DE102012216406A1 - Gear structure for use as circuit housing of spur gear, has hub portions and gear rings that are respectively welded together at laser weld joint in cylindrical annular surfaces of gear rings - Google Patents
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Abstract
Description
Gebiet der ErfindungField of the invention
Die Erfindung bezieht sich auf eine Zahnradstruktur, insbesondere für den Einsatz als Umlaufgehäuse, oder Abtriebsrad in einem Differentialgetriebe.The invention relates to a gear structure, in particular for use as a circulation housing, or output gear in a differential gear.
Hintergrund der ErfindungBackground of the invention
Differentialgetriebe werden allgemein als Umlaufrädergetriebe ausgeführt und dienen überwiegend der Verzweigung einer über einen Leistungseingang zugeführten Eingangsleistung auf zwei Wellen. Am häufigsten werden Differentialgetriebe als sog. Achsdifferentialgetriebe im Automobilbau verwendet. Hierbei wird die durch einen Antriebsmotor bereitgestellte Antriebsleistung über das Differentialgetriebe auf Radantriebswellen von getriebenen Laufrädern verteilt. Die beiden zu den Laufrädern führenden Radantriebswellen werden hierbei mit je gleich großem Drehmoment, d.h. ausgeglichen angetrieben. Bei Geradeausfahrt drehen beide Laufräder gleich schnell. Bei Kurvenfahrt unterscheiden sich die Drehzahlen der Laufräder voneinander. Das Achsdifferentialgetriebe ermöglicht diese Drehzahldifferenz. Die Drehzahlen können sich frei einstellen, nur der Mittelwert der beiden Geschwindigkeiten ist unverändert. In der Vergangenheit wurden diese Differentiale in großer Breite als sog. Kegelraddifferentiale ausgeführt. Neben dieser Bauform werden Differentialgetriebe auch in Form sog. Stirnraddifferentiale ausgeführt. Bei diesen Stirnraddifferentialen erfolgt die Koppelung der als Leistungsausgang fungierenden Ausgangsräder über zwei miteinander in Eingriff stehende Umlaufplaneten die typischerweise als zapfenartige Stirnräder ausgeführt sind und deren Achsen sich parallel zur Umlaufachse eines umlaufenden Planetenträgers erstrecken. Der Antrieb des Planetenträgers erfolgt üblicherweise über ein integral mit diesem ausgebildetes Zahnrad das überwiegend als Stirn- oder Kegelrad ausgeführt ist. Der Leistungsabgriff aus dem Differentialgetriebe erfolgt durch Zahnräder die als Kegel-, Stirn- oder Hohlräder ausgeführt sein können. Differential gears are generally designed as epicyclic gearbox and serve mainly the branching of a fed via a power input input power to two waves. Most commonly differential gears are used as so-called. Achsdifferentialgetriebe in automotive. Here, the drive power provided by a drive motor is distributed via the differential gear to the wheel drive shafts of driven wheels. The two leading to the wheels wheel drive shafts are hereby each with the same torque, i. balanced driven. When driving straight ahead, both wheels rotate at the same speed. When cornering, the speeds of the wheels differ from each other. The axle differential allows this speed difference. The speeds can be set freely, only the average of the two speeds is unchanged. In the past, these differentials were made in wide width as so-called bevel gear differentials. In addition to this design differential gears are also in the form of so-called. Spurraddifferentiale executed. In these Stirnraddifferentialen the coupling acting as power output output wheels via two intermeshing circulating planets are typically carried out as a pin-like spur gears and their axes extend parallel to the axis of rotation of a rotating planet carrier. The drive of the planet carrier usually takes place via an integrally formed with this gear which is designed predominantly as a front or bevel gear. The Leistungsabgriff from the differential gear is made by gears that can be designed as conical, front or ring gears.
Aus
Aufgabe der ErfindungObject of the invention
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Zahnradstruktur, insbesondere für ein Differentialgetriebe zu schaffen, die sich durch eine hohe strukturmechanische Festigkeit auszeichnet und zudem kostengünstig herstellbar ist.The invention has for its object to provide a gear structure, in particular for a differential gear, which is characterized by a high structural mechanical strength and is also inexpensive to produce.
Erfindungsgemäße LösungInventive solution
Die vorangehend genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Zahnradstruktur mit:
- – einem zum Umlauf um eine Umlaufachse vorgesehenen Nabenteil, und
- – einem zu jener Umlaufachse konzentrisch angeordneten Zahnradring der mit dem Nabenteil gekoppelt ist, wobei
- – das Nabenteil als Blechumformteil gefertigt ist und eine zur Umlaufachse ebenfalls konzentrische Ringfläche bildet und der Zahnradring eine dieser Ringfläche zugewandte Zahnradringsitzfläche bildet, und
- - One provided for circulation around a revolving axis hub part, and
- - A concentric to that axis arranged gear ring which is coupled to the hub part, wherein
- - The hub part is made as Blechumformteil and forms a concentric to the axis of rotation annular surface and the gear ring forms a ring surface facing this gear ring seat surface, and
Dadurch wird es auf vorteilhafte Weise möglich, eine Zahnradstruktur zu schaffen, die kostengünstig herstellbar ist und sich durch ein geringes Eigengewicht und eine hohe Festigkeit im Bereich der Verzahnung auszeichnet. This makes it possible in an advantageous manner to provide a gear structure that is inexpensive to produce and is characterized by a low weight and high strength in the field of teeth.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Schweißverbindungszone derart ausgebildet, dass sich diese über den überwiegenden Teil der Zahnradringsitzfläche, vorzugsweise nahezu vollflächig über die Zahnradringsitzfläche erstreckt. Durch diese Maßnahme wird eine strukturmechanisch besonders vorteilhafte Koppelung des Zahnradringes mit dem Nabenteil erreicht. According to a particularly preferred embodiment of the invention, the weld joint zone is formed such that it extends over the majority of the gear ring seat surface, preferably almost over the entire surface of the gear ring seat surface. By this measure, a structurally particularly advantageous coupling of the gear ring is achieved with the hub part.
Es ist in vorteilhafter Weise möglich, das Nabenteil und den Zahnradring so auszubilden, dass das Nabenteil und der Zahnradring zueinander komplementäre Fügeflächen erhalten und der Zahnrandring dann bei der Koppelung mit dem Nabenteil insbesondere beim Auf-, An- oder Einsetzen über diese Fügeflächen zur Umlaufachse des Nabenteils zentriert ist. Eine besonders wirkungsvolle Zentrierwirkung kann realisiert werden indem die Zahnradringsitzfläche eine Zylinderringfläche ist auf welche der Zahnradring aufgesetzt, oder in welche der Zahnradring eingesetzt wird. Alternativ hierzu, oder auch in Kombination mit dieser Maßnahme ist es auch möglich die Verbindung des Zahnradringes mit dem Nabenteil über eine Ringstirnfläche des Zahnradringes vorzunehmen. Soweit zwischen dem Nabenteil und dem Zahnradring keine Zentrierstrukturen vorgesehen sind ist es möglich, die Zentrierung durch Einsatz entsprechender Führungswerkzeuge sicherzustellen, indem beispielsweise der Zahnradring und das Nabenteil entsprechend gespannt und dann gegeneinander positioniert werden bis das Schweißverfahren abgeschlossen und eine stoffliche Verbindung geschaffen ist. It is possible in an advantageous manner, the hub part and the gear ring in such a way that the hub part and the gear ring to each other receive complementary joining surfaces and the toothed rim ring then in the coupling with the hub part in particular when mounting, or insertion on these joining surfaces to the axis of rotation of the Hub centered. A particularly effective centering effect can be realized by the gear ring seat surface is a cylindrical ring surface on which the gear ring is placed, or in which Gear ring is used. Alternatively, or in combination with this measure, it is also possible to make the connection of the gear ring with the hub part via an annular end face of the gear ring. As far as no centering structures are provided between the hub part and the gear ring, it is possible to ensure the centering by using appropriate guide tools by, for example, the gear ring and the hub part accordingly stretched and then positioned against each other until the welding process is completed and a material connection is created.
Die Ausbildung der Schweißverbindungsstelle erfolgt gemäß einem besonderen Aspekt der vorliegenden Erfindung durch Applikation energiereicher Strahlung. Insbesondere wird die Schweißverbindungsstelle als Elektronenstrahlschweißverbindungsstelle oder als Laserschweißverbindungsstelle ausgeführt.The formation of the weld joint takes place according to a particular aspect of the present invention by application of high-energy radiation. In particular, the weld joint is performed as an electron beam weld joint or as a laser weld joint.
Alternativ hierzu, und weniger bevorzugt ist es auch möglich, die Schweißverbindungsstelle als Pressschweißverbindungsstelle auszuführen. Dieser Ansatz eignet sich insbesondere bei Ausbildung der Schweißverbindungsstelle im Bereich von im wesentlichen radial ausgerichteten Kontaktflächen.Alternatively, and less preferably, it is also possible to perform the weld joint as a pressure weld joint. This approach is particularly suitable when forming the weld joint in the region of substantially radially aligned contact surfaces.
Die erfindungsgemäß durch ein spezielles Zusammenfügen eines Zahnradringes und eines als Blechumformteil gefertigten Nabenelementes geschaffene Zahnradstruktur kann gemäß einem besonderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Umlaufgehäuse für ein Stirnraddifferential und/oder auch ein Abtriebsrad dieses Stirnraddifferentiales bilden. The inventively created by a special assembly of a gear ring and a manufactured as Blechumformteil hub element gear structure can according to a particular aspect of the present invention form a circulation housing for a spur gear and / or a driven gear of this spur gear differential.
Dieses Stirnraddifferential, besteht dann insbesondere aus einem zum Umlauf um eine Umlaufachse vorgesehenen Planetenträger, einem ersten Abtriebsrad das achsgleich zur Umlauflachse angeordnet ist und eine erste Abtriebsradverzahnung bildet, einem zweiten Abtriebsrad das ebenfalls achsgleich zur Umlauflachse angeordnet ist und eine zweite Abtriebsradverzahnung bildet, einem Satz erster Umlaufplaneten die mit der ersten Abtriebsradverzahnung des ersten Abtriebsrades in Eingriff stehen, einem Satz zweiter Umlaufplaneten die mit der zweiten Abtriebsradverzahnung des zweiten Abtriebsrads in Eingriff stehen, wobei die ersten und zweiten Umlaufplanenten miteinander gegensinnig drehbar getrieblich gekoppelt sind. Der Planetenträger und/oder die Abtriebsräder können dann wie vorangehend beschrieben als zusammengesetzte und verschweißte Strukturen aufgebaut sein. This Stirnraddifferential, then consists in particular of a planetary gear provided for circulation about a planetary axis, a first output gear is arranged coaxially to the salmon and a first Abtriebsradverzahnung forms a second output gear which is also coaxially arranged to Uml salmon and forms a second Abtriebsradverzahnung, a set first Circulating planetary gear meshing with the first output gear of the first output gear, a set of second Umlaufplaneten which are engaged with the second Abtriebsradverzahnung the second driven gear, wherein the first and second Umlaufplanenten are rotatably coupled in opposite directions with each other. The planet carrier and / or the driven wheels can then be constructed as described above as composite and welded structures.
Der Planetenträger, das erste Abtriebsrad und/oder das zweite Abtriebsrad sind dann jeweils durch einen Zahnradring und ein den Zahnradring tragendes Nabenteil gebildet welches als Blechumformteil gefertigt ist. The planet carrier, the first driven gear and / or the second driven gear are then each formed by a gear ring and a hub bearing the hub ring which is made as a sheet metal forming part.
Bei der Ausbildung der Abtriebsräder als erfindungsgemäß aufgebaute Komponenten ist es möglich, das jeweilige Nabenteil so auszubilden, dass dieses einen inneren Buchsenabschnitt aufweist, der eine Wellenanschlussstruktur bildet und wobei sich dieser Buchsenabschnitt in das Axialniveau der entsprechenden Abtriebsradverzahnung hinein erstreckt. In the formation of the driven wheels as components constructed according to the invention, it is possible to design the respective hub part in such a way that it has an inner bushing section which forms a shaft connection structure and wherein this bushing section extends into the axial plane of the corresponding driven gear toothing.
Dadurch wird es auf vorteilhafte Weise möglich, ein Differentialgetriebe zu schaffen, dessen Abtriebsräder relativ kostengünstig herstellbar sind und das sich durch eine kurze axiale Baulänge auszeichnet. This makes it possible in an advantageous manner to provide a differential gear, the output gears are relatively inexpensive to produce and which is characterized by a short axial length.
Das erfindungsgemäße Konzept zur Bildung des jeweiligen Abtriebsrades kann derart umgesetzt werden, dass das Nabenteil einen Umfangringabschnitt bildet, der den Zahnradring von außen her umgreift, wobei dann an dem Zahnradring eine Zahnradinnenverzahnung ausgebildet ist. Dieses Konzept eignet sich für die Fertigung von Abtriebsrädern in Form von vorzugsweise geradeverzahnten Hohlrädern.The inventive concept for forming the respective output gear can be implemented such that the hub part forms a peripheral ring portion which engages around the gear ring from the outside, in which case on the gear ring, a gear inner toothing is formed. This concept is suitable for the production of driven wheels in the form of preferably straight-toothed ring gears.
Alternativ zu der vorgenannten Ausführungsform ist es auch möglich, die Abtriebsräder so zu bilden, dass der Zahnradring auf den Umfangsringabschnitt von außen her aufgesetzt, insbesondere aufgepresst ist. Dieses Konzept eignet sich für die Fertigung von Abtriebsrädern in Form von Sonnenrädern.As an alternative to the aforementioned embodiment, it is also possible to form the driven wheels so that the gear ring is placed on the peripheral ring portion from the outside, in particular pressed. This concept is suitable for the production of output gears in the form of sun gears.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden die Abtriebsräder derart gefertigt, dass das Nabenteil und der Zahnradring neben der Schweißverbindung zusätzlich auch durch eine umformtechnisch gefertigte Struktur miteinander formschlüssig gekoppelt sind. Hierzu können beispielsweise am vorangehend genannten Umfangsringabschnitt nach dem Aufsetzen oder Einfügen des Zahnradringes entsprechende Halteschultern durch plastische Umformung von Überständen des Umfangsringabschnittes gebildet werden. Auch anderweitige Haltegeometrien können nach dem Aufsetzen oder Einfügen des Zahnradringes an dem Umfangsringabschnitt durch lokale plastische Umformung desselben gebildet werden.According to a particularly preferred embodiment of the invention, the driven wheels are manufactured in such a way that the hub part and the gear ring are additionally coupled in a form-fitting manner to one another in addition to the welded connection by a structure produced by forming technology. For this purpose, for example, at the above-mentioned peripheral ring portion after placement or insertion of the gear ring corresponding holding shoulders are formed by plastic deformation of protrusions of the peripheral ring portion. Also other holding geometries can be formed by placing or inserting the gear ring on the peripheral ring portion thereof by local plastic deformation.
An dem Umformteil und an dem Zahnradring können geometrische Details ausgebildet sein, die als solche die Ausbildung jenes Verbindungsbereiches unterstützen und dessen mechanische Belastbarkeit optimieren.On the forming part and on the gear ring geometric details can be formed, which as such support the formation of that connection area and optimize its mechanical strength.
Das Nabenteil ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung so gestaltet, dass dieses einen planen, oder auch mit Sicken versehenen Tellerabschnitt umfasst, der sich zwischen dem Umfangsringabschnitt und dem Buchsenabschnitt erstreckt. Vorzugsweise erfolgt hierbei der Übergang zwischen dem Tellerabschnitt und dem Buchsenabschnitt über einen sich axial über den Tellerabschnitt erhebenden, zylindrischen Bund. Der Buchsenabschnitt kann dann auf einer dem Tellerabschnitt abgewandten Seite des Bunds an diesen angebunden sein und sich letztlich rückwärts wieder durch den Bund zurück erstrecken, so dass sich eine Doppelhülsenstruktur ergibt. Diese Art der Anbindung des Buchsenabschnitts an den Tellerabschnitt bietet unter strukturmechanischen Gesichtspunkten Vorteile und erlaubt es zudem die Außenumfangsfläche des Bunds als Sitzfläche für einen Lagerinnenring eines Wälzlagers, als unmittelbare Lauffläche für Wälzkörper (z.B. Nadeln), oder auch als Gleitlagerfläche zu nutzen.The hub part is designed according to a preferred embodiment of the invention so that this a plan, or with beads comprises provided plate portion extending between the peripheral ring portion and the sleeve portion. Preferably, in this case, the transition between the plate portion and the sleeve portion via an axially over the plate portion rising, cylindrical collar. The bushing section can then be connected to this on a side facing away from the plate portion of the collar to these and ultimately backwards back through the collar, so that there is a double-sleeve structure. This type of connection of the bushing portion of the plate portion offers advantages under structural mechanics and also allows the outer peripheral surface of the collar as a seat for a bearing inner ring of a rolling bearing to use as an immediate running surface for rolling elements (eg needles), or as a sliding bearing surface.
Bei einer Ausführung der Zahnradringe als innenverzahnte Zahnradringe, d.h. als Hohlradringe können die erfindungsgemäß als Blechumformteile gefertigten Nabenteile so gestaltet werden, dass diese im randnahen Bereich Reliefstrukturen bilden die axial von der Seite her leicht in die Verzahnung des entsprechenden Zahnradringes vordringen und damit eine Verdrehsicherung unterstützen. Der Zahnradring kann dann nach partiellem Eindringen in die Reliefgeometrie an dem Nabenteil fixiert werden indem ein Umfangsrandbereich des Umfangsringabschnitts derart umgeformt wird, dass dieser den Zahnradring umgreift und damit axial sichert.In an embodiment of the gear rings as internally toothed gear rings, i. as Hohlradringe the hub parts according to the invention manufactured as Blechumformteile can be designed so that they form relief structures in the near-edge region axially penetrate easily from the side into the toothing of the corresponding gear ring and thus support a rotation. The gear ring can then be fixed to partial penetration into the relief geometry of the hub part by a peripheral edge portion of the peripheral ring portion is transformed so that it engages around the gear ring and thus secures axially.
Im Innenbereich des Buchsenabschnittes kann durch plastische Umformung, oder auch auf spanabhebendem Wege eine Innenverzahnung ausgebildet sein, welche eine Drehmomentenübertragung auf einen entsprechend eingesteckten, komplementär verzahnten Wellenzapfen ermöglicht. Weiterhin kann auch im Innenbereich der Doppelbuchsenzone eine Verzahnungs- oder Mitnehmergeometrie ausgebildet werden die dann mit einem komplementär profilierten Hohlwellenzapfen einer Radantriebswelle in Eingriff bringbar ist. Dieser Hohlwellenzapfen taucht dann mit einem Mitnehmerprofil in einen komplementär konturierten Ringraum zwischen der Außenumfangsfläche des Buchsenabschnitts und der Innenumfangsfläche des Bundes ein und ist damit torsionssteif mit dem Nabenteil gekoppelt.In the inner region of the bushing section, an internal toothing can be formed by plastic deformation, or also on a metal-removing path, which enables a torque transmission to a correspondingly inserted, complementarily toothed shaft journal. Furthermore, a toothing or driving geometry can also be formed in the inner region of the double-beech zone which can then be brought into engagement with a complementarily profiled hollow-shaft journal of a wheel drive shaft. This hollow shaft journal then plunges with a driver profile in a complementary contoured annular space between the outer peripheral surface of the female portion and the inner peripheral surface of the collar and is thus torsionally coupled to the hub portion.
Kurzbeschreibung der FigurenBrief description of the figures
Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung. Es zeigt:Further details and features of the invention will become apparent from the following description taken in conjunction with the drawings. It shows:
Ausführliche Beschreibung der FigurenDetailed description of the figures
Die Darstellung nach
Das dargestellte Stirnraddifferential umfasst einen zum Umlauf um eine Umlaufachse X vorgesehenen Planetenträger
In dem vom ersten Abtriebsrad R1 umgriffenen Getriebeinnenbereich befindet sich ein Satz erster Umlaufplaneten P1 die mit der ersten Abtriebsradverzahnung
Das erste Abtriebsrad R1 und das zweite Abtriebsrad R2 sind hinsichtlich der Verzahnungsgeometrie derart aufeinander abgestimmt, dass der Kopfkreis K1 der Abtriebsradverzahnung
Die beiden Abtriebsräder R1, R2 sind als Hohlräder ausgeführt und derart ausgebildet, dass die Abtriebsradverzahnung
Die Umlaufplaneten P1 des ersten Satzes und die Umlaufplaneten P2 des zweiten Satzes sind baugleich ausgeführt. Die Umlaufplaneten P2 des zweiten Satzes sind jeweils über einen Achszapfen
Die Umlaufplaneten P1, P2 sind über einen Abschnitt ihres jeweiligen Achszapfens
Der Planetenträger
Die Einleitung der Antriebsleistung in das Differentialgetriebe erfolgt über die Stirnradverzahnung
Bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel eines Differentialgetriebes wird das erste Abtriebsrad R1 und auch das zweite Abtriebsrad R2 jeweils durch einen Zahnradring
Das entsprechende Nabenteil
Das jeweilige Nabenteil
In
Die Achsen XP1 der Umlaufplaneten P1 des ersten Satzes sind auf einem ersten Teilkreis TK1 angeordnet und die Achsen XP2 der Umlaufplaneten P2 des zweiten Satzes sind auf einem zweiten Teilkreis TK2 angeordnet. Der zweite Teilkreis TK2 weist einen Durchmesser D2 auf, der kleiner ist als der Durchmesser D1 des ersten Teilkreises TK1. Die Durchmesserdifferenz der beiden Teilkreise TK1, TK2 entspricht in etwa der zweifachen Zahnhöhe h der Zähne
Wie bereits angesprochen wird die kinematische Koppelung der Umlaufplaneten P1, P2 erfindungsgemäß erreicht, indem die Umlaufplaneten P2 des zweiten Satzes jeweils über einen Achszapfen
Wie erkennbar wird die Lagerung der Umlaufplaneten P1, P2 in dem Umlaufplanetenträger
Durch das hier gezeigte Konzept der kinematischen Koppelung der Umlaufplaneten P1, P2 über achsgleich auf dem Achszapfen
In den
Wie bereits bezüglich
Das Nabenteil
Das Nabenteil
In
In den
Das Nabenteil
In
Der Buchsenabschnitt
In
Das Nabenteil
Die durch das Gehäuse-Nabenteil
In
In
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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