung 32 herausgedrückt
wird, und zwar gegen die Kraft eines schematisch dargestellten Radialfederelementes.
Die hierdurch bedingte radiale Auslenkung ist in 38 wiederum
mit 150 dargestellt. In Bezug auf 8 ist anzumerken,
dass die Differenz zwischen der Zahndicke 170 und der Zahnlücke 172 übertrieben
vergrößert dargestellt ist, um den Sachverhalt
deutlicher darzustellen. Demzufolge ist auch der Radialversatz 150 bereits übertrieben
dargestellt. In der Regel ist dieser kleiner als 500 μm.
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Die
Antirasselverzahnungen 32, 33 sind als Evolventenverzahnungen
ausgebildet. Die Angaben der Zahndicke und der Zahnlücke
beziehen sich dabei nach der üblichen Nomenklatur auf die
Zahndicke im sogenannten Teilkreis.
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Die
oben beschriebenen Ausführungsformen von Bauteilpaarungen
erfüllen wenigstens einen der folgenden Vorteile:
Das
Rasselproblem an einer spielbehafteten Bauteilpaarung wird durch
nur ein Bauteil in einer Ebene gelöst.
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Ein
Spielausgleich erfolgt entweder durch eine Profilverschiebung, durch
dickere Zähne der Antirasselverzahnung 33 des
Antirasselbauteils 30, durch eine kleinere Zahnlücke
der Antirasselverzahnung 32, durch radiales Eindrücken
des Antirasselbauteils 30 in die Antirasselverzahnung 32 des
ersten Bauteils, durch Volumenvergrößerung des
Antirasselbauteils, bis ein Spielausgleich („tight mesh”)
erfolgt, durch elastische Abfederung mittels Federbereichen, die
in das Antirasselbauteil 30 integriert sind, beispielsweise
in radialer und/oder tangentialer (d. h. in Antriebsrichtung) Richtung,
durch Reibeingriff des Antirasselbauteils 30 in axialer
oder radialer Richtung gegenüber dem zweiten Bauteil 14,
wobei der Reibeingriff direkt oder indirekt erfolgen kann, und/oder
durch eine axiale oder radiale Fixierung des Antirasselbauteils 30 an
dem zweiten Bauteil 14.
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Dem
Antirasselbauteil 30 kann ein Komplementär-Antirasselbauteil
zugeordnet sein, und zwar entweder durch form- oder kraftschlüssige
Verbindung. Das Komplementär-Antirasselbauteil kann beispielsweise
aus einem anderen Material sein als das Antirasselbauteil. Beispielsweise
kann das Komplementär-Antirasselbauteil 90 aus
Kunststoff (z. B. Polyimid) ausgebildet sein, wohingegen das Antirasselbauteil 30 selbst
aus Metall hergestellt ist. Hierdurch kann der Umfang der Verwendung
von Metall (Stahl) minimiert werden, um Kosten und Gewicht zu verringern.
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Bei
der Verwendung von Metall für das Antirasselbauteil ist
anstelle von Stahl auch die Verwendung von Aluminium (oder einem
anderen Leichtmetall) denkbar. Bei einer Ausführungsform
ist das Antirasselbauteil 30 bevorzugt aus Kunststoff oder
einem Leichtmetall ausgebildet, da hierdurch eine gewünschte
Wärmedehnungskompensation möglich ist.
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In
einem Getriebe mit mehreren Radsätzen ist eine Antirasselmaßnahme
wie oben bevorzugt an wenigstens einem, vorzugsweise jedem der Radsätze
ausgebildet. Hierbei ist es bevorzugt, wenn der Antriebsstrang,
in dem das Getriebe verwendet wird, an der Ausgangsseite des Verbrennungsmotors
kein Zweimassenschwungrad aufweist. Für diesen Fall ist es
bevorzugt, wenn nicht nur die Radsätze mit einer Antirasselmaßnahme
ausgebildet sind, wie oben beschrieben, sondern wenn auch Rassel schwingungen der
Synchronringe im Getriebe gemindert werden, beispielsweise durch
Einclipsen von Wellfedern zwischen Kupplungskörper und
Synchronring.
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In
den 9 und 10 sind beispielhafte Antriebsstränge
für Kraftfahrzeuge gezeigt, in denen die erfindungsgemäße
Bauteilpaarung zum Einsatz kommen kann.
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9 zeigt
in schematischer Form einen Antriebsstrang 180 für
ein Kraftfahrzeug, der einen Verbrennungsmotor 182 und
eine Anfahrkupplung 184 aufweist. Ferner beinhaltet der
Antriebsstrang 180 ein in Vorgelegebauweise ausgeführtes
Stufengetriebe 186, das in üblicher Weise eine
Mehrzahl von Radsätzen 188 beinhaltet. Die Radsätze 188 sind mittels
Schaltkupplungen (Synchronkupplungen) schaltbar, um unterschiedliche
Gangstufen des Stufengetriebes 186 ein- bzw. auszulegen.
Die Radsätze 188 beinhalten in der Regel einen
Konstanten-Radsatz und eine Mehrzahl von Radsätzen, die
jeweils ein Losrad und ein oder mehrere Festräder beinhalten.
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In 9 ist
ferner beispielhaft dargestellt, dass wenigstens einer der Radsätze 188 eine
Bauteilpaarung 10 gemäß der vorliegenden
Erfindung aufweist. Der Radsatz 188 beinhaltet ein erstes
Bauteil 12 in Form eines Losrades, das mittels einer Synchronkupplung
schaltbar ist, und ein zweites Bauteil 14 in Form eines
Festrades. Dem Festrad 14 ist dabei ein Antirasselbauteil 30 der
erfindungsgemäßen Art zugeordnet.
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10 zeigt
eine alternative Ausführungsform eines Antriebsstranges 200 für
ein Kraftfahrzeug, der einen Antriebsmotor 182, einen hydrodynamischen
Wandler 202 und ein Planetengetriebe 204 beinhaltet.
Das Planetengetriebe 204 beinhaltet wenigstens einen Planetenradsatz 206,
der durch nicht näher bezeichnete Kupplungen bzw. Bremsen schaltbar
ist. Dabei bilden beispielsweise die Planetenräder des
Planetenradsatzes 206 zweite Bauteile 14 im Sinne
einer erfindungsgemäßen Bauteilpaarung. Das Sonnenrad
ist als erstes Bauteil 12A ausgebildet, das Hohlrad ist
ebenfalls als erstes Bauteil 12B ausgebildet. Die Planetenräder
(die zweiten Bauteile) 14 stehen sowohl mit dem Sonnenrad 12A als
auch mit dem Hohlrad 12B in Eingriff. Dabei kann wenigstens
einem der Planetenräder 14 ein Antirasselbauteil 30 gemäß der
vorliegenden Erfindung zugeordnet sein.
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Bei
dem Antriebsstrang 180 der 9 ist es vorteilhaft,
dass der Antriebsstrang zwischen dem Antriebsmotor 112 und
der Kupplung 184 kein Zweimassen-Schwungrad beinhalten
muss. Allerdings kann die Kupplung 184 selbst mit einem
Torsionsdämpfer üblicher Bauart ausgestaltet sein,
der eine zwei- oder mehrstufige Kennlinie beinhalten kann.
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Bei
dem Antriebsstrang 200 ist es vorteilhaft, dass eine Überbrückungskupplung 208 zum Überbrücken
des hydrodynamischen Wandlers 202 häufiger bzw.
früher zugeschaltet werden kann, so dass der Wirkungsgrad
des Antriebsstranges 200 gesteigert werden kann. Neben
der Anwendung in Radsätzen von Getrieben sind auch folgende
Anwendungen generell denkbar: Motorsteuerräder, Industriegetriebe,
Pumpen, Zahnradpumpen, Werkzeugmaschinen, Haushaltsgeräte,
Lifescience-Produkte wie elektrische Zahnbürsten, Küchenmaschinen.
Die Verwendung in Getrieben ist nicht auf die Verwendung in Personenkraftwagen
beschränkt, sondern auch auf die Verwendung in Getrieben
für Nutzfahrzeuge abstimmbar.
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Hinsichtlich
der Dimensionierung der erfindungsgemäßen Bauteilpaarungen
ist ferner Folgendes zu beachten. In jedem Anwendungsfall sind die Dimensionierungen
bzw. Geometrien gemäß den geforderten physikalischen
Wirkprinzipien jeweils individuell durch brauchbare Rechenansätze
und – sofern diese nicht hinreichend bekannt oder vorhanden
sind – durch empirische Versuchsabstimmungen genau so festzulegen,
dass die geforderte Funktion der Funktionsträger/Bauteile
in jedem denkbaren Funktionsfall voll und wie gewünscht – wie
oben beschrieben – erfüllt wird.
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Die
benannten Zahlenwerte gelten insbesondere für ein Schaltgetriebe
eines Personenkraftfahrzeuges mit einem Hubraum von 1,6 Litern und
einem maximal übertragbaren Moment von 217 Nm. Der Hauptachsstand
beträgt dabei zwischen An triebswelle und Nebenwelle 72
mm. Jede andere Auslegung der Bauteilpaarung muss individuell neu
abgestimmt werden. Dabei gilt näherungsweise, dass die
Parameter Drehzahl, Amplitude der Winkelbeschleunigung und Massenträgheitsmomente
in einem rationalen Verhältnis linear diese benannten Kräfte
und Federsteifigkeiten der Bauteilpaarung beeinflussen. Vereinfacht
ausgedrückt gilt also: doppelte Drehzahl, oder doppelte
Amplitude der Winkelbeschleunigung oder doppeltes Massenträgheitsmoment
des durch die Bauteilpaarung am Klappern und Rasseln zu hindernden
Losteiles muss mit einer Verdoppelung der Federkräfte und
Steifigkeiten erreicht werden. Umgekehrt gilt das Gleiche auch bei
einer Halbierung der benannten Parameter. Für die Zahndickenaufweitung
des Mikrozahnrades gilt (zumindest bei dem ersten Aspekt der Erfindung)
generell unabhängig von der Baugröße
und Bauform der Getriebe: Die Zahndicke des Mikrozahnrades muss
immer größer sein als die jemals durch Fertigungsschwankungen, Wärmedehnung
oder mechanische Deformation auftretende Zahnlücke des
Gegenrades, damit immer sicher gewährleistet ist, dass
durch die Zweiflankenwälzpaarung des Mikrozahnrades jegliches
Drehflankenspiel zum Gegenrad zu 100% eliminiert ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 10328482
A1 [0006]
- - DE 19721851 A1 [0007]
- - DE 3839807 C1 [0008]
- - DE 102004008171 A1 [0009]
- - DE 1967959 A1 [0010]
- - JP 62228735 A [0010]
- - US 4577525 B [0010]
- - JP 01153865 A [0011]