DE102012020789A1

DE102012020789A1 - Synchronous belt drive for driving ball screw in electromechanical steering mechanism for motor car, has belt wheel comprising helical gearing whose outer contour comprises arc shaped profile in section by rotational axis

Info

Publication number: DE102012020789A1
Application number: DE201210020789
Authority: DE
Inventors: Johannes Jochen Scheerer; Rainer Kötke
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2012-10-24
Filing date: 2012-10-24
Publication date: 2014-04-24
Anticipated expiration: 2032-10-25
Also published as: DE102012020789B4

Abstract

The drive has a toothed belt comprising a helical gearing, and a belt wheel (22a) with a rotational axis (21a). Another helical gearing (24a) of the belt wheel is combined with the former helical gearing of the toothed belt. An outer contour of the latter helical gearing of the belt wheel comprises an arc shaped profile in a section by the rotational axis, where the profile deviates in a cylindrical manner. A contact point of a tooth of the belt wheel with the toothed belt lies in a range of 0.02 to 0.5 of width of the toothed belt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Zahnriementrieb sowie die Verwendung desselben.The invention relates to a toothed belt drive and the use thereof.

Zahnriementriebe erlauben eine große Vielfalt an Antriebslösungen, sind wartungsarm und garantieren ein punktgenaues Positionieren. Zudem ermöglichen Zahnriemengetriebe dabei hohe positive und negative Beschleunigungen. Gegenüber einem gewöhnlichen Riemenantrieb ist der Zahnriementrieb jedoch geräuschintensiver und es fehlt ihm ein eigenständiges Geradeauslaufverhalten.Toothed belt drives allow a wide variety of drive solutions, require little maintenance and guarantee pinpoint positioning. In addition, toothed belt transmissions allow high positive and negative accelerations. Compared to a conventional belt drive, however, the toothed belt drive is more noisy and lacks independent straight-line performance.

Zur Beeinflussung des Ablaufverhaltens des Zahnriemens beschreibt Raimund Perneder im Handbuch Zahnriementechnik, Springer Verlag Berlin/Heidelberg, 2009, Kapitel 2.10 (S. 58 bis 65) verschiedene Maßnahmen, um das Ablaufen eines Zahnriemens zu verhindern. Anders als beim Flachriemen, der auf einer ballig ausgeführten Lauffläche stets den höchsten Durchmesser auf der Scheibe anstrebt, zeigt ein Zahnriemen ein solches Verhalten – falls überhaupt – nur unter idealen Leerlaufbedingungen. Sobald der Zahnriemen jedoch eine Last zu übertragen hat, stützt er sich auf seinen Zahnflanken ab, die annähernd senkrecht zum Kopfkreisdurchmesser angeordnet sind. Daher werden entweder Sonderbauformen, wie Spurzahnriemen, oder Führungselemente eingesetzt, die ein Ablaufen des Zahnriemens vom Riemenrad verhindern.For influencing the flow behavior of the toothed belt describes Raimund Perneder in the handbook Zahnriementechnik, Springer Verlag Berlin / Heidelberg, 2009, chapter 2.10 (p. 58 to 65) various measures to prevent the running off of a toothed belt. Unlike the flat belt, which always strives for the highest diameter on the disc on a convex running surface, a toothed belt exhibits such behavior - if at all - only under ideal idling conditions. However, as soon as the toothed belt has to transfer a load, it is supported on its tooth flanks, which are arranged approximately perpendicular to the tip circle diameter. Therefore, either special designs, such as track belt, or guide elements are used to prevent the belt from running off the pulley.

Schwieriger ist beim Zahnriementrieb jedoch die Geräuschminimierung, da im Betrieb der Zahneingriffsstoß, Luftausströmungen der in Eingriff kommenden Zahnlücke sowie Schwingungen des Zahnriemens selbst Prinzip bedingt sind. Diese Geräusche treten unmittelbar beim Zahnriemeneinlauf auf, wobei durch die Zahnflankenreibung das Betriebsgeräusch wieder etwas gedämpft wird.The more difficult is the toothed belt drive, however, the noise minimization, since in operation of the meshing impact, air outflows of the coming tooth gap and vibrations of the belt itself are subject to principle. These noises occur immediately at the toothed belt inlet, whereby the operating noise is somewhat dampened by the tooth flank friction.

Aus der DE 10 2004 056 878 A1 ist ein Zahnriemengetriebe bekannt, dessen Betriebsgeräusch durch eine Teilungsdifferenz zwischen der Zahnriemenscheibe und dem Zahnriemen selbst gemindert ist. Als weitere Möglichkeiten der Verringerung des Betriebsgeräusches werden hier außerdem noch unterschiedliche Schrägverzahnungen auf der Zahnriemenscheibe und dem Zahnriemen beschrieben.From the DE 10 2004 056 878 A1 a toothed belt transmission is known whose operating noise is mitigated by a pitch difference between the toothed belt pulley and the toothed belt itself. As further ways of reducing the operating noise also different helical gears on the timing belt pulley and the timing belt are described here.

Einen anderen Weg geht die DE 10 2004 055 730 A1 , in der ein spezieller Zahnriemen mit einer zusätzlichen Verzahnung auf dem Zahnriemenrücken gezeigt ist. Die Zahnriemenrückenverzahnung dient nicht dem formschlüssigen Antrieb, sondern ist unregelmäßig ausgebildet und soll so das gleichmäßige Einrastgeräusch der Verzahnungen vermindern.Another way is the DE 10 2004 055 730 A1 in which a special toothed belt with an additional toothing on the toothed belt spine is shown. The toothed belt sprocket toothing does not serve the form-locking drive, but is irregularly formed and is thus intended to reduce the uniform locking noise of the toothings.

Zur Geräuschminimierung eines Zahnriemengetriebes beschreibt die DE 10 2005 057 639 A1 eine Möglichkeit ohne applikativem Mehraufwand. Hierbei soll die Geräuschdämpfungsmaßnahme durch bestimmte Winkellagen der Zahnriemenscheiben erreicht werden, wobei die Zahnriemenscheiben hinsichtlich ihrer Winkellage so anzuordnen sind, dass im Einlauf einer Zahnriemenscheibe ein Zahn und im Auslauf der anderen Zahnriemenscheibe ein Zahnzwischenraum zu liegen kommt.To minimize the noise of a toothed belt transmission describes the DE 10 2005 057 639 A1 a possibility without applicative extra effort. Here, the noise damping measure is to be achieved by certain angular positions of the pulleys, the pulleys are to be arranged with respect to their angular position so that in the inlet of a pulley a tooth and in the outlet of the other pulley a tooth space comes to rest.

In der DE 10 2005 058 191 A1 wird der klassische Weg der Körperschallminimierung dargestellt, wobei das Zahnriemenrad durch unterschiedlichen axialen Aufbau als Dämpfungsglied dient. Das Zahnriemenrad hat hierbei einen inneren Stahlkern, über dem ein Elastomer und ein Kunststoffzahnkranz angeordnet sind. Durch Kombination der unterschiedlichen Werkstoffe mit dem dämpfenden Elastomer wird die Übertragung des Körperschalls gemindert.In the DE 10 2005 058 191 A1 The classic way of minimizing structure-borne noise is shown, whereby the toothed belt wheel serves as an attenuator due to its different axial structure. The toothed belt wheel here has an inner steel core, over which an elastomer and a plastic toothed ring are arranged. By combining the different materials with the damping elastomer, the transmission of structure-borne noise is reduced.

Die DE 10 2009 046 386 A1 beschreibt eine Dämpfung des Betriebsgeräusches durch eine Verbesserung der Temperaturangleichung zwischen dem Riemenrad und dem Getriebegehäuse. Hierzu ist das Riemenrad hohl ausgeführt, wobei ein wärmeübertragender Abschnitt des Getriebegehäuses in das Riemenrad eingreift, um berührungslos die Betriebswärme des Riemenrads aufzunehmen.The DE 10 2009 046 386 A1 describes an attenuation of the operating noise by improving the temperature equalization between the pulley and the transmission housing. For this purpose, the pulley is made hollow, wherein a heat-transmitting portion of the gear housing engages the pulley to receive the operating heat of the pulley without contact.

In der DE 10 2009 014 925 A1 wird eine Geräuschminderung durch unterschiedliche Schrägverzahnungen zwischen der Zahnriemenscheibe und dem Zahnriemen selbst beschrieben. Hierbei ist der Schrägungswinkel der Zähne der Zahnriemenscheibe um bis zu 1,0° gegenüber dem Schrägungswinkel der Zähne auf dem Zahnriemen erhöht.In the DE 10 2009 014 925 A1 a noise reduction is described by different helical gears between the timing belt pulley and the timing belt itself. In this case, the helix angle of the teeth of the toothed belt pulley is increased by up to 1.0 ° with respect to the helix angle of the teeth on the toothed belt.

Die DE 35 37 464 A1 beschreibt wiederum eine Erhöhung der Positioniergenauigkeit eines Zahnriementriebs, wobei eine Umlenkrolle des Zahnriemens nicht als Zahnkranzrolle, sondern als glatte und ballige Rolle ausgebildet ist. Hierdurch soll der Zahnriemen in der Mittellage gehalten werden, ohne dass seitliche Führungen vorgesehen werden müssen.The DE 35 37 464 A1 again describes an increase in the positioning accuracy of a toothed belt drive, wherein a deflection roller of the toothed belt is not designed as a sprocket roller, but as a smooth and spherical roller. As a result, the timing belt is to be held in the middle position, without lateral guides must be provided.

Ein ähnlicher Riemenantrieb ist aus der DE 196 16 907 C2 bekannt, in der ein Spurzahnriemen an seinem mittigen, die Spur haltenden Steg von zylindrischen oder balligen Tragrollen abgestützt ist.A similar belt drive is from the DE 196 16 907 C2 in which a track belt is supported at its central track holding web of cylindrical or spherical support rollers.

Diese bekannten Anordnungen zeigen entweder nur eine geringe Geräuschdämmung oder nehmen durch die unterschiedlichen Verzahnungswinkel eine deutliche Verschleißerhöhung in Kauf. Beim Einsatz spezieller gedämpfter Zahnriemen ist wiederum der Herstellaufwand deutlich erhöht.These known arrangements either show only a low noise insulation or take through the different tooth angles a significant increase in wear in purchasing. When using special damped timing belt, in turn, the manufacturing cost is significantly increased.

Aus Sebastian Fraulob, Thomas Nagel „Analyse von Zahnriemengetrieben unter Nutzung der FEM”, TU Dresden, Institut für Feinwerktechnik und Elektronik-Design (IFTE) Helmholtzstr. 18, 01062 Dresden, Deutschland, Kapitel 6.3 ist bekannt, dass in Zahnriemengetrieben für die Kraftfahrzeug-Lenkhilfe der Vorspannungskraft des Zahnriemens ein kritischer Aspekt zukommt. Hierbei muss die Vorspannungskraft aufgrund der Umgebungskonstruktion möglichst gering gehalten werden, wobei aber gleichzeitig große Drehmomente zu übertragen sind. Diese widersprüchlichen Bedingungen erfordern somit eine spezifische Analyse und besondere Auslegung der wichtigsten Parameter wie Vorspannungskraft, geometrische und stoffliche Toleranzen.Out Sebastian Fraulob, Thomas Nagel "Analysis of toothed belt transmissions using the FEM ", TU Dresden, Institute for Precision Engineering and Electronics Design (IFTE) Helmholtzstr. 18, 01062 Dresden, Germany, chapter 6.3 It is known that in toothed belt transmissions for motor vehicle power steering, the biasing force of the toothed belt has a critical aspect. Here, the biasing force due to the surrounding construction must be kept as low as possible, but at the same time large torques are to be transmitted. These conflicting conditions therefore require a specific analysis and design of key parameters such as preload, geometrical and material tolerances.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher einen Zahnriementrieb so zu gestalten, dass ohne erhöhten Riemenaufwand eine verschleißarme Geräuschminimierung erzielt ist. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist auch die Verwendung eines solchen Zahnriementriebs.Object of the present invention is therefore to design a toothed belt drive so that a low-wear noise minimization is achieved without increased belt complexity. The object of the present invention is also the use of such a toothed belt drive.

Diese Aufgabe wird mit einem Zahnriementrieb gemäß der Ansprüche 1 oder 2 gelöst. Hinsichtlich der Verwendung wird die Aufgabe gelöst mit den Maßnahmen des Anspruchs 7.This object is achieved with a toothed belt drive according to claims 1 or 2. With regard to the use of the object is achieved with the measures of claim 7.

Erfindungsgemäß kommt ein Zahnriemengetriebe mit einer Schrägverzahnung zum Einsatz, wobei im Unterschied zu den bekannten Zahnriemengetrieben zumindest eines der Riemenräder (Zahnkranzrolle) eine Verzahnung aufweist, die eine Außenkontur mit einer vom zylindrischen abweichenden Gestalt aufweist. Alternativ oder zusätzlich haben die Zähne des schrägverzahnten Riemenrads einen vom geradlinigen abweichenden Verlauf. Die Außenkontur ist hierbei bestimmt durch kreisrunde oder ovale Ringe, deren Körper infinitesimal sind und die aufeinandergereiht konzentrisch das Riemenrad fest umschließen.According to the invention, a toothed belt transmission with a helical toothing is used, wherein, in contrast to the known toothed belt transmissions, at least one of the belt wheels (toothed roller) has a toothing which has an outer contour with a shape deviating from the cylindrical one. Alternatively or additionally, the teeth of the helical pulley have a deviating from the rectilinear course. The outer contour is determined by circular or oval rings whose bodies are infinitesimal and which are lined up concentrically surrounding the pulley tightly.

Die Unteransprüche beinhalten besonders günstige Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung.The subclaims include particularly favorable developments of the present invention.

Mit den erfindungsgemäßen Merkmalen wird bei einem schrägverzahnten Zahnriementrieb erreicht, dass der erste Berührpunkt nicht mehr am Rand der Zahnkranzrolle und/oder des Zahnriemens liegt, sondern zu deren Mitte hin verschoben ist. Vorzugsweise liegt dieser erste Berührpunkt eines Zahns der Zahnkranzrolle bzw. des Riemenrads mit dem Zahnriemen in dem Bereich 0,02 bis 0,5, insbesondere 0,03 bis 0,35 der Breite des aufliegenden Zahnriemens. Hierdurch wird ein geräuscharmes Einlaufen des Zahnriemens auf dem Riemenrad erreicht.With the features according to the invention, it is achieved in a helical toothed belt drive that the first contact point is no longer located at the edge of the toothed roller and / or the toothed belt, but is displaced towards its center. Preferably, this first point of contact of a tooth of the toothed roller or of the pulley with the toothed belt is in the range from 0.02 to 0.5, in particular from 0.03 to 0.35, of the width of the overlying toothed belt. As a result, a low-noise shrinkage of the toothed belt is achieved on the pulley.

Vorzugsweise ist das Profil des Riemenrads konvex oder konkav ausgebildet, wobei wiederum bogenförmige Ausbildungen bevorzugt sind. Je nach gewünschtem Einsatzgebiet kann das Profil auch polygon ausgebildet sein. Ferner ist auch eine Kegel- oder -abschnittsmantelfläche auf dem Riemenrad möglich.Preferably, the profile of the pulley is convex or concave, again arcuate formations are preferred. Depending on the desired application, the profile may also be polygonal. Furthermore, a conical or -sectionmantelfläche on the pulley is possible.

Vorteilhaft ist die vom zylindrischen abweichende Profilausgestaltung hinsichtlich ihrer Ausprägung begrenzt. Als besonders geeignet haben sich solche Abweichungen vom zylindrischen Profil bewährt, bei denen der Durchmesser des Riemenrads in der Mitte des aufliegenden Zahnriemens und der Durchmesser des Riemenrads am Rand des aufliegenden Zahnriemens (bzw. bei einem überbreiten Zahnriemen am Rand des Riemenrads selbst) in dem Verhältnisbereich 1/3 bis 3, vorzugsweise ½ bis 2 und insbesondere 0,75 bis 1,5 liegt. Bereits geringe Abweichungen vom zylindrischen Profil führen zu der gewünschten Geräuschminimierung.Advantageously, the profile deviating from the cylindrical profile is limited in terms of their expression. Such deviations from the cylindrical profile have proven to be particularly suitable, in which the diameter of the pulley in the center of the overlying toothed belt and the diameter of the pulley at the edge of the overlying toothed belt (or in the case of an over-wide toothed belt at the edge of the pulley itself) in the ratio range 1/3 to 3, preferably ½ to 2 and in particular 0.75 to 1.5. Even small deviations from the cylindrical profile lead to the desired noise minimization.

Bei den erfindungsgemäßen Ausgestaltungen des Zahnriementriebs ist gemeinsam, dass dieser mit einem standardmäßig erhältlichen schrägverzahnten Zahnriemen betreibbar ist. Teure Sonderformen, beispielsweise mit speziell ausgebildeten Zähnen oder Veränderungen des Zahnriemenrückens, sind für die vorliegende Erfindung nicht erforderlich. Besonders geeignet ist die vorliegende Erfindung in Zahnriementrieben, deren Riemenrad als Kugelgewindetrieb ausgebildet ist. Solche Zahnriementriebe kommen insbesondere in elektromechanischen Lenkungen im Kraftfahrzeugbereich zum Einsatz. Wie bereits in „Analyse von Zahnriemengetrieben unter Nutzung der FEM” von Sebastian Fraulob und Thomas Nagel, TU Dresden, Institut für Feinwerktechnik und Elektronik-Design (IFTE), Dresden, auf der ANSYS Conference & 27th CADFEM Users' Meeting 2009 (Congress Center Leipzig) unter Punkt 6.3 beschrieben, zeigen Zahnriementriebe in Lenkhilfeunterstützungen im Kraftfahrzeugbereich ein untypisches Verhalten, da einerseits die Vorspannkraft möglichst gering zu halten ist und andererseits in kurzen Zeiten große Drehmomente zu übertragen sind. Diese widersprüchlichen Anforderungen führen insbesondere dazu, dass der Zahnriemen am Auslauf des Antriebes herausgedrückt wird, so dass der Leertrum etwas ausbeult. Mit dem erfindungsgemäßen Zahnriementrieb wird eine Verbesserung dieser Problematik erreicht.In the embodiments of the toothed belt drive according to the invention has in common that it is operable with a standard available helical toothed belt. Expensive special shapes, for example, with specially trained teeth or changes of the timing belt back, are not required for the present invention. The present invention is particularly suitable in toothed belt drives whose pulley is designed as a ball screw drive. Such timing belt drives are used in particular in electromechanical steering systems in the automotive sector. As already in "Analysis of belt transmissions using FEM" by Sebastian Fraulob and Thomas Nagel, TU Dresden, Institute for Precision Engineering and Electronics Design (IFTE), Dresden, at the ANSYS Conference & 27th CADFEM Users' Meeting 2009 (Congress Center Leipzig) under point 6.3 described, show toothed belt drives in steering assistance in the automotive field atypical behavior, on the one hand, the biasing force is to be kept as low as possible and on the other hand, large torques are to be transmitted in short times. These contradictory requirements lead in particular to the fact that the toothed belt is pushed out at the outlet of the drive, so that the empty strand bumps something. With the toothed belt drive according to the invention an improvement of this problem is achieved.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind. Die in den Ansprüchen sowie auch in der Beschreibung und den Zeichnungen beschriebenen bzw. dargestellten Merkmale können dabei jeweils – sofern nicht ausdrücklich anders darauf hingewiesen ist – einzeln für sich sowie auch in geeigneter Kombination erfindungswesentlich sein. Es zeigen:Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the following description in which, with reference to the drawings, embodiments of the invention are described in detail. The features described or illustrated in the claims as well as in the description and the drawings may each be - unless expressly stated otherwise - each individually and in a suitable combination essential to the invention. Show it:

1 einen schrägverzahnten Zahnriementrieb gemäß Stand der Technik sowie gemäß der vorliegenden Erfindung im Vergleich; 1 a helical toothed belt drive according to the prior art and according to the present invention in comparison;

2 verschiedene Ausgestaltungen des Riemenrads; und 2 various embodiments of the pulley; and

3 die Verwendung des Zahnriementriebs an einem Kugelgewindetrieb in einer elektromechanischen Lenkung. 3 the use of the toothed belt drive on a ball screw in an electromechanical steering.

Bei dem in 1a dargestellten Stand der Technik eines Zahnriementriebs 1a läuft ein schrägverzahnter Zahnriemen 3 über eine Zahnkranzrolle 2a, deren Verzahnung 4a in eine Zahnriemenverzahnung 5 kontinuierlich eingreift. Die Zahnkranzrolle 2a ist angetrieben und dreht sich um ihre Drehachse 11a, so dass der aufliegende Zahnriemen 3 die Laufrichtung 8 erhält. Das Profil 9 der Zahnkranzrolle 2a ist zylindrisch 10 aufgebaut.At the in 1a illustrated prior art of a toothed belt drive 1a runs a helical toothed belt 3 via a sprocket roller 2a whose interlocking 4a in a toothed belt toothing 5 continuously intervenes. The sprocket roller 2a is driven and turns around its axis of rotation 11a so that the overlying timing belt 3 the direction of travel 8th receives. The profile 9 the sprocket roller 2a is cylindrical 10 built up.

Im Betrieb liegt der erste Berührpunkt 6a zwischen der Verzahnung 4a und der Zahnriemenverzahnung 5 am äußeren Rand des Zahnriemens 3 (bzw. am Rand der Zahnkranzrolle 2a, wenn der Zahnriemen 3 breiter ist als die Zahnkranzrolle 2a bzw. der Zahnriemen 3 über den entsprechenden Rand der Zahnkranzrolle 2a hinaus verschoben ist). Mit der Laufrichtung 8 des Zahnriemens 3 bildet sich über die Zeit t ein Linienkontakt 7a aus, der im Verlaufe der Drehung der Zahnkranzrolle 2a seine maximale Länge (entsprechend der Länge eines Zahns der Zahnriemenverzahnung 5) erreicht.In operation, the first point of contact is 6a between the teeth 4a and the timing belt teeth 5 on the outer edge of the toothed belt 3 (or at the edge of the sprocket roller 2a if the timing belt 3 wider than the sprocket roller 2a or the toothed belt 3 over the corresponding edge of the sprocket roller 2a has been postponed). With the direction of travel 8th of the toothed belt 3 a line contact is formed over time t 7a during the rotation of the sprocket roller 2a its maximum length (corresponding to the length of one tooth of the toothed belt toothing 5 ) reached.

In dem erfindungsgemäßen Zahnriementrieb 1b wird eine Zahnkranzrolle 2b eingesetzt, deren Profil 9 ballig ausgebildet ist, das heißt die Riemenradverzahnung 4b verläuft konvex über die Zahnkranzrolle 2b. Dies bedeutet, dass der Mittendurchmesser d_M des Riemenrads größer ist, als sein Randdurchmesser d_R. Entsprechend verläuft die Riemenradverzahnung 4b der Zahnkranzrolle 2b bogenförmig.In the toothed belt drive according to the invention 1b becomes a sprocket roller 2 B used, their profile 9 is formed crowned, that is, the Riemenradverzahnung 4b runs convex over the sprocket roller 2 B , This means that the center diameter d _{M of} the pulley is greater than its rim diameter d _R. Accordingly, the Riemenradverzahnung runs 4b the sprocket roller 2 B arcuate.

Bei einem Antrieb der Zahnkranzrolle 2b um deren Drehachse 11b, so dass der schrägverzahnte Zahnriemen 3 die Laufrichtung 8 hat, liegt der erste Berührpunkt 6b zwischen der Zahnriemenverzahnung 5 und der Riemenradverzahnung 4b nicht mehr am Rand, sondern in einem mittleren Bereich der Verzahnung. Mit fortschreitender Drehung der Zahnkranzrolle 2b vergrößert sich die Berührfläche zwischen den Verzahnungen nicht mehr nur in eine Richtung wie im Stand der Technik, sondern in beide Richtungen rechts und links des ersten Berührpunkts 6b unter Ausbildung der Linienkontakte 7b und 7c im Verlaufe der Zeit t. Durch die Bildung der zwei Linienkontaktausbildungen 7b und 7c gelangen die Zähne der Zahnriemenverzahnung 5 in einer kürzeren Zeit in vollständigen Kontakt mit der Riemenradverzahnung 4b, wodurch einerseits eine Verbesserung der Kraftübertragung bei reduzierter Belastung des Zahnriemens 3 und andererseits eine geringere Geräuschentwicklung erfolgt.When driving the sprocket roller 2 B around its axis of rotation 11b so that the helical toothed belt 3 the direction of travel 8th has, is the first point of contact 6b between the toothed belt toothing 5 and the pulley toothing 4b no longer on the edge, but in a middle region of the gearing. As the sprocket roller rotates 2 B The contact surface between the teeth no longer increases only in one direction as in the prior art, but in both directions right and left of the first Berührpunkts 6b under formation of the line contacts 7b and 7c in the course of time t. By forming the two line contact formations 7b and 7c get the teeth of the toothed belt toothing 5 in a shorter time in full contact with the Riemenradverzahnung 4b , whereby on the one hand an improvement of the power transmission with reduced load of the toothed belt 3 and on the other hand, a lower noise occurs.

In 2 sind mögliche Ausführungsformen verschiedener schrägverzahnter Riemenräder 22 im Schnitt dargestellt. Alle Riemenräder 22a–g sind prinzipiell gleich aufgebaut, das heißt, weisen jeweils eine Drehachse 21a–g und eine Riemenradverzahnung 24a–g auf. Vorzugsweise sind die Riemenräder 22 angetrieben. Unterschiede zwischen den Riemenrädern 22a–g liegen im Profil 29, das bei den Riemenrädern 22a, d und g konvex ausgeführt ist. Die Profile 29d und 29g sind hierbei mit einer (29g) bzw. zwei (29b) Stufen ausgeführt, wobei auch weitere stufige Ausbildungen möglich sind. Die Profile 29b, e und f sind konkav ausgeführt, wobei die Profile 29e bzw. 29f mit einer bzw. zwei Stufen gebildet sind. Auch hier ist die Art und Anzahl der Stufen hinsichtlich dem gewünschten Einsatzzweck und der gewünschten Wirkung veränderbar. Das Profil 29c hat die Form eines Kegelstumpfes, dessen Flankensteilheit wiederum dem gewünschten Einsatzzweck angepasst ist. Die Profilcharakteristika können auch miteinander kombiniert werden, beispielsweise eine konvexe oder konkave Kegelstumpfausbildung bzw. gewölbt kombiniert mit Stufen. Alle Riemenräder werden vorzugsweise mit herkömmlichen schrägverzahnten Zahnriemen betrieben, wobei die Zähne der Zahnriemen senkrechte oder schräg gestellte Flanken haben können. Je nach Profilausbildung 29 wird der erste Berührpunkt 6 zwischen dem Riemenrad 22 und dem Zahnriemen 3 verschoben und die Zunahme der Linienkontaktausbildung 7 über die Zeit t verändert.In 2 are possible embodiments of various helical pulleys 22 shown in section. All pulleys 22a -G are basically the same structure, that is, each have a rotation axis 21a -G and a pulley toothing 24a -G up. Preferably, the pulleys 22 driven. Differences between the pulleys 22a -G are in profile 29 that with the pulleys 22a , d and g are convex. The profiles 29d and 29g are here with a ( 29g ) or two ( 29b ) Run stages, with more level training are also possible. The profiles 29b , e and f are concave, with the profiles 29e respectively. 29f are formed with one or two stages. Again, the type and number of stages with respect to the desired purpose and the desired effect is changeable. The profile 29c has the shape of a truncated cone whose edge steepness is again adapted to the desired application. The profile characteristics can also be combined with each other, for example, a convex or concave truncated cone or curved combined with steps. All pulleys are preferably operated with conventional helical toothed belts, wherein the teeth of the toothed belt can have vertical or inclined flanks. Depending on the profile training 29 becomes the first point of contact 6 between the pulley 22 and the timing belt 3 postponed and the increase in line contact education 7 changed over time t.

3 zeigt eine elektromechanische Zahnstangenlenkung 30 für ein Kraftfahrzeug. Die elektromechanische Zahnstangenlenkung 30 weist eine Zahnstange auf, die als Lenkstange 15 in einem Lenkgetriebegehäuse 23 axial bewegbar gelagert ist. An der Zahnstange greift ein Ritzel 13 einer Lenksäule 14 an, über die ein vom Fahrer aufgebrachtes Lenkmoment in das Lenkgetriebe der Zahnstangenlenkung 30 einleitbar ist. Ferner ist die Zahnstange an ihren Enden mit nicht mehr dargestellten Spurstangen gelenkig gekoppelt, die zu den ebenfalls nicht dargestellten Vorderrädern des Fahrzeugs führen. Weiterhin ist in dem Lenkgetriebegehäuse 23 ein Elektromotor 20 angeordnet, dessen Antriebsmoment zur Unterstützung des Fahrers über eine Getriebestufe 25, die einen Kugelgewindetrieb 12 mit Kugeln 19 und ein Spindelgewinde 17 einschließt, an der Lenkstange 15 als in axialer Richtung, das heißt in Längsrichtung der Lenkstange 15, wirkende Kraft zur Wirkung gebracht wird. Die Drehachse des Elektromotors 20 verläuft bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel parallel zu der Lenkstange 15. Erfindungsgemäß kommt hierbei ein Zahnriementrieb 31 mit einer mit dem Elektromotor 20 gekoppelten, als Antriebsrad fungierenden Zahnkranzrolle 32 und einem ebenfalls verzahnten Abtriebsrad, das von einer Kugelumlaufmutter 18 des Kugelgewindetriebs 12 gebildet ist, zum Einsatz. Die Zahnkranzrolle 32 hat hierbei das in 1b dargestellte Profil 9. Durch diese ballige Ausbildung der Zahnkranzrolle 32 kann die Vorspannkraft des Zahnriemens 33 relativ gering gehalten werden, wobei dennoch die für eine elektromechanische Lenkung 30 erforderlichen hohen Drehmomente über die Getriebestufe 25 übertragbar sind. 3 shows an electromechanical rack and pinion steering 30 for a motor vehicle. The electromechanical rack and pinion steering 30 has a rack that serves as a handlebar 15 in a steering gearbox 23 is mounted axially movable. On the rack engages a pinion 13 a steering column 14 on, on the one applied by the driver steering torque in the steering gear of the rack and pinion steering 30 can be introduced. Furthermore, the rack is articulated at its ends with tie rods not shown, which lead to the front wheels, also not shown, of the vehicle. Furthermore, in the steering gear housing 23 an electric motor 20 arranged, whose drive torque to assist the driver via a gear stage 25 that a ball screw 12 with balls 19 and a spindle thread 17 includes, on the handlebar 15 as in the axial direction, that is in the longitudinal direction of the handlebar 15 , acting force is brought to effect. The axis of rotation of the electric motor 20 runs parallel to the handlebar in the illustrated embodiment 15 , According to the invention here comes a toothed belt drive 31 with one with the electric motor 20 coupled, as Drive wheel acting sprocket roller 32 and a likewise toothed driven wheel, that of a ball nut 18 of the ball screw 12 is formed, used. The sprocket roller 32 has the in 1b illustrated profile 9 , Through this crowned formation of the sprocket roller 32 can the pretensioning force of the toothed belt 33 are kept relatively low, while still for an electromechanical steering 30 required high torques over the gear stage 25 are transferable.

Je nach gewünschter Wirkung kann auch bzw. nur das schrägverzahnte Abtriebsrad das erfindungsgemäße Profil aufweisen. Ferner sind (nicht dargestellte) Führungen (beispielsweise seitlich oder mittig) für den Zahnriemen 33 vorgesehen, die ein Verrutschen auf dem Antriebsrad und Abtriebsrad verhindern.Depending on the desired effect and or only the helical driven gear can have the profile of the invention. Further, (not shown) guides (for example, laterally or centrally) for the timing belt 33 provided that prevent slippage on the drive wheel and output gear.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1, 311, 31: Zahnriementriebtoothed belt drive
2, 22, 322, 22, 32: Riemenrad/ZahnkranzrollePulley / sprocket roller
3, 333, 33: Zahnriementoothed belt
4, 244, 24: RiemenradverzahnungRiemenradverzahnung
55: Zahnriemenverzahnungtoothed gearing
66: erster Berührpunktfirst point of contact
77: LinienkontaktausbildungLine contact training
88th: Laufrichtungdirection
9, 299, 29: Profil (konvex/ballig)Profile (convex / convex)
1010: zylindrischcylindrical
11, 2111, 21: Drehachseaxis of rotation
1212: KugelgewindetriebBall Screw
1313: Ritzelpinion
1414: Lenksäulesteering column
1515: Lenkstangehandlebars
1616: Verzahnunggearing
1717: Spindelgewindespindle thread
1818: KugelumlaufmutterBall nut
1919: Kugelnroll
2020: Elektromotorelectric motor
2323: LenkgetriebegehäuseSteering gear housing
2525: Getriebestufegear stage
3030: elektromechanische LenkungElectric Power Steering
bb: Breite (des Zahnriemens)Width (of the toothed belt)
d_M d _M: Mittendurchmesser (des Riemenrads)Center diameter (of pulley)
d_R d _R: Randdurchmesser (des Riemenrads am Rand des Zahnriemens)Rim diameter (of the pulley on the edge of the toothed belt)
Z_R Z _R: Zahn (des Riemenrads)Tooth (pulley)
Z_Z Z _Z: Zahn (des Zahnriemens)Tooth (of the toothed belt)

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102004056878 A1 [0005] DE 102004056878 A1 [0005]
DE 102004055730 A1 [0006] DE 102004055730 A1 [0006]
DE 102005057639 A1 [0007] DE 102005057639 A1 [0007]
DE 102005058191 A1 [0008] DE 102005058191 A1 [0008]
DE 102009046386 A1 [0009] DE 102009046386 A1 [0009]
DE 102009014925 A1 [0010] DE 102009014925 A1 [0010]
DE 3537464 A1 [0011] DE 3537464 A1 [0011]
DE 19616907 C2 [0012] DE 19616907 C2 [0012]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

Raimund Perneder im Handbuch Zahnriementechnik, Springer Verlag Berlin/Heidelberg, 2009, Kapitel 2.10 (S. 58 bis 65) [0003] Raimund Perneder in the handbook Zahnriementechnik, Springer Verlag Berlin / Heidelberg, 2009, Chapter 2.10 (pp. 58 to 65) [0003]
Sebastian Fraulob, Thomas Nagel „Analyse von Zahnriemengetrieben unter Nutzung der FEM”, TU Dresden, Institut für Feinwerktechnik und Elektronik-Design (IFTE) Helmholtzstr. 18, 01062 Dresden, Deutschland, Kapitel 6.3 [0014] Sebastian Fraulob, Thomas Nagel "Analysis of toothed belt drives using FEM", TU Dresden, Institute for Precision Engineering and Electronics Design (IFTE) Helmholtzstr. 18, 01062 Dresden, Germany, chapter 6.3 [0014]
„Analyse von Zahnriemengetrieben unter Nutzung der FEM” von Sebastian Fraulob und Thomas Nagel, TU Dresden, Institut für Feinwerktechnik und Elektronik-Design (IFTE), Dresden, auf der ANSYS Conference & 27th CADFEM Users' Meeting 2009 (Congress Center Leipzig) unter Punkt 6.3 [0022] "Analysis of belt transmissions using FEM" by Sebastian Fraulob and Thomas Nagel, TU Dresden, Institute for Precision Engineering and Electronics Design (IFTE), Dresden, at the ANSYS Conference & 27th CADFEM Users' Meeting 2009 (Congress Center Leipzig) under point 6.3 [0022]

Claims

Zahnriementrieb (1, 31) mit einem Zahnriemen (3, 33), der eine Schrägverzahnung (5) aufweist, und einem Riemenrad (2, 22, 32) mit einer Drehachse (11, 21) und einer mit der Schrägverzahnung (5) des Zahnriemens (3, 33) kämmenden Schrägverzahnung (4, 24), dadurch gekennzeichnet, dass die Außenkontur der Schrägverzahnung (4, 24) des Riemenrads (2, 22, 32) im Schnitt durch dessen Drehachse (11, 21) ein vom zylindrischen abweichendes Profil (9, 29) aufweist.Toothed belt drive ( 1 . 31 ) with a toothed belt ( 3 . 33 ), a helical toothing ( 5 ), and a pulley ( 2 . 22 . 32 ) with a rotation axis ( 11 . 21 ) and one with the helical gearing ( 5 ) of the toothed belt ( 3 . 33 ) meshing helical gearing ( 4 . 24 ), characterized in that the outer contour of the helical gearing ( 4 . 24 ) of the pulley ( 2 . 22 . 32 ) in section through its axis of rotation ( 11 . 21 ) a profile deviating from the cylindrical one ( 9 . 29 ) having.

Zahnriementrieb (1, 31) mit einem Zahnriemen (3, 31), der eine Schrägverzahnung (5) aufweist, und einem Riemenrad (2, 22, 32) mit einer Drehachse (11, 21) und einer mit der Schrägverzahnung (5) des Zahnriemens (3, 31) kämmenden Schrägverzahnung (4, 24), dadurch gekennzeichnet, dass die Außenkontur der Schrägverzahnung (4, 24) des Riemenrads (2, 22, 32) einen vom Geradlinigen abweichenden Verlauf hat.Toothed belt drive ( 1 . 31 ) with a toothed belt ( 3 . 31 ), a helical toothing ( 5 ), and a pulley ( 2 . 22 . 32 ) with a rotation axis ( 11 . 21 ) and one with the helical gearing ( 5 ) of the toothed belt ( 3 . 31 ) meshing helical gearing ( 4 . 24 ), characterized in that the outer contour of the helical gearing ( 4 . 24 ) of the pulley ( 2 . 22 . 32 ) has a deviating from the straight-line course.

Zahnriementrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Berührungspunkt (6) eines Zahns (Z_R) des Riemenrads (2, 22) mit dem Zahnriemen (3) in dem Bereich 0,02 bis 0,5 der Breite (b) des Zahnriemens (3) liegt.Toothed belt drive according to claim 1 or 2, characterized in that a first contact point ( 6 ) of a tooth (Z _R ) of the pulley ( 2 . 22 ) with the toothed belt ( 3 ) in the range 0.02 to 0.5 of the width (b) of the toothed belt ( 3 ) lies.

Zahnriementrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Profil konvex (9a) oder konkav (29b) ausgebildet ist.Toothed belt drive according to one of the preceding claims, characterized in that the profile is convex ( 9a ) or concave ( 29b ) is trained.

Zahnriementrieb nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Profil bogenförmig (9a) ist.Toothed belt drive according to claim 4, characterized in that the profile is arcuate ( 9a ).

Zahnriementrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser (d_M) des Riemenrads (2, 22) in der Mitte des aufliegenden Zahnriemens (3) und der Durchmesser (d_R) des Riemenrads (2, 22) am Rand des aufliegenden Zahnriemens (3) in dem Verhältnisbereich 1/3 < d_M/d_R < 3, vorzugsweise ½ < d_M/d_R < 2, insbesondere 0,75 < d_M/d_R < 1,5 liegen. Toothed belt drive according to one of the preceding claims, characterized in that the diameter (d _M ) of the pulley ( 2 . 22 ) in the middle of the overlying toothed belt ( 3 ) and the diameter (d _R ) of the pulley ( 2 . 22 ) at the edge of the overlying toothed belt ( 3 ) in the ratio range 1/3 <d _M / d _R <3, preferably ½ <d _M / d _R <2, in particular 0.75 <d _M / d _R <1.5.

Verwendung des Zahnriementriebs (1, 31) nach einem der vorhergehenden Ansprüche in einen Kugelgewindetrieb (12) mit einer als Riemenrad (2, 22, 32) ausgebildeten Kugelumlaufmutter (18).Use of the toothed belt drive ( 1 . 31 ) according to one of the preceding claims in a ball screw ( 12 ) with a belt pulley ( 2 . 22 . 32 ) trained ball nut ( 18 ).

Verwendung des Kugelgewindetriebs (12) nach Anspruch 7 in einer elektromechanischen Lenkung (30).Use of the ball screw ( 12 ) according to claim 7 in an electromechanical steering ( 30 ).