DE9318792U1 - transmission - Google Patents
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Description
Anmelder:Applicant:
Institut für Maschinenelemente
Universität Stuttgart
Pfaffenwaldring 9Institute of Machine Elements
University of Stuttgart
Pfaffenwaldring 9
70569 Stuttgart70569 Stuttgart
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S/sch (93/5)S/sch (93/5)
Titel: Getriebe Title: Gearbox
Die Erfindung betrifft ein Getriebe mit einer Antriebswelle und einer Abtriebswelle und mit auf den Wellen angeordneten, einander zugeordneten Paarungen von Fest- und Losteilen wie Zahnräder, Synchronringe, Schiebemuffen, Kupplungslamellen u.dgl.The invention relates to a transmission with a drive shaft and an output shaft and with pairs of fixed and loose parts arranged on the shafts, such as gears, synchronizer rings, sliding sleeves, clutch plates, etc.
Getriebe als Antriebselemente sind hinreichend bekannt. Ihre Aufgabe ist es, Leistung in Form von Drehbewegungen von einer Welle auf eine zweite zu übertragen. Dabei soll die Gleichförmigkeit der Drehbewegung erhalten bleiben, um unerwünschte Beschleunigungen und Massenkräfte zu vermeiden. Bei einem Getriebe sind in der Regel Drehmomente undGearboxes are well known as drive elements. Their task is to transfer power in the form of rotary motion from one shaft to another. The uniformity of the rotary motion should be maintained in order to avoid undesirable accelerations and inertia forces. In a gearbox, torques and
Winkelgeschwindigkeiten der Antriebswelle und der Abtriebswelle, zwischen denen die Leistung übertragen werden soll, nicht gleich. Es ist vielmehr das Ziel, eine Drehzahl- und Drehmomentenübersetzung zu bewirken. Das Einsatzgebiet der Getriebe ist ebenfalls manigfaltig, wobei das Getriebe in stationären Anlagen anderen Belastungen ausgesetzt ist, als das Getriebe z.B. in einem Kraftfahrzeug. Jeder Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs ist ungleichförmigen Drehzahlen ausgesetzt. Diese kommen von der Antriebsseite durch den ungleichförmigen Lauf des Motors und von der Abtriebsseite durch Schwingungen und äußere Einflüsse zustande. Da sich in jedem Getriebe lose Bauteile, bspw. Zahnräder oder Synchronisierungsteile, insbesondere Synchronringe, oder Lamellen von Lamellenkupplungen und -bremsen befinden, werden diese durch die Ungleichförmigkeiten von Drehzahl und Drehmoment zu Schwingungen angeregt. Innerhalb eines funktions- und/oder fertigungsbedingten Spiels führen diese Bauteile Schwingungen durch, wobei sie am anderen Teil der Paarung anschlagen. Dieses Anschlagen führt bei Synchronringen und Lamellen oft zu Verschleiß an den Anschlagnoppen oder gar zum Bruch. Bei Zahnrädern und Synchronisierungsteilen bedingt dieses Anschlagen das so unangenehme Klappern und Rasseln. Gerade dieses Klappern und Rasseln tritt in letzter Zeit verstärkt in Erscheinung, da bei Kraftfahrzeugen das moderne Motormanagement zur Steuerung von Emission und Kraftstoffverbrauch zu deutlich ungleichförmigerem Lauf des Motors führt.Angular speeds of the drive shaft and the output shaft, between which the power is to be transmitted, are not the same. Rather, the aim is to achieve a speed and torque ratio. The area of application of the gearbox is also diverse, with the gearbox in stationary systems being exposed to different loads than the gearbox in a motor vehicle, for example. Every drive train of a motor vehicle is exposed to uneven speeds. These arise from the drive side due to the uneven running of the engine and from the output side due to vibrations and external influences. Since there are loose components in every gearbox, e.g. gears or synchronization parts, in particular synchronizer rings, or plates of multi-plate clutches and brakes, these are excited to vibrate due to the irregularities in speed and torque. Within a functional and/or production-related play, these components vibrate, striking the other part of the pair. This impact often leads to wear on the stop lugs of synchronizer rings and plates or even to breakage. In gears and synchronization parts, this impact causes the unpleasant clattering and rattling. This clattering and rattling in particular has become increasingly apparent recently, as modern engine management in motor vehicles to control emissions and fuel consumption leads to the engine running much more unevenly.
Aus funktions- und/oder fertigungstechnischen Gründen läßt sichFor functional and/or manufacturing reasons,
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das Spiel zwischen den einander zugeordneten Paarungen von Fest- und Losteilen nicht vermeiden. Es sind jedoch Methoden bekannt, um solche Losteilschwingungen zu mindern. Eine Maßnahme ist der Einsatz eines Schmiermittels mit höherer Viskosität. Dies führt aber zu einer schlechteren Schaltbarkeit bzw. Synchronisierbarkeit des Getriebes und zu einem schlechten Wirkungsgrad aufgrund von höheren Reibungskräften. Eine andere Methode besteht darin, daß die Zahnräder axial getrennt und mittels einer Feder gegenüber ihrem Partner verspannt werden. Eine weitere mögliche Maßnahme ist eine zum Losrad parallel angebrachte Reibungsbremse, die jedoch ebenso wie das Schmiermittel mit höherer Viskosität den Nachteil aufweist, daß der Wirkungsgrad des Getriebes verschlechtert wird. Außerdem kann die Reibungsbremse nur permanent wirkend eingebaut werden.the play between the pairs of fixed and loose parts cannot be avoided. However, there are methods known to reduce such loose part vibrations. One measure is the use of a lubricant with a higher viscosity. However, this leads to a poorer shiftability or synchronization of the transmission and to poor efficiency due to higher friction forces. Another method is to separate the gears axially and brace them against their partner using a spring. Another possible measure is a friction brake installed parallel to the loose gear, but like the lubricant with a higher viscosity, this has the disadvantage that the efficiency of the transmission is reduced. In addition, the friction brake can only be installed to act permanently.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Getriebe bereitzustellen, bei dem auf einfache Weise die Klapper- und Rasselerscheinungen von Losteilen reduziert sind.The present invention is therefore based on the object of providing a transmission in which the rattling and clattering phenomena of loose parts are reduced in a simple manner.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei wenigstens einer der einander zugeordneten Paarungen von Fest- und Losteilen die Teile durch Magnetkraft voneinander abgestoßen werden.This object is achieved according to the invention in that in at least one of the pairs of fixed and loose parts assigned to one another, the parts are repelled from one another by magnetic force.
Bei dem erfindungsgemäßen Getriebe wird der aus funktions- und/oder fertigungstechnischen Gründen sich zwischen den einzelnen Bauteilen der einander zugeordneten Paarungen sich befindende Bewegungsfreiheitsgrad ausgeglichen, indem dieIn the transmission according to the invention, the degree of freedom of movement between the individual components of the pairs assigned to each other for functional and/or manufacturing reasons is compensated by
Bauteile durch Magnetkraft voneinander abgestoßen werden. Dabei kann die Magnetkraft bei der Konstantverzahnung einer Vorgelegewelle z.B. 40 N betragen. Bei Losrädern erträgt diese Kraft bis zu 20 N. Werden bei dem erfindungsgemäßen Getriebe z.B. durch ungleichförmigen Lauf des Motors oder durch Schwingungen auf der Abtriebsseite hohe Amplitudenbeschleunigungen an den Fest- und/oder Losteilen erzeugt, dann besteht keine Gefahr mehr, daß die einander zugeordneten Teile aneinander anschlagen, da sie durch die Magnetkraft voneinander abgestoßen werden. Die Schwingungen des einen Bauteils werden zum Teil gedämpft.Components are repelled from one another by magnetic force. The magnetic force can be 40 N for example with constant gearing of a countershaft. With idler gears this force can withstand up to 20 N. If, in the transmission according to the invention, high amplitude accelerations are generated on the fixed and/or loose parts, e.g. due to uneven running of the motor or due to vibrations on the output side, then there is no longer any danger of the associated parts hitting one another, as they are repelled from one another by the magnetic force. The vibrations of one component are partially dampened.
Bei einer Weiterbildung ist vorgesehen, daß die einander zugeordneten Paarungen von Fest- und Losteilen gleiche Polarität aufweisen, so daß sich die beiden einander zugeordneten Teile voneinander abstoßen, wodurch ein Aneinanderschlagen wirkungsvoll verhindert wird.In a further development, it is provided that the pairs of fixed and loose parts assigned to one another have the same polarity, so that the two parts assigned to one another repel one another, effectively preventing them from hitting one another.
Bevorzugt sind zur Erzeugung der Magnetkraft permanentmagnet!sehe Bauteile und/oder eine elektrisch erregbare Spule vorgesehen. Abhängig von den zu erwartenden Schwingungen kann die Magnetkraft entweder durch einen Permanentmagneten zur Verfügung gestellt werden oder durch eine Magnetspule, wobei Permanentmagnete den Vorteil aufweisen, daß sie die Magnetkraft ohne Energiezufuhr bereitstellen, so daß Getriebe mit Permanentmagneten ein weites Einsatzgebiet finden. Magnetspulen weisen den Vorteil auf, daß mit ihnen auf einfache Weise die Magnetkraft in Abhängigkeit von Betriebsbedingungen Steuer- oderPermanent magnet components and/or an electrically excitable coil are preferably provided to generate the magnetic force. Depending on the expected vibrations, the magnetic force can be provided either by a permanent magnet or by a magnetic coil, whereby permanent magnets have the advantage that they provide the magnetic force without the supply of energy, so that gears with permanent magnets have a wide range of applications. Magnetic coils have the advantage that they can be used to easily control or
regelbar ist.is adjustable.
Bei einer Weiterbildung ist vorgesehen, daß die permanentmagnet!sehen Bauteile und/oder die Spule auf der Antriebs-, Abtriebs- oder einer Vorgelegewelle angeordnet sind. Durch diese Anordnung wird auf einfache Weise ein Magnetkreis gebildet.In a further development, it is provided that the permanent magnet components and/or the coil are arranged on the drive shaft, output shaft or countershaft. This arrangement forms a magnetic circuit in a simple manner.
Wie bereits erwähnt, ist die Magnetkraft in ihrer Stärke, z.B. abhängig von den Betriebsbedingungen vorteilhaft Steuer- oder regelbar. Auf diese Weise können z.B. bei extremen Winkelbeschleunigungsamplituden Lastwechselreaktionen, oder erst bei auftretenden Klappergeräuschen durch Erhöhung der Magnetkräfte das Losteil stärker abgestoßen werden. Hierdurch wird die Möglichkeit geschaffen, daß nur dann eine hohe Magnetkraft erzeugt wird, wenn dies unbedingt erforderlich ist.As already mentioned, the strength of the magnetic force can be controlled or regulated, depending on the operating conditions. In this way, for example, load change reactions in the case of extreme angular acceleration amplitudes or only when rattling noises occur can be repelled more strongly by increasing the magnetic forces. This makes it possible to only generate a high magnetic force when this is absolutely necessary.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel bestehen das Gehäuse des Getriebes und/oder die Wellen aus einem nichtmagnetischen Werkstoff. Hierdurch werden magnetische Kurzschlüsse vermieden, die die erfindungsgemäße Wirkung nachteilig beeinflußen könnten.In a preferred embodiment, the housing of the gear and/or the shafts are made of a non-magnetic material. This avoids magnetic short circuits that could adversely affect the effect according to the invention.
Ferner kann bei einem Ausführungsbeispiel vorgesehen sein, daß wenigstens eines der Fest- oder Losteile als permanentmagnetisches Bauteil ausgebildet ist. Bei dieser Ausführungsform sind dann keine zusätzlichen Bauteile erforderlich, was hinsichtlich der Größe und des Gewichts Vorteile mit sich bringt.Furthermore, in one embodiment, it can be provided that at least one of the fixed or loose parts is designed as a permanent magnetic component. In this embodiment, no additional components are then required, which has advantages in terms of size and weight.
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Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung bevorzugte Ausführungsbeispiele im einzelnen beschrieben sind. Dabei zeigen:Further details, advantages and features of the invention emerge from the following description, in which preferred embodiments are described in detail with reference to the drawing. In the drawing:
Figur 1 einen Feldlinienverlauf eines MagnetfeldesFigure 1 shows a field line of a magnetic field
zwischen den Zahnflanken eines treibenden Festrad und einem getriebenen Losrad;between the tooth flanks of a driving fixed gear and a driven idler gear;
Figur 2 ein einstufiges Stirnradgetriebe mit zwei GängenFigure 2 a single-stage spur gear with two gears
und einem Elektromagneten in schematischer Wiedergabe; undand an electromagnet in schematic representation; and
Figur 3 eine andere Ausführungsform der Erfindung mitFigure 3 shows another embodiment of the invention with
einem axial polarisierten Permanentmagneten bei einem Stirnradgetriebe.an axially polarized permanent magnet in a spur gear.
Die Figur 1 zeigt ein Zahnradpaar, wobei das Zahnrad 1 ein Festrad und das Zahnrad 2 ein Losrad ist. Die beiden Zahnräder und 2 sind auf den Wellen 3 und 4 angeordnet, wobei die Welle z.B. eine Antriebswelle und die Welle 4 eine Abtriebswelle darstellt. Die Zähne 7 und 8 liegen über ihre Flanken 6 aneinander an. Die Magnetkraft bewirkt jedoch, daß die Zahnflanken 6 voneinander abheben, wodurch Klapper- und Rasselerscheinungen vermieden werden. Aufgrund der herrschenden Magnetkraft wird das zwischen den Flanken 6 in bestimmten Betriebszuständen herrschende Spiel ausgemittelt.Figure 1 shows a pair of gears, with gear 1 being a fixed gear and gear 2 being an idler gear. The two gears and 2 are arranged on shafts 3 and 4, with the shaft representing, for example, a drive shaft and shaft 4 an output shaft. The teeth 7 and 8 are in contact with one another via their flanks 6. However, the magnetic force causes the tooth flanks 6 to lift away from one another, thereby preventing rattling and clattering. Due to the prevailing magnetic force, the play between the flanks 6 in certain operating states is averaged out.
Die Figur 2 zeigt ein einstufiges Stirnradgetriebe 9 mit zwei Gängen. Die beiden Festräder 1 und 11 sitzen auf der Antriebswelle 3, wohingegen die Losräder 2 und 12 auf der Abtriebswelle 4 angeordnet sind. Die zum Schalten der Gänge notwendige Schalteinrichtung ist der besseren Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt. Die Wellen 3 und 4 und die Zahnräder 1,2 und 11,12 sind, wie allgemein üblich, aus ferromagnetischem Material hergestellt. Das Gehäuse 10 ist aus einem nicht magnetischen Material, z.B. aus Aluminiumguß o.dgl. hergestellt. Zwischen den beiden Festrädern 1 und 11 ist die Antriebswelle 3 von einer Magnetspule 13 umgriffen, die an eine Stromversorgungseinrichtung 14 angeschlossen ist. Mit dem Strom durch die Magnetspule 13, die konzentrisch zu der Antriebswelle 3 gewickelt ist, wird ein Magnetfluß erzeugt. Aufgrund dieses Magnetflusses werden zwischen den Flanken der Festräder 1 und 11 bzw. Losräder 2 und 12 abstoßende Kräfte erzeugt, die ein Aneinanderliegen bzw. Auseinanderschlagen der Zahnflanken 6 der Zahnradpaare verhindern.Figure 2 shows a single-stage spur gear 9 with two gears. The two fixed gears 1 and 11 are located on the drive shaft 3, whereas the loose gears 2 and 12 are arranged on the output shaft 4. The switching device required for changing the gears is not shown for the sake of clarity. The shafts 3 and 4 and the gears 1, 2 and 11, 12 are made of ferromagnetic material, as is generally the case. The housing 10 is made of a non-magnetic material, e.g. cast aluminum or the like. Between the two fixed gears 1 and 11, the drive shaft 3 is surrounded by a magnetic coil 13, which is connected to a power supply device 14. A magnetic flux is generated with the current through the magnetic coil 13, which is wound concentrically to the drive shaft 3. Due to this magnetic flux, repulsive forces are generated between the flanks of the fixed gears 1 and 11 or the loose gears 2 and 12, which prevent the tooth flanks 6 of the gear pairs from coming into contact with one another or from coming apart.
In der Figur 3 ist ein Permanentmagnet 15 auf der Antriebswelle 3 zwischen den beiden Festrädern 1 und 11 angeordnet. Der Permanentmagnet 15 ist ringförmig ausgebildet und axial polarisiert. Bei diesem Ausführungsbeispiel bestehen die dargestellten Bauteile, nämlich die Antriebswelle 3, die beiden Festräder 1 und 11, die beiden Losräder 2 und 12 sowie die Abtriebswelle 4 aus ferromagnetischem Material. Es können sich somit über die Festräder 1 und 11, die Losräder 2 und 12 und die Abtriebswelle 4 magnetische Feldlinien ausbilden, die ein Klappern durch Zahneingriffe verhindern.In Figure 3, a permanent magnet 15 is arranged on the drive shaft 3 between the two fixed gears 1 and 11. The permanent magnet 15 is ring-shaped and axially polarized. In this embodiment, the components shown, namely the drive shaft 3, the two fixed gears 1 and 11, the two loose gears 2 and 12 and the output shaft 4, are made of ferromagnetic material. Magnetic field lines can thus form across the fixed gears 1 and 11, the loose gears 2 and 12 and the output shaft 4, which prevent rattling caused by tooth meshing.
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