DE102013208211A1

DE102013208211A1 - Toothed component

Info

Publication number: DE102013208211A1
Application number: DE102013208211.8A
Authority: DE
Inventors: Karl-Fritz Heinzelmann
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2013-05-06
Filing date: 2013-05-06
Publication date: 2014-11-06

Abstract

Verzahntes Bauteil (2) mit einem Bauteilkörper (18) und einer Verzahnung (12), dadurch gekennzeichnet, dass das verzahnte Bauteil (2) außerhalb des Bereichs der Verzahnung (12) zumindest eine örtliche Vergrößerung der Oberfläche aufweist, um einen erleichterten Temperaturübergang zwischen der Umgebung und dem verzahnte Bauteil (2) zu ermöglichen.Toothed component (2) with a component body (18) and a toothing (12), characterized in that the toothed component (2) outside the area of the toothing (12) has at least one local enlargement of the surface to facilitate a temperature transition between the To enable environment and the toothed component (2).

Description

Die Erfindung betrifft verzahnte Bauteile mit einem Bauteilkörper und einer Verzahnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to toothed components with a component body and a toothing according to the preamble of claim 1.

Verzahnte Bauteile finden in den verschiedensten Einsatzgebieten zum Beispiel in Form von klassischen Zahnrädern Anwendung. Durch die Bewegung eines Zahnrades und den Zahneingriff durch die Mitnahme eines weiteren Zahnrades bzw. Gegenstücks entsteht Wärme. Diese Wärme muss durch entsprechende Maßnahmen aus dem System abgeführt werden, da es ansonsten zu einer Beeinträchtigung der Lebensdauer des Zahnrades kommt.Toothed components are used in a wide variety of applications, for example in the form of conventional gears. The movement of a gear and the tooth engagement by the entrainment of another gear or counterpart heat. This heat must be dissipated by appropriate measures from the system, since otherwise it comes to a deterioration of the life of the gear.

Eine aus der Praxis bekannte Maßnahme zur Kühlung von verzahnten Bauteilen ist die Wärmeabfuhr mit Öl. Dies ist zum Beispiel aus dem Bereich der Getriebe bekannt, wo durch die hohe Drehzahl der Getriebezahnräder eine starke Wärmeentwicklung stattfindet. Zum Beispiel werden Zahnradpaarungen durch eine Pumpe über eine mit Öffnungen versehene Ölleitung eines Ölleitungsystems mit Öl versorgt. Da die Ölmengen oft nicht variabel einstellbar sind, wird immer mit der maximalen Ölmenge gekühlt, um maximal entstehende Temperaturen zu kühlen. Damit müssen ständig größere Mengen an Kühlöl gefördert werden.A measure known from practice for the cooling of toothed components is the heat dissipation with oil. This is known, for example from the field of transmissions, where due to the high speed of the gear wheels, a strong heat generation takes place. For example, gear pairs are oiled by a pump via an apertured oil line of an oil line system. Since the amounts of oil are often not variably adjustable, is always cooled with the maximum amount of oil in order to cool the maximum resulting temperatures. This constantly larger amounts of cooling oil must be promoted.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein verzahntes Bauteil vorzuschlagen, das eine verbesserte Wärmeabfuhr ermöglicht um somit andere Kühlmaßnahmen zu ersetzen oder zumindest die Wärmeabfuhr in Verbindung mit weiteren Maßnahmen zu verbessern.The present invention is therefore based on the object to propose a toothed component which allows improved heat dissipation in order thus to replace other cooling measures or at least to improve the heat dissipation in conjunction with further measures.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einem verzahnten Bauteil gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.According to the invention, this object is achieved with a toothed component according to the features of patent claim 1. Further advantageous embodiments will be apparent from the dependent claims.

Es wird ein verzahntes Bauteil mit einem Bauteilkörper und einer Verzahnung vorgeschlagen, dass außerhalb des Bereichs der Verzahnung zumindest eine örtliche Vergrößerung der Oberfläche aufweist, um einen erleichterten Temperaturübergang zwischen der Umgebung und dem verzahnte Bauteil zu ermöglichen. Das verzahnte Bauteil muss dazu zumindest eine Fläche mit einer vergrößerten Oberfläche oder zumindest ein Kühlbauteil, das eine vergrößerte Oberfläche besitzt, aufweisen. Die vergrößerte Oberfläche kann zum Beispiel rippenförmig oder lamellenförmig ausgebildet sein. Es sind aber auch andere Formen denkbar.It is proposed a toothed component with a component body and a toothing that outside the region of the toothing has at least a local enlargement of the surface in order to facilitate a facilitated temperature transition between the environment and the toothed component. For this purpose, the toothed component must have at least one surface with an enlarged surface or at least one cooling component that has an enlarged surface. The enlarged surface may be formed, for example, rib-shaped or lamellar. But there are also other forms conceivable.

Wird die vergrößerte Oberfläche über ein separates Kühlbauteil verwirklicht, kann das Kühlbauteil fest oder lösbar an einer Fläche des Bauteilkörpers angebracht sein. Es ist möglich, das Kühlbauteil nicht nur außen am verzahnten Bauteil anzubringen, sondern auch teilweise im Zahnrad integriert. Das Kühlbauteil kann direkt oder über ein zusätzliches Medium mit dem verzahnten Bauteil verbunden sein. Zum Beispiel könnte eine zusätzliche wärmeleitfähige Paste zwischen dem Kühlbauteil und dem verzahnten Bauteil aufgetragen werden.If the enlarged surface realized via a separate cooling member, the cooling member may be fixed or detachably attached to a surface of the component body. It is possible to attach the cooling member not only outside of the toothed component, but also partially integrated in the gear. The cooling component can be connected directly or via an additional medium with the toothed component. For example, an additional thermally conductive paste could be applied between the cooling member and the toothed component.

Das verzahnte Bauteil, die vergrößerte Oberfläche oder das Kühlbauteil sollten bevorzugt aus einem wärmeleitfähigen Material bestehen, wie z. B. Aluminium, Kupfer oder auch keramische Werkstoffe. Die vergrößerte Oberfläche bzw. das Kühlbauteil kann an verschiedenen Stellen des Bauteilkörpers angeordnet sein. Beispielsweise ist eine axiale Anordnung an einer Seitenfläche des verzahnten Bauteils möglich. Ebenfalls kann die vergrößerte Oberfläche sowie das Kühlbauteil radial an einem inneren Umfang des verzahnten Bauteils angebracht sein.The toothed component, the enlarged surface or the cooling member should preferably consist of a thermally conductive material, such as. As aluminum, copper or ceramic materials. The enlarged surface or the cooling component can be arranged at different points of the component body. For example, an axial arrangement on a side surface of the toothed component is possible. Also, the enlarged surface and the cooling member may be mounted radially on an inner circumference of the toothed member.

Das Kühlöl selbst kann auf unterschiedliche Weise zum verzahnten Bauteil transportiert werden. Es kann zum Beispiel in einer Welle fließen, die zum verzahnten Bauteil hinführt oder durch eine Welle, auf der das verzahnte Bauteil gelagert ist, wobei das Kühlöl dabei durch Bohrungen zum verzahnten Bauteil und zur vergrößerten Oberfläche geführt werden kann. Das Kühlöl kann beispielsweise im Bauraum selbst vorhanden sein und durch Beölungssysteme, wie etwa bei der Tauchschmierung, befördert werden. Ebenfalls ist die Schaffung eines Kühlölflusses mit Hilfe einer Pumpe möglich.The cooling oil itself can be transported in different ways to the toothed component. It can, for example, flow in a shaft leading to the toothed component or through a shaft on which the toothed component is mounted, wherein the cooling oil can be guided through bores to the toothed component and to the enlarged surface. The cooling oil can for example be present in the installation space itself and be transported by oiling systems, such as in the case of splash lubrication. Also, the creation of a cooling oil flow by means of a pump is possible.

Das Einsatzgebiet derartiger verzahnter Bauteile ist vielfältig. Es kann beispielsweise in einem Fahrzeuggetriebe verbaut sein, wobei das verzahnte Bauteil zum Beispiel als Stirnrad eines Zahnradpaares oder in einem Planetengetriebe des Getriebes verbaut sein kann, etwa als Sonnenrad.The field of application of such toothed components is diverse. It may for example be installed in a vehicle transmission, wherein the toothed component may be installed, for example, as a spur gear of a gear pair or in a planetary gear of the transmission, such as a sun gear.

Die Erfindung wird nun anhand der folgenden Figuren näher erläutert:The invention will now be explained in more detail with reference to the following figures:

1: Schnitt durch ein verzahntes Bauteil gemäß dem Stand der Technik 1 : Section through a toothed component according to the prior art

2: Schnitt durch ein erfindungsgemäßes verzahntes Bauteil gemäß einer ersten Ausführungsvariante 2 : Section through an inventive toothed component according to a first embodiment

3: Schnitt durch ein erfindungsgemäßes verzahntes Bauteil in einer zweiten Ausführungsvariante 3 : Section through an inventive toothed component in a second embodiment

4: Schnitt durch ein erfindungsgemäßes verzahntes Bauteil in einer dritten Ausführungsvariante 4 : Section through an inventive toothed component in a third embodiment

5: Schnitt durch ein erfindungsgemäßes verzahntes Bauteil in einer vierten Ausführungsvariante 5 : Section through an inventive toothed component in a fourth embodiment

1 zeigt ein verzahntes Bauteil 2, in Form eines Sonnenrades eines Planetengetriebes, gemäß dem Stand der Technik. Das verzahnte Bauteil 2 besitzt einen Bauteilkörper 18 und eine Verzahnung 12 und wird von Kühlöl 4 durchflossen, wobei das verzahnte Bauteil 2 ist in der Verzahnung 12 gelagert ist. Der Ölfluss 6, der zum Beispiel aus einer Hauptwelle zum verzahnten Bauteil 2 fließen kann, ist mit Hilfe von Pfeilen eingezeichnet. Das Kühlöl 4 fließt damit durch das verzahnte Bauteil 2 und transportiert die Wärme des verzahnten Bauteils 2 ab. Der Wärmestrom 10 ist ebenfalls mit Hilfe eines Pfeiles eingezeichnet. Die Wärme entsteht in den Zähnen der Verzahnung 12 des verzahnten Bauteils 2 und wird zu einem bedeutenden Teil durch den Bauteilkörper 18 des verzahnten Bauteils 2 zum Kühlöl 4 geleitet. Das Kühlöl 4 kann nach Durchströmen des verzahnten Bauteils 2 axial in Bohrungen anderer Bauteile, wie zum Beispiel eines Plaetenträgers, oder radial weg fließen. Die Fläche, die vom Kühlöl 4 durchströmt wird, ist dabei von der Breite sowie dem Innendurchmesser des verzahnten Bauteils 2 vorgegeben. 1 shows a toothed component 2 , in the form of a sun gear of a planetary gear, according to the prior art. The toothed component 2 has a component body 18 and a gearing 12 and is from cooling oil 4 flowed through, wherein the toothed component 2 is in the teeth 12 is stored. The oil flow 6 , for example, from a main shaft to the toothed component 2 flow is indicated by arrows. The cooling oil 4 flows through the toothed component 2 and transports the heat of the toothed component 2 from. The heat flow 10 is also drawn with the help of an arrow. The heat is generated in the teeth of the teeth 12 of the toothed component 2 and becomes a significant part of the component body 18 of the toothed component 2 to the cooling oil 4 directed. The cooling oil 4 can after flowing through the toothed component 2 axially in bores of other components, such as a plate carrier, or flow radially away. The area covered by the cooling oil 4 is flowed through, is of the width and the inner diameter of the toothed component 2 specified.

In der 2 ist ein erfindungsgemäßes verzahntes Bauten 2 dargestellt, wobei es sich wiederum um ein Sonnenrad eines Planetengetriebes handelt. Es fließt ebenfalls Kühlöl 4 durch einen Ölkanal. Der Ölfluss 6 und dessen Fließrichtung ist mit Pfeilen gekennzeichnet. Um nun eine größere Wärmemenge an das Kühlöl 4 abzugeben, wurde die Oberfläche des Bauteilkörpers 18 des verzahnten Bauteils 2 radial innen am verzahnten Bauteil 2 vergrößert. Dies wurde durch eine erste Kontur 8 in Form von Dreiecken erreicht. Der Wärmestrom 10, der ebenfalls mit Hilfe von Pfeilen veranschaulicht wird, fließt damit von den Zähnen der Verzahnung 12 des verzahnten Bauteils 2 über den Bauteilkörper 18 des verzahnten Bauteils zur ersten Kontur 8 und wird dort an das Kühlöl 4 abgegeben und von diesem abtransportiert.In the 2 is an inventive toothed structures 2 shown, which in turn is a sun gear of a planetary gear. It also flows cooling oil 4 through an oil channel. The oil flow 6 and its flow direction is indicated by arrows. To now a larger amount of heat to the cooling oil 4 was the surface of the component body 18 of the toothed component 2 radially inside the toothed component 2 increased. This was done by a first contour 8th achieved in the form of triangles. The heat flow 10 , which is also illustrated by arrows, thus flows from the teeth of the teeth 12 of the toothed component 2 over the component body 18 of the toothed component to the first contour 8th and gets there to the cooling oil 4 delivered and transported away from this.

3 zeigt eine weitere erfindungsgemäße Variante eines verzahnten Bauteils 2. Es wird wiederum ein verzahntes Bauteil 2 mit der Verzahnung 12 und dem Bauteilkörper 18 abgebildet, dass von Kühlöl 4 durchflossen wird. Der Kühlölfluss 6 ist mit Hilfe von Pfeilen dargestellt. An der radial inneren Seite des verzahnten Bauteils 2 wurde nun ein zusätzliches Kühlbauteil 16 angebracht, welches zur Vergrößerung der Oberfläche des verzahnten Bauteils 2 dient. Das Kühlbauteil 16 weist dafür eine zweite Kontur 14 auf. Die Kontur 14 besteht aus mit Abstand nebeneinander angebrachten Rippen, durch die das Kühlöl 4 fließen kann und den Wärmestrom 10 aufnimmt. 3 shows a further variant of a toothed component according to the invention 2 , It will turn a toothed component 2 with the teeth 12 and the component body 18 pictured that of cooling oil 4 is flowed through. The cooling oil flow 6 is represented by arrows. At the radially inner side of the toothed component 2 now became an additional cooling component 16 attached, which for enlarging the surface of the toothed component 2 serves. The cooling component 16 has a second contour for this 14 on. The contour 14 consists of by far side by side attached ribs, through which the cooling oil 4 can flow and the heat flow 10 receives.

In 4 wird ein weiteres verzahntes Bauteil 2 dargestellt, wobei es sich in diesem Beispiel um ein Losrad eines Getriebes handelt, das ebenfalls aus einer Verzahnung 12 und einem Bauteilkörper 18 besteht. Das verzahnte Bauteil 2 sitz auch einer Welle 20 mit einer Ölbohrung 22, wobei die Welle 20 zur Kühlung mit Kühlöl 4 durchflossen ist. Das Kühlöl 4 fließt nicht nur durch die Welle 20, sondern auch durch die Ölbohrung 22 an dem verzahnten Bauteil 2 entlang. Der Ölfluss 6 ist mit Pfeilen in die Figur eingezeichnet. Radial innen von den Zähnen der Verzahnung 12 am Bauteilkörper 18, an einer axialen Seitenfläche, ist ein Kühlbauteil 16 angebracht, das eine zweite Kontur 14 besitzt. Die zweite Kontur 14 besteht aus Rippen, die radial ausgerichtet sind und dient zur Vergrößerung der Oberfläche des verzahnten Bauteils 2. Der Wärmestrom 10 ist mit Pfeilen dargestellt und wird von der Verzahnung 12 in den Bauteilkörper 18 geleitet und zu einem bedeutenden Teil über das Kühlbauteil 16 an das aus der Ölbohrung 22 fließende Kühlöl 4 abgegeben. Die Ölbohrung 22 könnte dabei auch durch das verzahnte Bauteil 2 führen und damit den Ölfluss 6 durch die Welle 20 und einen Teil des verzahnten Bauteiles 2 zur zweiten Kontur 14 führen.In 4 becomes another toothed component 2 shown, which in this example is a loose wheel of a transmission, which also consists of a toothing 12 and a component body 18 consists. The toothed component 2 also sit a wave 20 with an oil hole 22 , where the wave 20 for cooling with cooling oil 4 is flowing through. The cooling oil 4 does not just flow through the shaft 20 but also through the oil well 22 on the toothed component 2 along. The oil flow 6 is marked with arrows in the figure. Radial in from the teeth of the gearing 12 on the component body 18 at an axial side surface is a cooling member 16 attached, that is a second contour 14 has. The second contour 14 consists of ribs which are radially aligned and serves to enlarge the surface of the toothed component 2 , The heat flow 10 is shown with arrows and is from the teeth 12 in the component body 18 directed and to a significant extent on the cooling component 16 to that from the oil well 22 flowing cooling oil 4 issued. The oil hole 22 could also be due to the toothed component 2 lead and thus the oil flow 6 through the wave 20 and a part of the toothed component 2 to the second contour 14 to lead.

5 zeigt ein weiteres verzahntes Bauteil 2, wobei es sich in diesem Beispiel ebenfalls um ein Losrad eines Getriebes handelt, das aus einer Verzahnung 12 und einem Bauteilkörper 18 besteht. Das verzahnte Bauteil 2 sitzt dabei auf einer Welle 20 mit einer Ölbohrung 22, welche zur Kühlung mit Kühlöl 4 durchflossen ist, wobei das Kühlöl 4 nicht nur durch die Welle 20 fließt, sondern auch durch die Ölbohrung 22 am verzahnten Bauteil 2 entlang. Der Ölfluss 6 ist mit Pfeilen in die Figur eingezeichnet. Es ist wieder ein Kühlbauteil 16 radial innen von den Zähne der Verzahnung 12 am Bauteilkörper 18 angebracht. Diesmal ist das Kühlbauteil 16 im Bauteilkörper 18 des verzahnten Bauteils 2 befestigt. Das Kühlbauteil 16 besitzt wiederum eine zweite Kontur 14. Die Kontur 14 besteht aus Rippen zur Vergrößerung der Oberfläche des verzahnten Bauteils 2, wobei die Rippen axial ausgerichtet sind. Der Wärmestrom 10 wird von der Verzahnung 12 in den Bauteilkörper 18 geleitet und über des Kühlbauteil 16 an das aus der Ölbohrung 22 fließende Kühlöl 4 abgegeben. 5 shows another toothed component 2 , In this example, it is also a loose wheel of a transmission that consists of a toothing 12 and a component body 18 consists. The toothed component 2 sits on a wave 20 with an oil hole 22 , which for cooling with cooling oil 4 is flowed through, with the cooling oil 4 not just by the wave 20 flows, but also through the oil well 22 at the toothed component 2 along. The oil flow 6 is marked with arrows in the figure. It is again a cooling component 16 radially inward of the teeth of the toothing 12 on the component body 18 appropriate. This time is the cooling component 16 in the component body 18 of the toothed component 2 attached. The cooling component 16 again has a second contour 14 , The contour 14 consists of ribs for enlarging the surface of the toothed component 2 wherein the ribs are axially aligned. The heat flow 10 is from the gearing 12 in the component body 18 passed and over the cooling component 16 to that from the oil well 22 flowing cooling oil 4 issued.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

22: verzahntes Bauteiltoothed component
44: Kühlölcooling oil
66: Ölflussoil flow
88th: erste Konturfirst contour
1010: Wärmestromheat flow
1212: Verzahnunggearing
1414: zweite Kontursecond contour
1616: Kühlbauteilcooling component
1818: Bauteilkörpercomponent body
2020: Wellewave
2222: Ölbohrungoil well

Claims

Toothed component ( 2 ) with a component body ( 18 ) and a gearing ( 12 ), characterized in that the toothed component ( 2 ) outside the area of the toothing ( 12 ) has at least one local enlargement of the surface in order to facilitate a temperature transition between the environment and the toothed component ( 2 ).

Toothed component ( 2 ) according to claim 1, characterized in that the toothed component ( 2 ) at least one surface on the component body ( 18 ) having an increased surface area.

Toothed component ( 2 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the toothed component ( 2 ) at least one cooling component ( 16 ) having the enlarged surface.

Toothed component ( 2 ) according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the enlarged surface is in the form of ribs.

Toothed component ( 2 ) according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the enlarged surface is in the form of lamellae.

Toothed component ( 2 ) according to claim 3, 4 or 5, characterized in that the cooling component ( 16 ) directly or indirectly via an additional medium with the toothed component ( 2 ) connected is.

Toothed component ( 2 ) according to claim 3, 4, 5 or 6, characterized in that the cooling component ( 16 ) fixed or detachable on the toothed component ( 2 ) is attached.

Toothed component ( 2 ) according to claim 3, 4, 5, 6 or 7, characterized in that the cooling component ( 16 ) in or on the component body ( 18 ) is attached.

Toothed component ( 2 ) according to one of the preceding claims, characterized in that either the complete toothed component ( 2 ) or the cooling component ( 16 ) consists of a thermally conductive material.

Toothed component ( 2 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the toothed component ( 2 ) is installed in a planetary gear.

Toothed component ( 2 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the toothed component ( 2 ) is installed in a vehicle transmission.

Toothed component ( 2 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the enlarged surface or the cooling component ( 16 ) axially on a side surface of the toothed component ( 2 ) is attached.

Toothed component ( 2 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the enlarged surface or the cooling component ( 16 ) radially on an inner circumference of the toothed component ( 2 ) is attached.