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TECHNISCHES GEBIET
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Innenzahnrad- und Kappenanordnung
und ein Verfahren zum Herstellen der Anordnung.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Innenzahnräder für ein Planetengetriebe können es
erfordern, jedes der Innenzahnräder
mit einer Kappe oder einem ähnlichen
Teil, das ein Ende des Innenzahnrades verschließt, zu verbinden. Die Kappe
ermöglicht
es, dass axialen Druckkräften
auf das Zahnrad entgegengewirkt werden kann, und definiert ein Durchgangsloch,
und andere rotierende Bauteile in dem Getriebe verlaufen durch das
Durchgangsloch. Das Innenzahnrad umfasst einen Körper, der eine Drehachse umgibt,
und der Körper
erstreckt sich zwischen entgegengesetzten Enden. Kerbzähne und/oder
Verzahnungen sind in Umfangsrichtung an dem Körper beabstandet und erstrecken
sich um die Achse herum. Eines der Enden definiert eine Nut, die sich
zu einem Grund erstreckt, und die Nut umgibt die Achse. Eine Lippe
erstreckt sich von dem Grund der Nut nach oben und umgibt die Nut
in einer beabstandeten Beziehung zu der Achse. Die Lippe definiert
einen Kanal, der sich senkrecht zu der Achse erstreckt und die Nut
umgibt. Die Kappe umfasst einen Flansch, der sich um den Umfang
herum erstreckt. Die Kappe ist typischerweise an dem Zahnrad angebracht,
indem der Flansch in die Nut des Zahnrades eingesetzt ist. Ein Sprengring
ist in den Kanal eingesetzt, um den Flansch zwischen dem Sprengring und dem
Grund der Nut einzufangen und die Kappe an dem Zahnrad in der axialen
Richtung festzuhalten. Zusätzlich
definieren der Flansch und die Lippe jeweils Zähne, die komplementär zueinander
sind. Deshalb kämmen
die Zähne
des Flansches und die Zähne
der Lippe, wenn die Kappe in die Nut eingesetzt ist, um eine axiale
Drehung der Kappe relativ zu dem Zahnrad zu verhindern.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Eine
Innenzahnrad- und Kappenanordnung umfasst ein Innenzahnrad mit einer
Basis, die sich um eine Achse herum zwischen einem ersten Ende und
einem zweiten Ende erstreckt. Zumindest ein Zahn erstreckt sich
radial von der Basis. Das erste Ende definiert eine Nut, die sich
bis zu einem Grund erstreckt, und die Nut erstreckt sich um die
Achse herum. Eine Kappe weist einen zentralen Abschnitt und einen
Flansch auf, der sich um den Umfang des zentralen Abschnitts herum
erstreckt. Der Flansch ist in der Nut angeordnet. Eine Lippe erstreckt
sich von dem ersten Ende und um die Achse herum. Die Lippe ist in
Richtung der Nut derart verformt, dass der Flansch zwischen der
Lippe und dem Grund der Nut eingefangen ist, um die Kappe an dem
Zahnrad festzuhalten.
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Ein
Verfahren zum Herstellen einer Innenzahnrad- und Kappenanordnung
umfasst, dass ein Innenzahnrad bereitgestellt wird, das eine Basis
aufweist, die sich um eine Achse herum zwischen einem ersten Ende
und einem zweiten Ende erstreckt. Das Verfahren umfasst auch, dass
eine Nut gebildet wird, die sich bis zu einem Grund um die Achse
des Zahnrades herum erstreckt, und dass eine Lippe gebildet wird,
die sich von dem ersten Ende um die Achse des Zahnrades herum erstreckt.
Das Verfahren umfasst ferner, dass eine Kappe bereitgestellt wird,
die einen zentralen Abschnitt und einen Flansch aufweist, der sich
um den Umfang des zent ralen Abschnitts herum erstreckt. Der Flansch
der Kappe wird in die Nut des Zahnrades eingesetzt, und die Lippe
wird in Richtung der Nut verformt, um den Flansch der Kappe zwischen
der Lippe und dem Grund der Nut einzufangen und somit die Kappe
an dem Zahnrad festzuhalten.
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Das
Verformen der Lippe über
den Flansch, um die Kappe an dem Zahnrad festzuhalten, beseitigt die
Notwendigkeit für
einen Sprengring. Die Beseitigung des Sprengrings führt zu verringerten
Kosten, um das Zahnrad herzustellen, indem die zusätzlichen Schritte
beseitigt werden, die das Bilden des Kanals, der den Sprengring
aufnimmt, umfasst. Zusätzlich lässt die
Beseitigung des Bereichs an der Lippe zur Aufnahme des Sprengrings
zu, dass der Körper
des Zahnrades kürzer
sein kann, was zu einem verbesserten Bauraum des Zahnrades führt. Das
Verformen der Lippe verhindert auch eine axiale Bewegung des Zahnrades
relativ zu dem Flansch, wodurch eine übliche Ausfallart beseitigt
wird, die durch Verschleiß hervorgerufen
wird, der zwischen dem Flansch und dem Zahnrad bei mit einem Sprengring
ausgestatteten Konstruktionen vorhanden ist.
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Die
obigen Merkmale und Vorteile und weitere Merkmale und Vorteile der
vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden ausführlichen
Beschreibung der besten Ausführungsarten
der Erfindung, wenn diese in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen
genommen wird, leicht deutlich werden.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Nun
unter Bezugnahme auf die Figuren, die beispielhafte Ausführungsformen
sind und in denen gleiche Elemente gleich nummeriert sind, ist:
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1 eine
Querschnittsansicht von der Seite eines Innenzahnrades, das eine
Nut definiert, die von einer Lippe umgeben ist;
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2 eine
Querschnittsansicht von der Seite des Zahnrades von 1,
wobei ein Flansch einer Kappe in die Nut eingesetzt ist;
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3 eine
Querschnittsansicht von der Seite des Zahnrades und der Kappe von 2,
wobei die Lippe über
den Flansch verformt ist, um die Kappe an dem Zahnrad festzuhalten;
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4 eine
Perspektivansicht von oben eine Ausführungsform der Kappe, die einen
Umfang des Flansches aufweist;
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5 eine
Perspektivansicht von oben einer anderen Ausführungsform der Kappe, die Schlitze um
den Umfang des Flansches herum definiert;
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6 eine
Perspektivansicht von oben einer nochmals anderen Ausführungsform
der Kappe, die Schlitze um den Umfang des Flansches herum definiert;
und
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7 eine
Querschnittsansicht von der Seite einer alternativen Ausführungsform
des Zahnrades von 1, wobei Schlitze des Flansches
mit Zähnen
mit partieller Höhe
innerhalb der Nut in Eingriff stehen, und die Lippe über den
Flansch verformt ist, um die Kappe an dem Zahnrad festzuhalten.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Unter
Bezugnahme auf die Zeichnungen, in denen sich gleiche Bezugszeichen
auf gleiche Bauteile beziehen, zeigt 3 bei 10 eine
Innenzahnrad- und
Kappenanordnung. Die Anordnung 10 umfasst ein Zahnrad 12 und
eine Kappe 13. Die Anordnung 10 ist zur Verwendung
im Inneren eines Getriebes und dergleichen vorgesehen.
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Unter
Bezugnahme auf die 1–3 umfasst
das Zahnrad 12 eine Basis 14, die sich um eine Drehachse 16 herum
zwischen einem ersten Ende 18 und einem zweiten Ende 20 erstreckt.
Das Zahnrad 12 kann aus Stahl oder irgendeinem anderen Fachleuten
bekannten Material gebildet sein. Die Basis 14 definiert
einen hohlen Innenraum 22, der sich zwischen den Enden 18, 20 erstreckt.
Deshalb ist die Basis 14 im Allgemeinen rohrförmig. Das
erste Ende 18 steht in einer beabstandeten und im Allgemeinen parallelen
Beziehung zu dem zweiten Ende 20. Das erste Ende 18 definiert
eine Nut 24, die sich bis zu einem Grund 26 erstreckt,
und die Nut 24 umgibt die Achse 16. Mit genauerer
Bezugnahme auf die 1 und 2 ist anfangs
eine Lippe 28 gebildet, sodass sie sich von dem ersten
Ende 18 derart erstreckt, dass die Lippe 28 die
Achse 16 in einer beabstandeten und im Allgemeinen parallelen
Beziehung umgibt. Dies bedeutet, dass die Lippe 28 sich
anfangs von dem Grund 26 der Nut 24 bis über das
erste Ende 18 hinaus erstreckt. Die Lippe 28 befindet
sich benachbart zu der Nut 24, sodass die Lippe 28 die
Nut 24 umgibt. In einer Ausführungsform umgibt die Lippe 28 die
Nut 24 als eine einzelne und durchgehende Lippe 28.
Es ist festzustellen, dass die Erfindung nicht darauf beschränkt ist,
dass die Lippe 28 durchgehend ist, da die Lippe 28 andere
Ausgestaltungen, d. h. eine Lippe 28, die nicht durchgehend
ist, usw., welche die Nut 24 umgeben, aufweisen kann, wie
es Fachleuten bekannt ist. Zusätzlich ist
die Nut 24 von einer Zone 29 umgeben, die sich
zwischen dem ersten Ende 18 und dem Grund 26 erstreckt,
um die Kappe 13 relativ zu der Achse 16 zu zentrieren,
und die Lippe 28 erstreckt sich von der Zone 29.
In einer anderen Ausführungsform
definiert die Zone 29 eine Freiraum-Hohlkehle 31, der sich im Allgemeinen
benachbart zu dem Grund 26 befindet. Es ist jedoch festzustellen,
dass die Nut 24 und die Lippe 28 nicht darauf
beschränkt
sind, in dem ersten Ende 18 definiert zu sein, da eine
zweite Nut und Lippe in dem zweiten Ende 20 definiert sein
können.
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Das
Zahnrad 12 umfasst zumindest einen Zahn 30, 32,
der sich von der Basis 14 radial erstreckt, wie es in den 1–3 allgemein
gezeigt ist. Dies bedeutet, dass die Zähne 30, 32 Zähne 30 sein
können,
die sich radial nach innen erstrecken, und/oder dass die Zähne 30, 32 Zähne 32 sein
können,
die sich radial nach außen
erstrecken. Eine Mehrzahl der Zähne 30, 32 ist
radial beabstandet, sodass sie sich von der Basis 14 erstrecken.
Deshalb können
die Zähne 30, 32 Innenzähne 30 sein,
die sich radial nach innen in den hohlen Innenraum 22 und
in Richtung der Achse 16 erstrecken, und/oder die Zähne 30, 32 können Außenzähne 32 sein,
die sich radial nach außen
von der Achse 16 weg erstrecken.
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In
einer Ausführungsform
sind die Zähne 30, 32 an
dem Zahnrad 12 unter Verwendung eines Induktionshärtungsverfahrens
oder irgendeines anderen Fachleuten bekannten Härtungsverfahrens gehärtet. Es
ist festzustellen, dass das Härten
nicht auf die Zähne 30, 32 begrenzt
ist, da andere Bereiche des Zahnrades 12 ebenfalls gehärtet sein
können, wie
es Fachleuten bekannt ist. Es ist auch festzustellen, dass es nicht
erforderlich ist, dass alle Zähne 30, 32 an
dem Zahnrad 12 gehärtet
sind. Beispielsweise sind in einer Ausführungsform nur die Zähne 30,
die sich radial nach innen erstrecken, gehärtet, während die Zähne 32, die sich radial
nach außen
erstrecken, nicht gehärtet
sind. Als ein anderes Beispiel sind in einer anderen Ausführungsform
nur die Zähne 32, die
sich radial nach außen
erstrecken, gehärtet,
während
die Zähne 30,
die sich radial nach innen erstrecken, nicht gehärtet sind. Es ist jedoch festzustellen, dass
das Härten
der Zähne 30, 32 nicht
beschränkt ist,
und andere Abwandlungen vorgesehen sein können, wie es Fachleuten bekannt
ist. Vor dem Härten der
Zähne 30, 32 hat
das gesamte Zahnrad 12 die gleiche Härte. Nach dem Härten der
Zähne 30, 32 definiert
das Zahnrad 12 einen ersten Härtebereich 34 mit
einer ersten Härte
und einen zweiten Härtebereich 36 mit
einer zweiten Härte,
wie es in den 1–3 allgemein
gezeigt ist. In einer Ausführungsform
umfasst der erste Härtebereich 34 alle
Gebiete des Zahnrades, die während
des Härteprozesses
nicht gehärtet
wurden. In dieser Ausführungsform
bedeutet dies, dass der erste Härtebereich 34 die
Lippe 28 und die Basis 14 umfasst. Der zweite Härtebereich 36 kann
einen oder mehrere der Zähne 30, 32 umfassen.
Die erste Härte
des ersten Härtebereiches 34 ist
geringer als die zweite Härte
des zweiten Härtebereiches 36.
In einer Ausführungsform
ist die erste Härte
eine Rockwell-C-Härte
(HRC) von weniger als 30. Es ist festzustellen, dass die erste Härte nicht
darauf beschränkt
ist, eine HRC von weniger als 30 zu sein, da die erste Härte bis
zu einer HRC von 40–45
betragen kann. Es ist bevorzugt, dass die erste Härte eine
HRC von 15–25
aufweist. Stärker
bevorzugt weist die erste Härte
eine HRC von 20–25 auf.
Wie es nachstehend ausführlicher
erläutert
wird, ist es wichtig, um eine angemessene Verformung der Lippe 28 zuzulassen,
dass sich der zweite Härtebereich 36 nicht
in die Lippe 28 hinein erstreckt. Nach dem Härten des
Zahnrades 12 weist die zweite Härte eine HRC von 30 oder mehr
auf, die für
die Zähne 30, 32 geeignet
ist, während
zugelassen wird, dass der restliche Abschnitt des Zahnrades 12,
d. h. der erste Härtebereich 34,
auf der anfänglichen
ersten Härte bleibt.
Jedoch nähert
sich die zweite Härte
typischerweise einer HRC von 55 oder mehr an.
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Unter
Bezugnahme auf die 4–6 weist
die Kappe 13 eine kreisförmige Form auf und kann aus
gestanztem Blech, wie etwa Stahl, Aluminium oder irgendeinem anderen
Fachleuten bekannten Material gebildet sein. Es ist jedoch festzustellen, dass
die Kappe 13 nicht darauf beschränkt ist, aus gestanztem Blech
gebildet zu sein, sondern aus irgendeinem Fachleuten bekannten Verfahren
oder Material gebildet sein kann. Die Kappe 13 umfasst
einen zentralen Abschnitt 37 und einen Flansch 38,
der sich um den Umfang des zentralen Abschnitts 37 herum
erstreckt. Der zentrale Abschnitt 37 kann in einer Kuppelform
oder als irgendeine andere Fachleuten bekannte Form gebildet sein.
Die Kappe 13 hält
die Innenzahnräder
gegen axialen Druck in beiden Richtungen entlang der Achse 16 fest.
In einer Ausführungsform
definiert der zentrale Abschnitt 37 ein Durchgangsloch 39.
Das Durchgangsloch 39 lässt zu,
dass rotierende Bauteile (nicht gezeigt) in dem Getriebe (gezeigt)
durch die Kappe 13 hindurch verlaufen können. Das Durchgangsloch 39 ist
von einem Bund 41 umgeben, der ein Paar gegenüberliegende Druckflächen 43 zum
Abstützen
eines Axialdrucklagers (nicht gezeigt) bereitstellt. Die Druckfläche 43 ist typischerweise
ein Gebiet, das auf einer engeren Toleranz als die anderen Gebiete
des zentralen Abschnitts 39 gehalten wird. Die Druckflächen 43 stellen eine
Fläche
zur Paarung gegen Axialnadellager, Druckscheiben und dergleichen
(nicht gezeigt) bereit. Die Kappe 13 hat die Fähigkeit,
axialen Kräften standzuhalten,
ohne zuzulassen, dass sich die Kappe 13 radial oder axial
bewegt. In einer anderen Ausführungsform
definiert die Kappe 13, einen kerbverzahnten Eingang (nicht
gezeigt) innerhalb des Durchgangslochs 39, um Drehmoment
durch die Kappe 13 und in das Zahnrad 12 hinein
zu übertragen.
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Die
Kappe 13 wird an dem Zahnrad 12 montiert, indem
der Flansch 38 in der Nut 24 des Zahnrades 12 angeordnet
wird, wie es in 2 gezeigt ist. Wie es nachstehend
ausführlicher
erläutert
wird, kann die Lippe 28 unter hohem Druck derart verformt werden,
dass das verformte Material der Lippe 28 in Richtung der
Nut 24 fließt,
um den Flansch 38 zwischen der Lippe 28 und dem
Grund 26 der Nut 24 einzufangen, wodurch ein Zahnrad 12 mit
geschlossenem Ende erzeugt wird, wie es in 3 gezeigt
ist. Wie es oben beschrieben ist, sollte die Lippe 28,
d. h. der erste Härtebereich 34,
um zuzulassen, dass das Material der Lippe verformt werden kann,
eine erste Härte
von weniger als eine HRC von 45 aufweisen. Bevorzugt wird eine erste
Härte von
weniger als eine HRC von 30 verwendet. Es ist jedoch festzustellen, dass
auch andere Härten
verwendet werden können, wie
es Fachleuten bekannt ist, solange das Material der Lippe 28 sich
verformt, um den Flansch 38 zwischen der Lippe 28 und
dem Grund 26 der Nut 24 einzufangen. Das Festhalten
der Kappe 13 an dem Zahnrad 12 durch Einfangen
des Flansches 38 zwischen der Lippe 28 und dem
Grund 26 der Nut 24 hält die Kappe 13 an
dem Zahnrad 12 in der axialen Richtung fest. Wenn zusätzlich die
Lippe 28 in Richtung der Nut 24 verformt wird,
bleibt die Zone 29 im Allgemeinen unverformt. Indem verhindert
wird, dass sich die Zone 29 verformt, wenn die Lippe 28 verformt wird,
bleibt die Kappe 29 im Allgemeinen relativ zu der Achse 16 zentriert.
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Die
Lippe 28 kann durch einen Verformungsprozess, wie etwa
Taumel- oder Orbitalformen,
Profilwalzen oder Rollformen und dergleichen verformt werden. Orbitalformen
verwendet typischerweise einen Stempel unter einem geringen Winkel,
d. h. 3–7 Grad,
der gegen das Zahnrad 12 gedrückt wird, während er um das Zahnrad 12 herum
gedreht oder taumeln gelassen wird, während der Stempel in Richtung
der Lippe 28 des Zahnrades 12 gedrückt wird. Der
Stempel wird typischerweise in die Lippe 28 des Zahnrades
mit einer Kraft gedrückt,
die ausreicht, um die Lippe 28 plastisch zu verformen. Ähnlich verwendet
Rollformen eine Rolle, die gegen die Lippe des Zahnrades 12 mit
einer Kraft von 2000 Pfund oder mehr abrollt. Aufgrund der großen Kraft,
die in das Zahnrad 12 eingeleitet wird, muss jedoch das
Zahnrad 12 direkt gegenüber
der Lippe 28, d. h. in einer Linie mit der Lippe, auf der
zweiten Seite 20 des Zahnrades 12 abgestützt werden.
Die Abstützung
für das Zahnrad 12 verhindert
eine radiale Verzerrung des Zahnrades 12, insbesondere
der Zone 29, die die Kappe 13 relativ zu der Achse 16 zentriert
hält.
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Der
Flansch 38 kann einen oder mehrere Schlitze 40 definieren,
wie es in den 5 und 6 gezeigt
ist. Die Schlitze 40 sind radial um den Flansch 38 herum
beabstandet. Wenn die Lippe 28 während des Verformungsprozesses
verformt wird, fließt
ein Abschnitt der Lippe 28 in den Schlitz 40 hinein,
um eine Schlüssel-Schloss-Verbindung 42 zwischen
der Kappe 13 und dem Zahnrad 12 zu erzeugen, wie
es in 3 gezeigt ist. Die Schlüssel-Schloss-Verbindung 42 stellt
eine zusätzliche
radiale Drehmomentkapazität
zwischen der Kappe 13 und dem Zahnrad 12 bereit,
um eine Drehung der Kappe 13 relativ zu dem Zahnrad 12 um
die Achse 16 herum zu verhindern. Selbst ohne die Schlitze 40 stellt
die verformte Lippe 28, die den Flansch 38 zwischen
der Lippe 28 und dem Grund 38 einfängt, eine beträchtliche
Axialdruck- und Radialdrehmomentfähigkeit bereit. Deshalb hält das Verformen
der Lippe 28 sowohl über
den Flansch 38 als auch in die Schlitze 40 des
Flansches 38 hinein die Kappe 13 an dem Zahnrad 12 in
den axialen und radialen Richtungen fest. In einer Ausführungsform
erstrecken sich die Schlitze 40 in den Flansch 38 hinein
bis zu einem Boden 44, wie es in 4 gezeigt
ist. Wenn in dieser Ausführungsform
die Lippe 28 in die Schlitze 40 hinein verformt
wird, wird der Boden 44 des Schlitzes 40 zwischen
der Lippe 28 und dem Grund 26 der Nut 24 eingeklemmt
oder eingefangen, um eine Schlüssel-Schloss-Verbindung 42 zu
erzeugen und somit eine Drehung der Kappe 13 relativ zu
dem Zahnrad 12 um die Achse 16 herum zu verhindern.
In einer anderen Ausführungsform
erstrecken sich die Schlitze 40 vollständig durch den Flansch 38,
wie es in 5 gezeigt ist. In dieser Ausführungsform
ist jeder Schlitz 40 durch Seitenwände 46 definiert,
sodass, wenn die Lippe 28 in den Schlitz 40 hinein
verformt wird, die Lippe 28 zwischen die Seitenwände 46 fließt, um die
Schlüssel-Schloss-Verbindung 42 zu erzeugen
und somit eine Drehung der Kappe 13 relativ zu dem Zahnrad 12 um
die Achse 16 herum zu verhindern. Die Schlitze 40 können durch
Stanzen, Rollformen, ein Eindrücken
in einem Gesenk und dergleichen gebildet werden.
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In
einer anderen Ausführungsform,
die in 7 gezeigt ist, umfasst das Zahnrad 12 eine
Mehrzahl von Zähnen 46 mit
partieller Höhe
innerhalb der Nut 24. Die Zähne 46 mit partieller
Höhe erstrecken sich
von der Zone 29 radial nach innen. Die Zähne 46 mit
partieller Höhe
kämmen
mit den Schlitzen 40 oder Kerbzähnen, die in dem Flansch 38 der
Kappe 13 definiert sind, um einen radialen Eingriff zwischen
der Kappe 13 und dem Zahnrad 12 bereitzustellen.
Der radiale Eingriff verriegelt die Kappe 13 relativ zu
dem Zahnrad 12 und verhindert eine Drehung der Kappe 13 relativ
zu dem Zahnrad 12 um die Achse 16 herum. Wenn
zusätzlich
die Lippe 28 in den Schlitz 40 hinein verformt
wird, fließt
die Lippe 28 über
den Flansch 38, um die Kappe 13 relativ zu dem
Zahnrad 12 weiter festzuhalten und um eine axiale Verschiebung
der Kappe 13 zu verhindern.
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Obgleich
die besten Ausführungsarten
der Erfindung ausführlich
beschrieben worden sind, werden Fachleute auf dem Gebiet, das diese
Erfindung betrifft, verschiedene alternative Konstruktionen und Ausführungsformen
zur praktischen Ausführung
der Erfindung innerhalb des Schutzumfangs der beigefügten Ansprüche erkennen.