DE10115355A1

DE10115355A1 - Zahnrad aus Blech

Info

Publication number: DE10115355A1
Application number: DE2001115355
Authority: DE
Inventors: Josef Schwuger; Ernst Rockelein
Original assignee: INA Schaeffler KG
Current assignee: IHO Holding GmbH and Co KG
Priority date: 2001-03-28
Filing date: 2001-03-28
Publication date: 2002-10-02

Abstract

Ein hohles Zahnrad (1) aus Blech ist mit einer Kupplungsverzahnung (5a) versehen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Zahnrad aus Blech mit einer radial nach außen ge richteten Verzahnung und mit zwei auf der Mittelachse des Zahnrades einander gegenüberliegenden sowie einen ringförmig ausgebildeten Hohlraum zumin dest axial zwischen sich einschließenden Seitenwänden, wobei das Zahnrad mit einem konzentrisch zu der Mittelachse des Zahnrades angeordneten Bund für den Sitz des Zahnrades auf einer Welle versehen ist.

Hintergrund der Erfindung

Ein Zahnrad der gattungsbildenden Art ist in US 4,131,032 beschrieben. Das Zahnrad ist in diesem Fall aus zwei Blechteilen gebildet und vorrangig für den Antrieb in Ketten- bzw. Riementrieben vorgesehen. Eines der Blechteile, ein Umformteil, ist schalenförmig ausgebildet. Der Rand des Blechteiles ist mit der radial nach außen weisenden Verzahnung des Zahnrades versehen. Von ei nem Loch im Boden des Umformteiles ist ein sich in axiale Richtung des Zahn rades in das Innere des Zahnrades erstreckender Bund durchgestellt bzw. durchgezogen. Der Innendurchmesser des Bundes ist für einen Sitz auf einer Welle vorgesehen. In diesem Falle weist der Bund für den Sitz auf der Welle eine nach innen gerichtete Verzahnung auf, die für das Verzahnen mit einer entsprechenden Gegenverzahnung an der Welle vorgesehen ist. Der Boden des Umformteiles bildet eine der Seitenwände des Zahnrades. Die andere Seitenwand ist durch eine im Querschnitt Z-förmig geformte Ringscheibe gebil det. Die Scheibe ist auf dem Bund und an dem Rand des Blechteiles befestigt.

Der Vorteil derartig gestalteter Zahnräder liegt in der sparsamen Verwendung von Material sowie in den relativ kurzen Fertigungszeiten und somit geringen Kosten für ihre Herstellung. Außerdem sind sie von sehr geringem Gewicht und aufgrund ihrer spanlosen Herstellung durch Umformen und Stanzen von Blech sowie aufgrund ihrer mehrteiligen Ausführung variantenreich mit den verschie densten Funktionselementen ausführbar.

Ein Zahnrad in der oben beschriebenen Ausführung ist noch in wenigen An wendungen, wie z. B. als Antriebsrad in Riemen- oder Kettentrieben, einsetz bar. In Neukonstruktionen der Fahrzeugtechnik setzt sich die Leichtbauweise durch. Davon sind auch die Bauteile von Schaltgetrieben betroffen. In der Ver gangenheit wurden z. B. die Kupplungsnaben und die auf den Kupplungsnaben sitzenden Schaltmuffen massiver Bauart in Schalteinheiten mit Synchroni siereinrichtungen durch Bauteile aus umgeformten Blech ersetzt. Ein Beispiel einer Synchronisiereinrichtung mit einer Kupplungsnabe aus Blechumformtei len ist in DE-AS 25 37 495 beschrieben. Die an die Synchronisiereinheit an schließenden Bauteile wie die Gangräder, zumeist mittels Wälzlagern auf einer Getriebewelle gelagerte Losräder, blieben bis in die jüngste Vergangenheit unverändert massiv ausgebildet. Das betrifft auch oftmals die mit den Gangrä dern verbundenen Kupplungskörper mit einer Reibfläche und einer Kupplungs verzahnung oder die Kupplungsverzahnungen, die direkt am Gangrad für den Eingriff einer Schaltmuffe ausgebildet sind. Zumeist sind diese Bauteile vor wiegend in spanabhebender Bearbeitung hergestellt. Die Kosten für die Her stellung der Schalteinheiten und das Gewicht der Schalteinheiten insgesamt sind deshalb noch relativ hoch.

Zusammenfassung der Erfindung

Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Gangrad aus Blech für eine Schalteinheit zu schaffen, das ein geringes Gewicht aufweist und das sich ko stengünstig herstellen lässt.

Diese Aufgabe ist nach dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass das Zahnrad an einer der Seitenwände zumindest eine Kupp lungsverzahnung aus Blech aufweist. Mit einer derartigen Lösung ist das Ge wicht der sich an die Synchronisiereinheit anschließenden Gangräder redu ziert. Kosten für die Herstellung derartiger Gangräder sind, insbesondere in der Massenfertigung, relativ gering. Das Gangrad, die Kupplungsverzahnung und ggf. auch eine Reibfläche liegen als gemeinsames Bauteil vor. Die Montage der Schalteinheit ist erleichtert und verkürzt.

In einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgehen, dass die Kupplungsverzah nung in einer Scheibe aus Blech ausgebildet ist. Die Scheibe ist beispielsweise mittels einer Verschweißung an einer Stirnseite der Seitenwand des Zahnrades befestigt. Die verschiedensten Formen von Verzahnungen für unterschiedliche Anwendungen sind an der Scheibe durch Stanz- und Prägeprozesse kosten günstig realisierbar. In die Scheibe sind z. B. auch längs durchgehende Löcher eingebracht, die später am Gangrad für eine Schmierölzufuhr oder für die ver drehfeste Mitnahme von Anbauteilen, wie Synchronisierelementen, dienen. Vorteilhaft ist eine derartige Scheibe zusätzlich mit einer konischen Reibfläche für den reibenden Kontakt mit z. B. einem Synchronring der Synchronkupplung versehen. Damit ist ein Kupplungskörper mit einer Reibfläche und einer Kupp lungsverzahnung an dem Zahnrad geschaffen. Die Reibfläche ist wahlweise für die Verbesserung der Schmierölzufuhr mit Öllöchern versehen und/oder weist an ihrer Oberfläche die üblichen Schmiernuten auf.

Das Gangrad ist im Wesentlichen aus einzelnen Elementen wie z. B. aus ei nem Ring mit der Verzahnung, zwei scheibenförmig ausgebildeten Seitenwänden und einem Bund für den Sitz des Zahnrades auf der Welle bzw. auf einem Wälzlager gebildet. Alternativ dazu ist das Zahnrad, wie eine Ausgestaltung der Erfindung vorsieht, mit einer Seitenwand versehen, die einteilig mit dem Bund ausgebildet ist. Der Bund geht seitlich von der Seitenwand ab und er streckt sich dabei längs der Mittelachse des Zahnrades in Richtung der Sei tenwand. Die andere Seitenwand und die Scheibe mit der Kupplungsverzah nung bzw. die Scheibe mit der Kupplungsverzahnung der konisch ausgebilde ten Reibfläche sitzen auf dem Ende des Bundes. Sie sind dort durch einen Presssitz oder durch Schweißen gesichert. Denkbar ist auch eine Sicherung der Scheibe mit einem Stift auf dem Bund. Außer der Lagerung des Gangrades mittels eines Wälzlagers auf der Welle kann der Bund an seinem Innendurch messer auch für eine gleitende Lagerung des Gangrades auf der Welle aus gelegt sein.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Kupplungsver zahnung einteilig mit einer der Seitenwände ausgebildet ist. Die Seitenwand ist aus Blech gebildet und weist ein abgestuftes Querschnittsprofil auf. Der größte Außendurchmesser ist für den Sitz der Seitenwand in der ringförmig ausgebil deten Verzahnung des Zahnrades vorgesehen. An einem axialen umlaufenden Vorsprung der Seitenwand ist die Kupplungsverzahnung ausgebildet. Es schließt sich radial nach innen gesehen ein Loch für den Sitz der Seitenwand auf dem Bund an. Eine andere Variante sieht vor, im Zentrum der Seitenwand Material so durchzustellen, dass von der Seitenwand ein sich in Längsrichtung des Zahnrades erstreckender ringförmiger Abschnitt für einen sicheren Sitz der Seitenwand auf dem Bund abgeht.

Für die Herstellung der Seitenwände des Zahnrades ist bevorzugt Stahl einge setzt. Der Bund, die Verzahnung und die Wände sind vorzugsweise durch Schweißen miteinander verbunden. Eine Verbindung zwischen der die Kupp lungsverzahnung aufweisenden Seitenwand und dem Bund und/oder der Ver zahnung des Zahnrades ist alternativ über einen verzahnenden Eingriff reali siert. Der Ring, an dem die Verzahnung des Zahnrades ausgebildet ist, weist dazu innen am Umfang des Ringes ein Zahnprofil auf. Das Zahnprofil am Ring steht in einem verzahnenden Eingriff mit der Seitenwand. Dazu weist die Sei tenwand ein entsprechendes Gegenzahnprofil auf. Die Zähne des Zahnprofiles und des Gegenzahnprofils greifen so ineinander, dass in Umfangsrichtung des Zahnrades ein Drehmomente übertragender Formschluss zwischen dem Ring und der über die Kupplungsverzahnung belasteten Seitenwand geschaffen ist.

Die Erfindung ist weiter so ausgestaltet, dass die einteilig mit der Kupplungs verzahnung ausgebildete Seitenwand mit einer konischen Reibfläche für den reibenden Kontakt mit einem Synchronelement einer Synchronkupplung verse hen ist. Die Kupplungsverzahnung ist ebenfalls einteilig mit der Seitenwand ausgebildet. Der Stufe mit der Verzahnung schließt sich dann in radialer Rich tung nach innen eine Stufe mit einem konischen Querschnitt an. Die konische Außenmantelfläche der Seitenwand ist dabei als Reibfläche ausgebildet und wahlweise für verbesserte Schmierverhältnisse gelocht. Auch bei dieser Aus gestaltung der Erfindung ist das Gangrad im Wesentlichen aus einzelnen Ele menten wie z. B. aus einem Ring mit der Verzahnung, zwei scheibenförmig ausgebildeten Seitenwänden und einem Bund für den Sitz des Zahnrades auf der Welle bzw. auf einem Wälz- oder Gleitlager gebildet. Alternativ sieht eine Ausgestaltung der Erfindung vor, dass eine der Seitenwände einteilig mit dem Bund für den Sitz auf der Welle ausgebildet ist. Der Bund geht seitlich von der Seitenwand ab und erstreckt sich längs der Mittelachse des Zahnrades in Richtung der anderen Seitenwand. Die andere Seitenwand, einteilig ausgebil det mit der Kupplungsverzahnung oder mit der Kupplungsverzahnung und der konisch ausgebildeten Reibfläche, sitzt auf dem Ende des Bundes. Sie ist dort durch einen Presssitz oder durch Schweißen gesichert. Denkbar ist auch eine Sicherung der Seitenwand mit einem Stift auf dem Bund.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 ein Ausführungsbeispielung eines Zahnrades gemäß Er findung mit einer Kupplungsverzahnung an einer Scheibe, im Längsschnitt,

Fig. 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Zahnrades, dessen eine Seitenwand einteilig mit der Kupplungsverzahnung ausgebildet ist und das mit einem separat gefertigten Ring für die Verzahnung versehen ist, im Längsschnitt,

Fig. 3 ein Zahnrad dessen Seitenwand einteilig mit der Kupp lungsverzahnung ausgebildet ist und die eine konische Reibfläche aufweist, im Längsschnitt sowie

Fig. 4 ein weiteres Zahnrad mit einer einteilig mit der Kupplungs verzahnung und einer Reibfläche ausgebildeten Seiten wand.

Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 zeigt ein Zahnrad 1 aus Blech mit einer radial nach außen gerichteten Verzahnung 2. Auf der Mittelachse 1a des Zahnrades 1 liegen sich eine Sei tenwand 3 sowie eine Seitenwand 4 gegenüber. Ein Bund 3a ist einteilig mit der Seitenwand 3 ausgebildet und konzentrisch zu der Mittelachse 1a des Zahnrades 1 angeordnet. Der Bund 3a weist an seiner Innenmantelfläche eine Außenlaufbahn 3b für einen Lagersitz auf einer nicht dargestellten Getriebe welle auf. Mit der Seitenwand 4 ist eine Kupplungsverzahnung 5a verbunden, die an einer Scheibe 5 ausgebildet ist. Die Scheibe 5 aus Blech weist außer dem eine konisch ausgebildete Reibfläche 5b für den reibenden Kontakt mit einem nicht dargestellten Synchronelement einer Synchronkupplung auf. Die Seitenwand 4 sitzt mit einem durchgestellten Kragen 4a auf dem Bund 3a und die Scheibe 5 ist mit einem kreisrunden Loch 5c für den Sitz auf dem Bund 3a versehen. Mittels einer Stiftverbindung 6 ist die Seitenwand 4 zu der Verzah nung 2 verdrehgesichert. Die Verzahnung 2 ist einteilig mit der Seitenwand 3 ausgebildet. Über Schmierlöcher 7 und 8 gelangt während des Betriebes des Zahnrades in einem Getriebe Öl in den ringförmig ausgebildeten Hohlraum 1b und wird von dort über Schmierkanäle 9 der Verzahnung 2 zugeleitet.

Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Zahnrades 10 aus Blech mit einer an einem Ring 11 ausgeformten Verzahnung 12. Der Ring 11 ist separat gefer tigt und weist außer der Verzahnung 12 auch noch an seinem Innenumfang ein Zahnprofil 11a auf. Mit dem Zahnprofil 11a sitzt der Ring 11 auf entsprechen den Gegenzahnprofilen 13a bzw. 14a der Seitenwände 13 und 14. Die Seiten wand 13 ist einteilig mit einem Bund 13b ausgebildet. Der Bund 13b ist kon zentrisch zur Mittelachse 10a des Zahnrades 10 angeordnet und für den Sitz des Zahnrades 10 auf einer nicht dargestellten Getriebewelle bzw. Lagerung vorgesehen. Auf dem Bund 13b sitzt die Seitenwand 14 mit einem Kragen 14b. Eine Kupplungsverzahnung 15 ist einteilig mit der Seitewand 14 ausgebildet. Die Seitenwand 14 weist außerdem Löcher 16 für den Eingriff eines nicht dar gestellten Synchronelementes auf. Über den verzahnenden Sitz des Ringes 11 auf der Seitenwand 13 ist die Verzahnung 12 in Umfangsrichtung formschlüs sig verdrehgesichert. Schmierlöcher 17 in der Seitenwand 13 leiten Öl in den Hohlraum 10b des im Getriebe verbauten Zahnrades 10. Aus dem Hohlraum 10b wird das Öl der Verzahnung 12 über Schmierkanäle 18 zugeleitet.

Ein Zahnrad 19 weist eine Seitenwand 20 auf, die wiederum einteilig mit einer Kupplungsverzahnung 22 ausgebildet ist. Die Seitenwand 20 sitzt auf einem Bund 21c, der einteilig mit einer der Seitenwand 20 gegenüberliegenden Sei tenwand 21 ausgebildet sowie konzentrisch zur Mittelachse 19a angeordnet ist. Die Seitenwand 20 ist axial so weit in das Zahnrad 19 eingerückt, dass die Kupplungsverzahnung 22 durch die einteilig mit der Seitenwand 21 ausgebil dete Verzahnung 21b des Zahnrades 19 radial verdeckt ist. In ihrem Quer schnitt gesehen ist die Seitenwand 20 napfförmig ausgebildet. Mit ihrem äuße ren Rand 20a sitzt die Seitenwand 20 in dem zylindrischen Abschnitt der Ver zahnung 21b. Radial von außen nach innen betrachtet folgt dem Rand 20a eine Stufe an der Seitenwand 20, an der die Kupplungsverzahnung 22 ausge bildet ist. Im weiteren Verlauf schließen sich Schmierlöcher 25 an, denen eine weitere Stufe mit einer konischen Reibfläche 23 folgt. Die letzte Stufe ist durch einen am Boden des Napfes durchgestellten Kragen 20b gebildet, mit dem die Seitenwand 20 auf dem Bund 21a sitzt. Über die Schmierlöcher 24, 25 den Hohlraum 19b und die Schmierkanäle 26 wird die Verzahnung 21b des im Ge triebe verbauten Zahnrades 19 mit Öl versorgt.

Schließlich zeigt Fig. 4 ein Zahnrad 27, das im Wesentlichen mit dem Zahn rad 19 vergleichbar ist. Das Zahnrad 27 ist aus Blech geformt und mit einer radial nach außen gerichteten Verzahnung 28 versehen. Die Verzahnung 28 ist einteilig mit einer Seitenwand 29 ausgebildet. Der Seitenwand 29 liegt, den ringförmigen Hohlraum 27b zwischen sich, eine Seitenwand 30 gegenüber. Die Seitenwand 30 sitzt auf einem einteilig mit der Seitenwand 29 und konzentrisch zu der Mittelachse 27a des Zahnrades 27 angeordneten Bund 29a. An der Seitenwand 30 ist eine Kupplungsverzahnung 31 ausgebildet, wobei die Sei tenwand 30 wiederum abgestuft ausgeführt ist und weiterhin eine konische Reibfläche 32 aufweist. Die Reibfläche ist mit Schmierlöchern 33 versehen. Die Verzahnung 28 ist durch die Schmierkanäle 34, aus dem Hohlraum 27b und über die Schmierlöcher 35 und 36 im Getriebe zusätzlich mit Öl versorgt.

Bezugszeichen

1

Zahnrad

1

a Mittelachse

1

b Hohlraum

2

Verzahnung

3

Seitenwand

3

a Bund

3

b Außenlaufbahn

4

Seitenwand

4

a Kragen

5

Scheibe

5

a Kupplungsverzahnung

5

b Reibfläche

5

c Loch

6

Stiftverbindung

7

Schmierloch

8

Schmierloch

9

Schmierkanal

10

Zahnrad

10

a Mittelachse

10

b Hohlraum

11

Ring

11

a Zahnprofil

12

Verzahnung

13

Seitenwand

13

a Gegenzahnprofil

13

b Bund

14

Seitenwand

14

a Gegenzahnprofil

14

b Kragen

15

Kupplungsverzahnung

16

Loch

17

Schmierloch

18

Schmierkanal

19

Zahnrad

19

a Mittelachse

19

b Hohlraum

20

Seitenwand

20

a Rand

20

b Kragen

21

Seitenwand

21

a Bund

21

b Verzahnung

22

Kupplungsverzahnung

23

Reibfläche

24

Schmierloch

25

Schmierloch

26

Schmierkanal

27

Zahnrad

27

a Mittelachse

27

b Hohlraum

28

Verzahnung

29

Seitenwand

29

a Bund

30

Seitenwand

31

Kupplungsverzahnung

32

Reibfläche

33

Schmierloch

34

Schmierkanal

35

Schmierloch

36

Schmierloch

Claims

1. Zahnrad (1, 10, 19, 27) aus Blech mit einer radial nach außen gerichte ten Verzahnung (2, 12, 21b, 28) und mit zwei auf der Mittelachse des Zahnrades (1, 10, 19, 27) einander gegenüberliegenden sowie einen ringförmig ausgebildeten Hohlraum (1b, 10b, 19b, 27b) zumindest axial zwischen sich einschließenden Seitenwänden (3, 4, 13, 14, 20, 21, 29, 30), wobei das Zahnrad (1, 10, 19, 27) mit einem konzentrisch zu der Mittelachse (1a, 10a, 19a, 27a) des Zahnrades (1, 10, 19, 27) angeord neten Bund (3a, 1b, 21a, 29a) für den Sitz des Zahnrades (1, 10, 19, 27) auf einer Welle versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Zahn rad (1, 10, 19, 27) an einer der Seitenwände (4, 14, 21, 30) eine Kupp lungsverzahnung (5a, 15, 22, 31) aufweist.

2. Gangrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupp lungsverzahnung (5a) an einer sich einer der Seitenwände (4) stirnseitig anschließenden Scheibe (5) aus Blech ausgebildet ist.

3. Gangrad nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheibe (5) mit einer konischen Reibfläche (5b) für den reibenden Kontakt mit einem Synchronelement einer Synchronkupplung versehen ist.

4. Gangrad nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Seitenwände (3) einteilig mit dem Bund (3a) ausgebildet ist, wobei der Bund (3a) sich längs der Mittelachse (1a) des Zahnrades (1) in Richtung der anderen Seitenwand (4) erstreckt und dass die andere Seitenwand (4) und die Scheibe (5) auf dem Bund (3a) sitzen.

5. Gangrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupp lungsverzahnung (15, 22, 31) einteilig mit einer der Seitenwände (14, 20, 30) ausgebildet ist.

6. Gangrad nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Seiten wand (20, 30) mit einer konischen Reibfläche (23, 32) für den reibenden Kontakt mit einem Synchronelement einer Synchronkupplung versehen ist.

7. Gangrad nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Seitenwände (21, 29) einteilig mit dem Bund (21a, 29a) ausgebildet ist, wobei der Bund (21a, 29a) sich längs der Mittelachse (19a, 27a) des Zahnrades (19, 27) in Richtung der anderen Seitenwand (20, 30) er streckt und das die andere Seitenwand (20, 30) die Kupplungsverzah nung (22, 31) aufweist.