DE102004021014A1

DE102004021014A1 - Befestigungsanordnung an einem Umschlingungsgetriebe und Verfahren zur Herstellung derselben

Info

Publication number: DE102004021014A1
Application number: DE102004021014A
Authority: DE
Inventors: Matthias Dipl.-Ing. List
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2004-04-29
Filing date: 2004-04-29
Publication date: 2005-11-24
Also published as: US20050245336A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Befestigungsanordnung an einem Umschlingungsgetriebe sowie ein Verfahren zur Herstellung derselben zwischen einer Welle (1) und zumindest einer Kolben-Zylinder-Einheit (5) eines mit der Welle (1) verbundenen Kegelscheibenpaares (2), wobei die Kolben-Zylinder-Einheit (5) ein axial auf der Welle (1) verschiebbares, jedoch mit derselben drehfest verbundenes erstes Bauteil (6) aufweist, welches durch eine Kegelscheibe des Kegelscheibenpaares oder durch ein mit einer axial auf der Welle (1) verschiebbaren Kegelscheibe wirkverbundenes Teil gebildet ist, sowie ein axial und drehfest mit der Welle (1) verbundenes zweites Bauteil (7) aufweist, wobei die beiden Bauteile (6, 7) ihrerseits zumindest einen mit einem Druckmittel beaufschlagbaren Druckraum (8) der Kolben-Zylinder-Einheit (5) ausbilden. DOLLAR A Die Aufgabe, eine vereinfachte und demgemäß kostengünstigere Befestigungsanordnung sowie ein geeignetes Verfahren zur Herstellung derselben anzugeben, wird im wesentlichen durch eine kraft- und formschlüssige Verbindung zwischen dem zweiten Bauteil (7) und der Welle (1) gelöst.

Description

Die Erfindung betrifft eine Befestigungsanordnung an einem Umschlingungsgetriebe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Befestigungsanordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 7.
Seit geraumer Zeit werden stufenlose Automatgetriebe hergestellt, die eine treibende und eine angetriebene Welle aufweisen, welche achsparallel zueinander angeordnet sind und jeweils ein Kegelscheibenpaar tragen. Zwischen den beiden Kegelscheiben eines jeden Kegelscheibenpaares ist ein Umschlingungsmittel geführt, mit dem ein Drehmoment von der Eingangswelle zu der Ausgangswelle des Getriebes übertragbar ist.
Jedes dieser Kegelscheibenpaare umfasst eine feststehende und eine axial auf der Welle verschiebbare Kegelscheibe, wobei letztere mit zumindest einem Druckraum einer Kolben-Zylinder-Einheit in Verbindung steht. Eine Axialverschiebung der verschiebbaren Kegelscheibe erfolgt über eine Druckbeaufschlagung mit einem Druckmittel in Abhängigkeit von bestimmten Betriebsparametern, wie beispielsweise dem zu übertragenden Drehmoment und der gewünschten Getriebeübersetzung.
Demnach kann durch eine Veränderung des Drucks in dem Druckraum der Abstand zwischen den beiden koaxial zueinander angeordneten Kegelscheiben eines Kegelscheibenpaares verändert werden, welches wiederum zu einer Veränderung der Übersetzung führt. Zudem ist durch die genannte Druckbeaufschlagung der axial verschiebbaren Kegelscheibe auch deren An pressdruck auf das Umschlingungsmittel veränderbar, welches entscheidend für die Höhe des übertragbaren Drehmoments ist.
Bei bekannten technischen Lösungen wird das axial feststehende Bauteil des Druckraums durch eine kraftschlüssige Welle-Nabe-Verbindung mittels einer Wellenmutter mit der Welle verspannt bzw. gegen ein Verdrehen gesichert und abgedichtet. Dazu wird systembedingt eine hohe Axialkraft benötigt, um dieses Bauteil der Kolben-Zylinder-Einheit gegen ein Abheben und ein Verdrehen zu sichern, sowie um zusätzliche Leckage-Dichtungen zu vermeiden.
Aufgrund der ungünstigen Kerbform des Gewindes auf der Welle zur Aufnahme der Wellenmutter sowie der hohen Axialkraft auf dieselbe ist die Lebensdauer einer solchen Welle reduziert, insbesondere dann, wenn noch weitere Belastungen der Welle durch Biegung und Torsion zu verzeichnen sind.
Des Weiteren sind aufgrund von Bauraumvorgaben bei Umschlingungsgetrieben oft nur kurze Klemmlängen für den Schraubverbund realisierbar, woraus wiederum geringe Längenänderungen resultieren. In Kombination mit Setzvorgängen zwischen den Bauteilen der Kolben-Zylinder-Einheit können dabei in nachteiliger Weise große Axialkraftverluste entstehen. Ferner vergrößert sich bei einer dynamischen Beanspruchung des genannten Schraubverbundes die Spannungsamplitude, welches ebenfalls zu einer Verringerung der Lebensdauer der Welle beziehungsweise des Gesamtverbundes führen kann.
Eine definierte Axialkraft und eine hohe Lebensdauer kann nur unter Verwendung von qualitativ sehr hochwertigen Bauteilen sowie mit einem sehr präzisen Anzugsverfahren für die Schraubmutter erreicht werden. Zudem sind Reibwerte im Gewinde sowie zwischen den Bauteilen mit einer sehr geringen Streubreite erforderlich, welches im Ergebnis zu erhöhten Herstellkosten führt.

Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine vereinfachte und demgemäss kostengünstigere Befestigungsanordnung an einem Umschlingungsgetriebe zwischen einer Welle und zumindest einer Kolben-Zylinder-Einheit eines mit der Welle verbundenen Kegelscheibenpaares zu schaffen, insbesondere zwischen der Welle und einem axial sowie drehfest mit der Welle verbundenen Bauteil der Kolben-Zylinder-Einheit, über welche sich die Kolben-Zylinder-Einheit samt der axial verschiebbare Kegelscheibe an der Welle abstützt. Weiterhin soll ein geeignetes Verfahren zur Herstellung einer derartigen Befestigungsanordnung vorgestellt werden.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche 1 und 7, während vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung den jeweils nachgeordneten Unteransprüchen entnehmbar sind.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass herkömmliche kraftschlüssige Befestigungsmaßnahmen zur Befestigung des axial und drehfesten Bauteils der Kolben-Zylinder-Einheit an der Welle, nämlich Befestigungen mittels beispielsweise einer Wellenmutter, immer mit erhöhten mechanischen Belastungen auf die Welle einhergehen und insbesondere Kerbbeanspruchungen hervorrufen, die zu einer verringerten Lebensdauer der Welle führen können bzw. einen erhöhten Aufwand an Material und Verarbeitung erfordern.

Demnach geht die Erfindung aus von einer Befestigungsanordnung an einem Umschlingungsgetriebe zwischen einer Welle und zumindest einer Kolben-Zylinder-Einheit eines mit der Welle verbundenen Kegelscheibenpaares, bei dem die Kolben-Zylinder-Einheit ein axial auf der Welle verschiebbares, jedoch mit derselben drehfest verbundenes erstes Bauteil aufweist, welches durch eine Kegelscheibe des Kegelscheibenpaares oder durch ein mit einer axial auf der Welle verschiebbaren Kegelscheibe wirkverbundenes Teil gebildet ist. Zudem weist diese Befestigungsanordnung ein axial und drehfest mit der Welle verbundenes zweites Bauteil auf, wobei diese beiden Bauteile zumindest einen mit einem Druckmittel beaufschlagbaren Druckraum der Kolben-Zylinder-Einheit ausbilden. Zur Lösung der gestellten Aufgabe ist bei dieser Befestigungsanordnung zudem vorgesehen, dass das zweite Bauteil sowohl kraft- als auch formschlüssig mit der Welle verbunden ist.

Durch die erfindungsgemäße Kombination von Kraftschluss und Formschluss ist eine Erhöhung der Lebensdauer der Welle zu verzeichnen, da solche Axialkräfte vermieden werden, die ausschließlich durch einen Kraftschluss wie beispielsweise bei einem Schraubverbund mit ungünstigen Kerbformen bewirkt werden und eine Zusatzbelastung für die Welle darstellen würden.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Befestigungsanordnung ist der Kraftschluss durch einen Presssitz des zweiten Bauteils auf der Welle verwirklicht, sowie der Formschluss durch einen Umformvorgang des Verbindungsbereiches des durch Kraftschluss erzeugten Verbundes aus dem zweiten Bauteil und der Welle bewirkt, welches in vorteilhafter Weise einer Verringerung der Belastung der Welle durch Vermeidung von ungünstigen Kerbformen besonders Rechnung trägt.

Als besonders zweckmäßig hat sich bezüglich des erfindungsgemäßen Umformvorgangs das Rundkneten erwiesen, denn eine auf Rundknetvorrichtungen hergestellte Verbindung zweier Werkstücke, hier die Verbindung des zweiten Bauteils mit der Welle, ist sicher und unlösbar, da diese nicht nur auf Formschlüssigkeit, sondern auch auf einen zusätzlichen Kaltschweißeffekt beruht. Ferner ist als vorteilhaft herauszustellen, dass beim Rundkneten im Gegensatz zur spanenden Bearbeitung ein ungestörter Faserverlauf im Material erhalten bleibt, woraus eine Steigerung der Dauerfestigkeit gerade bei Biegungs- und Schwingungsbeanspruchung resultiert.

Wie die Erfindung weiter vorsieht, ist gemäß einer ersten Ausführungsform das erste Bauteil als axial auf der Welle verschiebbarer, jedoch drehfester Druckzylinder, und das zweite Bauteil als axial und drehfest mit der Welle verbundener Kolben ausgebildet. Gemäß einer zweiten Ausführungsform sind dagegen das erste Bauteil als axial auf der Welle verschiebbarer, jedoch drehfester Kolben, und das zweite Bauteil als axial und drehfest mit der Welle verbundener Druckzylinder ausgebildet.

Das durch die Erfindung geschaffene Verfahren zur Herstellung einer derartigen Befestigungsanordnung zeichnet sich dadurch aus, dass das zweite Bauteil zunächst kraftschlüssig mit der Welle verbunden wird, und dass im Anschluss daran der durch den Kraftschluss geschaffene Verbund aus dem zweiten Bauteil und der Welle zur Erzeugung eines zusätzlichen Formschlusses im Verbindungsbereich einer Umformung unterzogen wird.

Der Kraftschluss wird dabei bevorzugt durch einen Presssitz des zweiten Bauteils auf der Welle erzeugt.

Was den Formschluss des durch Kraftschluss geschaffenen Verbundes aus dem zweiten Bauteil und der Welle anbelangt, so wird dieser im genannten Verbindungsbereich durch Rundkneten erzeugt.

Zur Verdeutlichung der Erfindung ist der Beschreibung eine Zeichnung beigefügt. In dieser zeigt die einzige Figur einen Axialschnitt durch eine Welle 1 eines erfindungsgemäß ausgebildeten Umschlingungsgetriebes, wobei die Welle 1 sowohl eine Getriebeeingangs- als auch eine Getriebeausgangswelle sein kann.
Mit der Welle 1 ist ein Kegelscheibenpaar 2 zur Aufnahme eines Umschlingungsmittels 3 in Form einer Kette, eines Riemens oder eines Schubgliederbandes verbunden, wobei die gemäß der Zeichnung rechts angeordnete erste Kegelscheibe 4 als Festscheibe ausgebildet und einstückig mit der Welle 1 verbunden ist.
Koaxial zur Festscheibe 4 ist eine Kolben-Zylinder-Einheit 5 angeordnet, die ein axial auf der Welle 1 verschiebbares, jedoch mit derselben drehfest verbundenes erstes Bauteil 6, sowie ein axial und drehfest mit der Welle 1 verbundenes zweites Bauteil 7 aufweist. Das erste Bauteil 6 ist vorliegend durch eine als axial verschiebbarer Druckzylinder ausgebildete zweite Kegelscheibe des Kegelscheibenpaares 2 gebildet, wozu diese auf ihrer umschlingungsmittelfernen Seite einen hohlzylindrischen Ansatz aufweist. Innerhalb dieses Druckzylinders (Bauteil 6) ist das zweite Bauteil 7 in Form eines axial und drehfest mit der Welle 1 verbundenen Kolbens angeordnet.
Beide Bauteile 6, 7 bilden auf der vom Umschlingungsmittel 3 abgewandten Seite der axial verschiebbaren Kegelscheibe 6 einen radial umlaufenden und mit einem Druckmittel beaufschlagbaren Druckraum 8 aus, wobei die sich an der zylindrischen Innenkontur des hohlzylindrischen Ansatzes des Bauteils 6 anschmiegende Fläche des Kolbens (Bauteil 7) eine Umfangsdichtung 9 trägt.
Der Druckraum 8 ist zudem über eine Radialbohrung 10 sowie eine Axialbohrung 11 innerhalb der Welle 1 mit einer nicht näher gezeigten Druckmittelquelle, vorzugsweise mit einer Hydraulikölquelle verbunden, über die Druckmittel bedarfsgerecht in den Druckraum 8 leitbar ist.
Zur Lösung der gestellten Aufgabe, ist nun vorgesehen, dass das zweite Bauteil 7, hier also der drehfeste und unverschiebbare Kolben, sowohl kraftals auch formschlüssig mit der Welle 1 verbunden.
Vorliegend weist dieses zweite Bauteil 7 bzw. der Kolben einen zylindrischen Befestigungssteg 12 auf, der zur Sicherung eines hohen Kraftschlusses durch einen Presssitz 13 mit der Welle 1 in Verbindung steht. Diese Maßnahme gewährleistet eine erhebliche Sicherheit gegen ein Verdrehen des zweiten Bauteils 7 auf der Welle 1. Ferner ist eine hohe Druckdichtheit im Hinblick auf den Druckraum 8 zu verzeichnen.
Sobald das zweite Bauteil 7 kraftschlüssig mit der Welle 1 verbunden ist, erfährt der hergestellte Verbund im Verbindungsbereich des Befestigungssteges 12 einen Formschluss derart, dass mittels einer an sich bekannten sowie demgemäss nicht näher dargestellten und erläuterten Rundknetvorrichtung der Verbund umgeformt wird.
Wie in der einzigen Figur näher dargestellt ist, dringt dabei Material aus dem zweiten Bauteil 7 radial in eine vorbereitete umlaufende Nut 14 der Welle 1 ein, woraus nicht nur der Formschluss an sich, sondern auch aufgrund der einwirkenden hohen Kräfte besonders vorteilhaft eine Kaltschweißverbindung resultiert.
Denkbar ist es jedoch auch, dass auf eine umlaufende Nut 14 verzichtet wird und der Formschluss nach einem Einstichrundknetverfahren erzeugt wird, indem Material des zweiten Bauteils 7 (Kolben) weitestgehend radial in das Material der Welle 1 eindringt (nicht näher dargestellt).
Durch den genannten Formschluss wird im wesentlichen die Funktion zur Aufnahme der Axialkraft wirkungsvoll erfüllt. Der Formschluss ist hierbei so gewählt, dass die Welle 1 und das zweite Bauteil 7 bzw. der Kolben mit hoher Festigkeit miteinander gefügt werden können.
Weitere Vorteile der Erfindung resultieren insbesondere auch aus Kosteneinsparungen infolge der einfachen Herstellung und Fertigung der zu fügenden Teile sowie der schnellen und preiswerten Montage. Außerdem resultiert eine Gewichtseinsparung aufgrund einer geringeren Bauteileanzahl, da auf eine Wellenmutter oder ein sonstiges mechanisches Befestigungsmittel verzichtet werden kann.
Vorstehendes Ausführungsbeispiel stellt auf ein erstes axial auf der Welle 1 verschiebbares, jedoch drehfestes Bauteil 6 ab, welches als eine Kegelscheibe mit einem Druckzylinder ausbildet ist, sowie auf ein zweites Bauteil 7 in Form eines axial und drehfest mit der Welle 1 verbundenen Kolbens.
Selbstverständlich sind durch die Erfindung auch Ausführungen mit erfasst, bei denen das Bauteil 6 als Kolben und das Bauteil 7 als Druckzylinder ausgebildet sind. Ebenso ist es denkbar, dass das Bauteil 6 nicht direkt die zweite Kegelscheibe ausbildet, sondern als Druckzylinder oder Kolben mit derselben wirkverbunden ist (nicht näher dargestellt).

1: Welle
2: Kegelscheibenpaar
3: Umschlingungsmittel
4: erste Kegelscheibe
5: Kolben-Zylinder-Einheit
6: erstes Bauteil (zweite Kegelscheibe/Druckzylinder)
7: zweites Bauteil (Kolben)
8: Druckraum
9: Umfangsdichtung
10: Radialbohrung
11: Axialbohrung
12: Befestigungssteg
13: Presssitz
14: Nut

Claims

Befestigungsanordnung an einem Umschlingungsgetriebe zwischen einer Welle (1) und zumindest einer Kolben-Zylinder-Einheit (5) eines mit der Welle (1) verbundenen Kegelscheibenpaares (2), wobei die Kolben-Zylinder-Einheit (5) ein axial auf der Welle (1) verschiebbares, jedoch mit derselben drehfest verbundenes erstes Bauteil (6) aufweist, welches durch eine Kegelscheibe des Kegelscheibenpaares oder durch ein mit einer axial auf der Welle (1) verschiebbaren Kegelscheibe wirkverbundenes Teil gebildet ist, sowie ein axial und drehfest mit der Welle (1) verbundenes zweites Bauteil (7) aufweist, wobei die beiden Bauteile (6, 7) zumindest einen mit einem Druckmittel beaufschlagbaren Druckraum (8) der Kolben-Zylinder-Einheit (5) ausbilden, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Bauteil (7) sowohl kraft- als auch formschlüssig mit der Welle (1) verbunden ist.
Befestigungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftschluss durch einen Presssitz (13) des zweiten Bauteils (7) auf der Welle (1) realisiert ist.
Befestigungsanordnung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Formschluss durch einen Umformvorgang des Verbindungsbereiches des durch Kraftschluss erzeugten Verbundes aus dem zweiten Bauteil (7) und der Welle (1) verwirklicht ist.
Befestigungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Formschluss durch Rundkneten realisiert ist.
Befestigungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Bauteil (6) als axial auf der Welle (1) verschiebbarer, jedoch drehfester Druckzylinder, und das zweite Bauteil (7) als axial und drehfest mit der Welle (1) verbundener Kolben ausgebildet sind.
Befestigungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Bauteil (6) als axial auf der Welle (1) verschiebbarer, jedoch drehfester Kolben, und das zweite Bauteil (7) als axial und drehfest mit der Welle () verbundener Druckzylinder ausgebildet sind.
Verfahren zur Herstellung einer Befestigungsanordnung an einem Umschlingungsgetriebe zwischen einer Welle (1) und zumindest einer Kolben-Zylinder-Einheit (5) eines mit der Welle (1) verbundenen Kegelscheibenpaares (2), wobei die Kolben-Zylinder-Einheit (5) ein axial auf der Welle (1) verschiebbares, jedoch mit derselben drehfest verbundenes erstes Bauteil (6) aufweist, welches durch eine Kegelscheibe des Kegelscheibenpaares (2) oder durch ein mit einer axial auf der Welle (1) verschiebbaren Kegelscheibe wirkverbundenes Teil gebildet ist, sowie ein axial und drehfest mit der Welle (1) verbundenes zweites Bauteil (7) aufweist, wobei die beiden Bauteile (6, 7) zumindest einen mit einem Druckmittel beaufschlagbaren Druckraum (8) der Kolben-Zylinder-Einheit (5) ausbilden, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Bauteil (7) zunächst kraftschlüssig mit der Welle (1) verbunden wird, und dass im Anschluss daran der durch den Kraftschluss geschaffene Verbund aus dem zweiten Bauteil (7) und der Welle (1) zur Erzeugung eines zusätzlichen Formschlusses im Verbindungsbereich eine Umformung erfährt.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftschluss durch einen Presssitz (13) des zweiten Bauteils (7) auf der Welle (1) erzeugt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Formschluss des durch Kraftschluss geschaffenen Verbundes aus dem zweiten Bauteil (7) und der Welle (1) im genannten Verbindungsbereich durch Rundkneten erzeugt wird.