DE102010022072A1 - Series of torque transmitting gear components - Google Patents

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Abstract

Bei einer Baureihe von drehmomentübertragenden Getriebebauteilen sind Getriebebauteile jeweils in zumindest ein erstes Bauteilelement, dessen Funktion, Ausführung bzw. Dimensionierung innerhalb der Baureihe invariant ist, und in zumindest ein zweites Bauteilelement unterteilt, dessen Funktion, Ausführung bzw. Dimensionierung innerhalb der Baureihe variiert. Hinsichtlich Gebrauchseigenschaften bzw. Verwendungszweck verschiedene Varianten eines Getriebebauteils innerhalb einer Größen- bzw. Leistungsklasse sind durch Zusammenfügen eines ersten Bauteilelements mit mehreren unterschiedlichen zweiten Bauteilelementen gebildet. Dabei sind erste Bauteilelemente mit zweiten Bauteilelementen jeweils mittels eines stoffschlüssigen thermischen Fügeverfahrens zusammengefügt.In a series of torque-transmitting transmission components, transmission components are each subdivided into at least one first component element, the function, design or dimensioning of which is invariant within the series, and at least one second component element, whose function, design or dimensioning varies within the series. Different variants of a transmission component within a size or performance class with regard to usage properties or intended use are formed by joining a first component element with several different second component elements. First component elements are each joined together with second component elements by means of a cohesive thermal joining process.

Description

Aus DE 101 23 548 A1 ist eine Getriebebaureihe bekannt, die mehrere jeweils durch ein maximal übertragbares Drehmoment gekennzeichnete Baugrößen umfaßt. Jedes Getriebe der Getriebebaureihe umfaßt ein Eintriebsgehäuse, ein Hohlradgehäuse mit einer Innenverzahnung und ein Abtriebsgehäuse. Für zumindest zwei verschiedene Baugrößen innerhalb der Getriebebaureihe wird das gleiche Eintriebs- bzw. Abtriebsgehäuse verwendet. Die Hohlradgehäuse weisen entsprechend dem maximal übertragbaren Drehmoment eine variierende Breite auf und sind aus einem hochwertigen Gußeisenwerkstoff hergestellt, während das Eintriebs- und Abtriebsgehäuse aus einem kostengünstigeren, leicht zu bearbeitenden Stahlwerkstoff bestehen. Auf diese Weise ergibt sich in bezug auf Gehäusebauteile eine rationelle Werkstoffverwendung sowie eine logistische Optimierung durch eine reduzierte Teileanzahl.Out DE 101 23 548 A1 is a transmission series known, which includes several each characterized by a maximum transmissible torque sizes. Each transmission of the transmission series comprises a Eintriebsgehäuse, a ring gear housing with an internal toothing and a driven housing. For at least two different sizes within the transmission series, the same input and output housing is used. The ring gear housing have a varying width according to the maximum transmissible torque and are made of a high quality cast iron material, while the input and output housing consist of a less expensive, easy to machine steel material. In this way results in terms of housing components rational use of materials and a logistic optimization by a reduced number of parts.

In DE 100 51 434 A1 ist eine Baureihe von Adaptervorrichtungen zum Verbinden einer Motorwelle eines Motors mit einer anzutreibenden Einrichtung beschrieben. Die Baureihe umfaßt mehrere Baugrößen, die wiederum mehrere Varianten umfassen. Jede Adaptervorrichtung weist jeweils mindestens eine Adapterwelle, die mit einem Getriebe oder Getriebeteil verbunden wird, ein Zwischenstück und ein Kupplungsteil auf, das mit einer Motorwelle verbunden wird. Jede Variante der Baureihe ist durch einen Durchmesser einer Bohrung zur Aufnahme der Motorwelle im Kupplungsteil, einen Durchmesser einer Adapterwelle und ein Zwischenstück gekennzeichnet. Jedes in der Baureihe verwendete Zwischenstück weist Radialteile auf, die zwischen Klauen der Adapterwelle und Klauen des Kupplungsteils angeordnet sind. Dabei werden Zwischenstücke jeweils in mehreren Varianten verschiedener Baugrößen verwendet.In DE 100 51 434 A1 is a series of adapter devices for connecting a motor shaft of a motor to be driven means described. The series includes several sizes, which in turn include several variants. Each adapter device has at least one adapter shaft, which is connected to a transmission or transmission part, an intermediate piece and a coupling part, which is connected to a motor shaft. Each variant of the series is characterized by a diameter of a bore for receiving the motor shaft in the coupling part, a diameter of an adapter shaft and an intermediate piece. Each adapter used in the series has radial parts which are arranged between the claws of the adapter shaft and claws of the coupling part. In this case, intermediate pieces are each used in several variants of different sizes.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, drehmomentübertragende Getriebebauteile zu schaffen, die kostengünstig herstellbar sind.The present invention has for its object to provide torque transmitting transmission components that are inexpensive to produce.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Baureihe von drehmomentübertragenden Getriebebauteilen mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind den abhängigen Ansprüchen zu entnehmen.This object is achieved by a series of torque transmitting gear components with the features specified in claim 1. Advantageous developments of the present invention can be found in the dependent claims.

Bei der erfindungsgemäßen Baureihe von drehmomentübertragenden Getriebebauteilen sind Getriebebauteile jeweils in zumindest ein erstes Bauteilelement, dessen Funktion, Ausführung bzw. Dimensionierung innerhalb der Baureihe invariant ist, und in zumindest ein zweites Bauteilelement unterteilt, dessen Funktion, Ausführung bzw. Dimensionierung innerhalb der Baureihe variiert. Hinsichtlich Gebrauchseigenschaften bzw. Verwendungszweck verschiedene Varianten eines Getriebebauteils innerhalb einer Größen- bzw. Leistungsklasse sind durch Zusammenfügen eines ersten Bauteilelements mit mehreren unterschiedlichen zweiten Bauteilelementen gebildet. Dabei sind erste Bauteilelemente mit zweiten Bauteilelementen jeweils mittels eines stoffschlüssigen thermischen Fügeverfahrens zusammengefügt.In the inventive series of torque-transmitting gear components are transmission components each in at least a first component element whose function, design or dimensioning within the series is invariant, and divided into at least a second component element whose function, design or dimensioning varies within the series. With regard to performance characteristics or intended use of different variants of a transmission component within a size or performance class are formed by joining a first component element with a plurality of different second component elements. Here, first component elements are joined together with second component elements in each case by means of a cohesive thermal joining process.

Die erfindungsgemäße Baureihe von drehmomentübertragenden Getriebebauteilen ermöglicht eine Reduktion von Herstellungskosten durch hohe Fertigungslosgrößen für funktionsinvariante Bauteilelemente. Zu einer Reduktion von Herstellungskosten trägt auch eine Anwendung von Massenfertigungsverfahren für funktionsvariante Bauteilelemente mit üblicherweise relativ kleinen Bauteilgrößen bei. Zudem ermöglicht die vorliegende Erfindung auch einen Verzicht auf Adapter zur Verbindung von ersten und zweiten Bauteilelementen. Somit ergibt sich eine minimierte Teilezahl zur Realisierung einer Baureihe von drehmomentübertragenden Getriebebauteilen.The inventive series of torque transmitting transmission components allows a reduction of manufacturing costs due to high Fertigungslosgrößen for functionally invariant component elements. Also contributing to a reduction of manufacturing costs is the use of mass production methods for functionally variant component elements with usually relatively small component sizes. In addition, the present invention also makes it possible to dispense with adapters for connecting first and second component elements. This results in a minimized number of parts for the realization of a series of torque-transmitting gear components.

Zwischen ersten Bauteilelementen und zweiten Bauteilelementen sind beispielsweise jeweils zylindrische bzw. kreisringförmige Fügeflächen gebildet, über welche die ersten Bauteilelemente mit den zweiten Bauteilelementen verbunden sind. Vorzugsweise sind erste Bauteilelemente mit zweiten Bauteilelementen jeweils durch Elektronenstrahlschweißen zusammengefügt. Dies ermöglicht eine schnelle, hochautomatisierbare Fertigung und geringe Herstellungskosten.Between first component elements and second component elements, for example, respective cylindrical or annular joining surfaces are formed, via which the first component elements are connected to the second component elements. Preferably, first component elements are joined to second component elements in each case by electron beam welding. This allows a fast, highly automated production and low production costs.

Entsprechend einer bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung sind für die ersten Bauteilelemente einerseits und die zweiten Bauteilelemente andererseits anforderungsabhängig unterschiedliche Werkstoffe vorgesehen. Dies erlaubt eine rationelle Werkstoffverwendung. Die Getriebebauteile können beispielsweise Ritzelwellen sein, wobei die ersten Bauteilelemente Wellen und die zweiten Bauteilesegmente Zahnräder oder Zahnkränze sind. Die ersten Bauteilelemente können des weiteren aus einem Automatenstahl, einem Baustahl, einem Einsatzstahl, einem Werkzeugstahl, Grauguß, duktilem Gußeisen oder Sphäroguß gefertigt sein. Die zweiten Bauteilelemente können dagegen aus einem Vergütungsstahl, austenitischbainitischem Gußeisen oder vergütetem Gußeisen gefertigt sein. Darüber hinaus können die Wellen als erste Bauteilelemente zumindest einen Flansch umfassen, der jeweils radial von einem Zahnkranz als zweitem Bauteilelement umgeben ist.According to a preferred development of the present invention, different materials are provided for the first component elements on the one hand and the second component elements on the other hand, depending on requirements. This allows a rational use of materials. The transmission components may be, for example, pinion shafts, wherein the first component elements are shafts and the second component segments are gears or sprockets. The first component elements may further be made of a free-cutting steel, a structural steel, a case-hardened steel, a tool steel, gray cast iron, ductile cast iron or nodular cast iron. The second component elements, however, can be made of a tempered steel, austenitic bainitic cast iron or tempered cast iron. In addition, the shafts may comprise, as first component elements, at least one flange, which is in each case surrounded radially by a toothed rim as a second component element.

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigtThe present invention will be explained in more detail using an exemplary embodiment with reference to the drawing. It shows

1 ein Baukastensystem mit nach Größe gegliederten Gesamträdertrieben einer Getriebebaureihe, 1 a modular system with size-divided total wheel drives of a series of transmissions,

2 mehrere Varianten eines drehmomentübertragenden Getriebebauteils für unterschiedliche Übersetzungen mit jeweils zwei übersetzungsinvarianten Bauteilelementen und einem Übersetzungsvarianten Bauteilelement, 2 several variants of a torque-transmitting transmission component for different ratios, each with two translation-invariant component elements and a translation variant component element,

3 zwei Varianten einer Stirnradritzelwelle mit gleichen Wellen und unterschiedlichen Ritzelköpfen, 3 two variants of a spur pinion shaft with identical shafts and different pinion heads,

4 zwei Varianten einer Kegelradritzelwelle mit gleichen Wellen wie die Stirnradritzelwellen gemäß 3 und unterschiedlichen Kegelritzelköpfen. 4 two variants of a bevel pinion shaft with the same waves as the Stirnradritzelwellen according to 3 and different bevel pinion heads.

Die in 1 dargestellten Gesamträdertriebe 10, 20, 30 umfassen jeweils ein Ritzel 11, 21, 31, zwei Ritzelwellen 12–13, 22–23, 32–33 und ein Zahnrad 14, 24, 34 in drei unterschiedlichen Größen und bilden ein Baukastensystem. Dabei sind ähnliche oder gleichartige Bauteilelemente nach Funktion, Ausführung und Dimensionierung bzw. Größe gegliedert. Auf Grundlage einer solchen Gliederung lassen sich die in 2 dargestellten Varianten eines drehmomentübertragenden Getriebebauteils, beispielweise einer Ritzelwelle, innerhalb einer Baureihe bilden. Bei der Baureihe sind Getriebebauteile jeweils in zumindest ein erstes Bauteilelement, dessen Funktion, Ausführung bzw. Dimensionierung innerhalb der Baureihe invariant ist, und in zumindest ein zweites Bauteilelement unterteilt, dessen Funktion, Ausführung bzw. Dimensionierung innerhalb der Baureihe variiert. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel umfassen die in 2 dargestellten Ritzelwellen für unterschiedliche Übersetzungen jeweils zwei Wellenabschnitte 1a, 1b als übersetzungsinvariante erste Bauteilelemente und ein Ritzel 2a, 2b, 2c als übersetzungsvariante zweite Bauteilelemente. Somit sind hinsichtlich Übersetzungsverhältnis verschiedene Varianten einer Ritzelwelle innerhalb einer Größen- bzw. Leistungsklasse durch Zusammenfügen von 2 gleichbleibenden ersten Bauteilelementen mit 3 variierenden zweiten Bauteilelementen gebildet. Erste Bauteilelemente sind mit zweiten Bauteilelementen erfindungsgemäß jeweils mittels eines stoffschlüssigen thermischen Fügeverfahrens zusammengefügt, beispielsweise durch Elektronenstrahlschweißen.In the 1 illustrated total wheel drives 10 . 20 . 30 each include a pinion 11 . 21 . 31 , two pinion shafts 12 - 13 . 22 - 23 . 32 - 33 and a gear 14 . 24 . 34 in three different sizes and form a modular system. In this case, similar or similar component elements according to function, design and dimensioning or size are structured. Based on such an outline, the in 2 illustrated variants of a torque transmitting transmission component, for example, a pinion shaft, form within a series. In the series transmission components are each divided into at least a first component element whose function, design or dimensioning within the series is invariant, and divided into at least a second component element whose function, design or dimensioning varies within the series. In the present embodiment, the in 2 shown pinion shafts for different translations each two shaft sections 1a . 1b as translation-invariant first component elements and a pinion 2a . 2 B . 2c as translation variant second component elements. Thus, with respect to gear ratio different variants of a pinion shaft within a size or performance class formed by joining 2 constant first component elements with 3 varying second component elements. First component elements are combined with second component elements according to the invention in each case by means of a cohesive thermal joining process, for example by electron beam welding.

Werden innerhalb einer Baugröße einer Teileart n verschiedene Ausprägungen unterschieden, führt eine Trennung in funktionsinvariante Bauteilelemente und funktionsvariante Bauteilelemente auf n identische, funktionsinvariante Bauteilelemente, die mit n verschiedenen, funktionsvarianten Bauteilelementen durch Kombination n verschiedene Ausprägungen ergeben. Aus ökonomischer Sicht ergibt sich in mehrfacher Hinsicht ein ausgeprägter wirtschaftlicher Gesamtvorteil. Zum einen ergeben sich hohe Fertigungslosgrößen für die funktionsinvarianten Bauteilelemente, aus denen vergleichsweise niedrige Herstellungskosten resultieren. Bei einem Gesamtverbrauch m von beliebig verteilten Verbräuchen der n Ausprägungen besteht ein Bedarf nach m identischen funktionsinvarianten Bauteilelementen. Die funktionsvarianten Bauteilelemente, beispielsweise Ritzelelemente oder Kegelritzelköpfe, sind üblicherweise von kleinerer Bauteilgröße, so daß auf wirtschaftliche Massenfertigungsverfahren zurückgegriffen werden kann. Da Anforderung an die Primärfunktion eines Getriebebauteils üblicherweise Anforderungen an die Materialqualität ergeben, bestehen Getriebebauteile in herkömmlicher Integralbauweise komplett aus hochwertigem Werkstoff. Mit Getriebebauteilen in hier beschriebener Differentialbauweise können für verschiedene Bauteilelemente individuell geeignete, kostengünstigere Werkstoffe verwendet werden. Außerdem können Getriebebauteile mit hohem Spanvolumen, beispielsweise Flanschwellen, durch geeignete Gliederung von Bauteileelementen und entsprechende Werkstoffwahl deutlich günstiger hergestellt werden.If different forms are distinguished within a size of a part type n, a separation into functionally invariant component elements and functionally variant component elements results in n identical, functionally invariant component elements which result in n different variants with n different, functionally variant component elements. From an economic point of view, there is a pronounced overall economic advantage in several respects. On the one hand, high production lot sizes result for the functionally invariant component elements, from which comparatively low production costs result. With a total consumption m of arbitrarily distributed consumptions of the n forms, there is a need for m identical functionally invariant component elements. The functionally variant component elements, such as pinion elements or bevel pinion heads, are usually of smaller component size, so that can be used on economic mass production process. Since requirements for the primary function of a transmission component usually make demands on the material quality, transmission components in conventional integral construction are made entirely of high-quality material. With transmission components in the differential design described here individually suitable, less expensive materials can be used for different component elements. In addition, transmission components with a high chip volume, such as stub shafts, can be produced significantly more favorably by suitable arrangement of component elements and appropriate choice of material.

Die in den 3 und 4 dargestellten Stirnrad- bzw. Kegelradritzelwellen umfassen jeweils die gleichen Wellen 1 und unterscheiden sich lediglich durch ihre Ritzelköpfe 201–202 bzw. Kegelritzelköpfe 203–204. Somit ergibt sich ein hoher Wiederbenutzungsgrad der als Gleichteile verwendeten Wellen 1 für eine Vielzahl unterschiedlicher Varianten einer Ritzelwelle, die sich hinsichtlich Funktion und Übersetzungsverhältnis unterscheiden. Zwischen den Wellen 1 als ersten Bauteilelementen und den Ritzelköpfen 201–202 bzw. Kegelritzelköpfen 203–204 als zweiten Bauteilelementen sind jeweils zylindrische und kreisringförmige Fügeflächen gebildet, über welche die ersten Bauteilelemente mit den zweiten Bauteilelementen verbunden sind. Auf diese Weise ergibt sich eine erhöhte mechanische Belastbarkeit im Übergangsbereich zwischen dem jeweiligen ersten und zweiten Bauteilelement.The in the 3 and 4 shown Stirnrad- or bevel gear pinion shafts each comprise the same waves 1 and differ only by their pinion heads 201 - 202 or bevel pinion heads 203 - 204 , This results in a high degree of reuse of the waves used as equal parts 1 for a variety of different variants of a pinion shaft, which differ in terms of function and transmission ratio. Between the waves 1 as the first component elements and the pinion heads 201 - 202 or bevel pinion heads 203 - 204 As a second component elements each cylindrical and annular joining surfaces are formed, via which the first component elements are connected to the second component elements. In this way, there is an increased mechanical load capacity in the transition region between the respective first and second component element.

Für die ersten Bauteilelemente einerseits und die zweiten Bauteilelemente andererseits sind anforderungsabhängig unterschiedliche Werkstoffe vorgesehen. Beispielsweise sind die Wellen 1 aus einem Automatenstahl, einem Baustahl, einem Einsatzstahl, einem Werkzeugstahl, Grauguß, duktilem Gußeisen oder Sphäroguß gefertigt, während die Ritzelköpfe 201–202 bzw. Kegelritzelköpfe 203–204 aus einem Vergütungsstahl, austenitisch-bainitischem Gußeisen oder vergütetem Gußeisen gefertigt sind. Eine besonders rationelle Werkstoffverwendung ergibt sich, wenn an die Wellen 1 ein Flansch angeformt ist, der jeweils radial von einem Zahnkranz umgeben ist.For the first component elements on the one hand and the second component elements on the other hand, different materials are provided depending on requirements. For example, the waves 1 made of a free-cutting steel, a structural steel, a case-hardening steel, a tool steel, gray cast iron, ductile cast iron or ductile iron, while the pinion heads 201 - 202 or bevel pinion heads 203 - 204 are made of a tempered steel, austenitic-bainitic cast iron or tempered cast iron. A particularly rational use of materials arises when the waves 1 a flange is formed, which is each surrounded radially by a ring gear.

Anstelle von Ritzeln oder Kegelritzeln können beispielsweise auch Flansche oder Kupplungselemente als funktionsvariante Bauteilelemente eines drehmomentübertragenden Getriebebauteils verwendet werden. Instead of pinions or bevel pinions, for example, flanges or coupling elements can be used as functionally variant component elements of a torque-transmitting transmission component.

Die Anwendung der vorliegenden Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt.The application of the present invention is not limited to the described embodiments.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Claims (6)

Baureihe von drehmomentübertragenden Getriebebauteilen, bei der – drehmomentübertragende Getriebebauteile jeweils in zumindest ein erstes Bauteilelement, dessen Funktion, Ausführung und/oder Dimensionierung innerhalb der Baureihe invariant ist, und in zumindest ein zweites Bauteilelement unterteilt sind, dessen Funktion, Ausführung und/oder Dimensionierung innerhalb der Baureihe variiert, – hinsichtlich Gebrauchseigenschaften und/oder Verwendungszweck verschiedene Varianten eines Getriebebauteils innerhalb einer Größen- und/oder Leistungsklasse durch Zusammenfügen zumindest eines ersten Bauteilelements mit mehreren unterschiedlichen zweiten Bauteilelementen gebildet sind, – erste Bauteilelemente mit zweiten Bauteilelementen jeweils mittels eines stoffschlüssigen thermischen Fügeverfahrens zusammengefügt sind.Series of torque transmitting gear components in which Torque-transmitting transmission components in each case in at least a first component element whose function, design and / or dimensioning within the series is invariant, and are divided into at least a second component element whose function, design and / or dimensioning varies within the series, Different variants of a transmission component within a size and / or performance class are formed with regard to use properties and / or intended use by joining together at least one first component element with a plurality of different second component elements, - First component elements are joined together with second component elements in each case by means of a cohesive thermal joining process. Baureihe nach Anspruch 1, bei der zwischen ersten Bauteilelementen und zweiten Bauteilelementen jeweils zylindrische und/oder kreisringförmige Fügeflächen gebildet sind, über welche die ersten Bauteilelemente mit den zweiten Bauteilelementen verbunden sind.A series according to claim 1, wherein between the first component elements and second component elements respectively cylindrical and / or annular joining surfaces are formed, via which the first component elements are connected to the second component elements. Baureihe nach einem der Ansprüche 1 oder 2, bei der für die ersten Bauteilelemente einerseits und die zweiten Bauteilelemente andererseits anforderungsabhängig unterschiedliche Werkstoffe vorgesehen sind.Series according to one of claims 1 or 2, in which different materials are provided depending on the requirements for the first component elements on the one hand and the second component elements on the other hand. Baureihe nach Anspruch 3, bei der die Getriebebauteile Ritzelwellen sind, und bei der die ersten Bauteilelemente Wellen sind, und bei der die zweiten Bauteilesegmente Zahnräder oder Zahnkränze sind, und bei dem die ersten Bauteilelemente aus einem Automatenstahl, einem Baustahl, einem Einsatzstahl, einem Werkzeugstahl, Grauguß, duktilem Gußeisen oder Sphäroguß gefertigt sind, und bei dem die zweiten Bauteilelemente aus einem Vergütungsstahl, austenitisch-bainitischem Gußeisen oder vergütetem Gußeisen gefertigt sind.A series according to claim 3, wherein the transmission components are pinion shafts and wherein the first component elements are shafts and the second component segments are gears or sprockets, and wherein the first component elements are a free cutting steel, a structural steel, an insert steel, a tool steel , Cast iron, ductile cast iron or nodular cast iron, and in which the second component elements are made of a tempered steel, austenitic-bainitic cast iron or tempered cast iron. Baureihe nach Anspruch 4, bei der die Wellen als erste Bauteilelemente zumindest einen Flansch umfassen, der jeweils radial von einem Zahnkranz als zweitem Bauteilelement umgeben ist.A series according to claim 4, in which the shafts as first component elements comprise at least one flange, which is in each case surrounded radially by a toothed rim as a second component element. Baureihe nach einem der Ansprüche 3 bis 5, bei der erste Bauteilelemente mit zweiten Bauteilelementen jeweils durch Elektronenstrahlschweißen zusammengefügt sind.Series according to one of claims 3 to 5, wherein the first component elements are joined together with second component elements in each case by electron beam welding.
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