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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verbindungsanordnung zwischen zumindest zwei Bauteilen zur Momenten- und Axialkraftabstützung sowie Montageverfahren für die Verbindungsanordnung.
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Beispielsweise aus der Druckschrift
DE 195 44 316 A1 ist eine Drehgliedkopplungsstruktur für Kraftübertragungsvorrichtungen zur Koppelung einer Abtriebswelle mit einem Hohlrad eines Planetengetriebes bekannt. Das Hohlrad weist einen innenliegenden und radial nach innengezahnten Ring in Umfangsrichtung auf, der mit dem Hohlrad verschweißt ist. Die Abtriebswelle weist ein Abtriebsrad auf, welches ringförmig angeordnete axiale Zähne umfasst. Die axialen Zähne des Abtriebsrades greifen im montierten Zustand formschlüssig in radiale Zähne des innengezahnten Ringes an dem Hohlrad ein. Hierbei ist es nachteilig, dass neben den beiden zu verbindenden Bauteile, nämlich dem Hohlrad und der Abtriebswelle zusätzliche Bauteile erforderlich sind. Des Weiteren ist der Umfangsring als zusätzliches Bauteil mit dem Hohlrad fest verbunden.
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Aus der Druckschrift
DE 10 2008 040 123 A1 ist eine Getriebevorrichtung mit wenigstens einem Planetenradsatz und einem reibschlüssigen Schaltelement bekannt. Die Getriebevorrichtung umfasst eine Baugruppe mit einem Planetenradsatz und einer Lamellenbremse, wobei eine formschlüssige Verbindung des Innenlamellenträgers als Trägerelement mit einem Hohlrad des Planetenradsatzes vorgesehen ist. Hierzu ist an dem Hohlrad eine axial ausgerichtete Verzahnung vorgesehen, die in korrespondierende Ausnehmungen des Innenlamellenträgers mit Spiel eingesetzt wird. Hierbei ergibt sich der Nachteil, dass der Innenlamellenträger radial das Hohlrad umgreift, wodurch sich ein Bauraumnachteil ergibt, weil durch die vorgegebene Kontur der Außendurchmesser des Hohlrades nicht veränderbar ist. Folglich geht die Vergrößerung des Laufzahndurchmessers mit einer Verringerung der Zahnkranzdicke bei dem Hohlrad einher.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Verbindungsanordnung sowie Montageverfahren der eingangs beschriebenen Gattung vorzuschlagen, bei der eine Verbindung der Bauteile ohne Bauraumnachteile ermöglicht wird.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches 1 bzw. 12 bzw. 13 gelöst, wobei sich vorteilhafte Weiterbildungen aus den Unteransprüchen und der Beschreibung sowie den Zeichnungen ergeben.
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Es wird eine Verbindungsanordnung zwischen zwei Bauteilen zur Momenten- und Axialkraftabstützung vorgeschlagen, wobei ein erstes Bauteil als Topfelement eines Automatikgetriebes und ein zweites Bauteil als Hohlrad des Automatikgetriebes zumindest abschnittsweise rohrförmig ausgebildet sind und an den einander zugewandten Endbereichen Zähne zum Bilden einer stirnseitigen Verzahnung zum lösbaren formschlüssigen Verbinden aufweisen.
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Somit wird eine Verbindungsanordnung mit zwei rohrartigen Bauteilen oder dergleichen realisiert, die jeweils zum Bilden der Verzahnung vorzugsweise an ihren Endbereichen axial bzw. stirnseitig vorstehende kronenartige, klauenartige oder dergleichen Zähne aufweisen. Die durch das axiale Inneinandergreifen der Zähne gebildete Verzahnung dient zur tangentialen und zur radialen Kraftabstützung, wobei die axiale Festsetzung der Bauteile vorzugsweise über einen Sprengring, Sicherungsring oder dergleichen erfolgt, der in umlaufenden radialen Nuten montiert ist. Die Nuten befinden sich sowohl beim ersten als auch beim zweiten Bauteil im Bereich der stirnseitigen Verzahnung. Aus diesem Grund verfügen beide Bauteile über unterbrochene radiale Nuten am Innendurchmesser der Zähne bzw. Verzahnung, so dass bei der Montage durch das Zusammenstecken der Verzahnungspartner eine in diesem Sinne einzelne Sprengringnut gebildet wird, die über den Umfang der Verzahnung verläuft.
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Es ist vorgesehen, dass das erste Bauteil als Topfelement und das zweite Bauteil als Hohlrad eines Planetenradsatzes in einem Gehäuse eines Automatikgetriebes ausgebildet sind. Vorzugsweise ist das Topfelement in einem Gehäuse eines Achtgang-Automatikgetriebes in Planetenbauweise angeordnet und das Hohlrad bildet ein Bauteil des vierten Planetenradsatz in dem Achtgang-Automatikgetriebe.
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Es sind auch andere Verwendungen der vorgeschlagenen Verbindungsanordnung möglich, um eine formschlüssige Verbindung zu schaffen, die insbesondere in radialer Hinsicht keinen zusätzlichen Bauraum benötigt und somit eine bauraumneutrale Verbindung realisiert.
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird auch durch besonders vereinfachte Montageverfahren bzw. Montagereihenfolgen für vorgeschlagene Ausführungsvarianten der erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung gelöst, die anhand der entsprechenden Figuren beschrieben und beansprucht werden.
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Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand der verschiedenen Ausführungsvarianten der erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung anhand der Zeichnungen weiter erläutert. Es zeigen:
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1 eine schematische, geschnittene Ansicht einer möglichen Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung zur Momenten- und Axialkraftabstützung;
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2 eine schematische, geschnittene Ansicht einer alternativen Ausführung der Verbindungsanordnung mit einem Topfelement und einem mit diesem zu verbindenden Hohlrad eines Automatikgetriebes;
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3 eine schematische, geschnittene Ansicht gemäß 2 mit einer alternativen Ausführung der Verbindungsanordnung;
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4 eine schematische, geschnittene Ansicht gemäß 1 der Verbindungsanordnung im Zugbetrieb als erster Lastfall;
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5 eine schematische, geschnittene Ansicht gemäß 1 der Verbindungsanordnung im Schubbetrieb als zweiter Lastfall;
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6 eine schematische, geschnittene Ansicht gemäß 1 mit radialen Nuten mit Hinterschnitt als Verlierersicherung zur Axialkraftabstützung;
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7 eine Einzelteilansicht eines Sprengringes mit konisch verlaufenden Flanken;
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8 und 8A vergrößerte Ansichten zweier korrespondierender Zähne der Verzahnung der Verbindungsanordnung mit jeweils einseitig einen Neigungswinkel aufweisenden Nutflanken;
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9 und 9A eine schematische Ansicht einer alternativen Ausführung gemäß 8 und 8A;
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10 und 10A eine schematische vergrößerte Ansicht von korrespondierenden Zähnen der Verzahnung der Verbindungsanordnung mit beidseitig einen Neigungswinkel aufweisenden Nutflanken;
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11 eine schematische Ansicht der Verbindungsanordnung gemäß 1 mit einem konischen Sprengring als Axialkraftabstützung im Zugbetrieb;
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12 eine schematische Ansicht der Verbindungsanordnung gemäß 11 im Schubbetrieb;
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13 eine schematische Ansicht korrespondierender Zähne der Verzahnung der Verbindungsanordnung mit einer Nut ohne Hinterschnitt und mit einer Nut mit Hinterschnitt;
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14 eine schematische Ansicht der Verbindungsanordnung gemäß 3 im Zugbetrieb;
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15 eine schematische Ansicht der Verbindungsanordnung gemäß 14 im Schubbetrieb;
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16 eine schematische, geschnittene Ansicht einer weiteren Ausführungsvariante der Verbindungsanordnung;
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17 bis 19 erfindungsgemäße Montagereihenfolgen der Verbindungsanordnung gemäß 16;
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20 eine schematische, geschnittene Ansicht einer weiteren Ausführungsvariante der Verbindungsanordnung; und
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21 bis 23 erfindungsgemäße Montagereihenfolgen der Verbindungsanordnung gemäß 20.
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In 1 ist die erfindungsgemäße Verbindungsanordnung beispielhaft mit einem ersten rohrartigen Bauteil 1 und einem zweiten rohrartigen Bauteil 2 dargestellt, welche jeweils stirnseitig angeordnete und in axialer Richtung verlaufende kronenartige oder klauenartige Zähne 5, 5A zum Bilden einer Verzahnung 6, zum Beispiel einer Kronenverzahnung, aufweisen. Die rotationssymetrischen Bauteile 1, 2 sind koaxial zu einer Zentralachse 12 angeordnet. Als Element zur Axialkraftabstützung wird beispielhaft ein Sprengring 3 als Sicherungsring verwendet. Der Sprengring 3 ist in Nuten 4, 4A der Zähne 5, 5A der stirnseitigen Verzahnung der beiden Bauteile 1, 2 vorgesehen. Die Nuten 4, 4A bilden eine umlaufende radiale Sicherungsringnut bzw. Sprengringnut, da die Nuten 4, 4A an jedem Zahn 5, 5A der Bauteile 1, 2 am Innendurchmesser korrespondierend angeordnet sind, so dass nach der Montage und dem Zusammenführen der Verzahnungspartner bzw. Zähne 5, 5A der Verzahnung 6 die umlaufende Sprengringnut realisiert wird.
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Eine bevorzugte Ausführung der Verbindungsanordnung ist in 2 dargestellt, bei der das erste Bauteil 1 als Topfelement 7 und das zweite Bauteil 2 als Hohlrad 8 in einem Gehäuse 11 eines Automatikgetriebes ausgebildet sind. Durch das axiale Zusammenfügen der Zähne 5, 5A als Kronenverzahnungen greift das Topfelement 7 nicht mehr radial über das Hohlrad 8. Dadurch wird radialer Einbauraum frei, welches ein Bauraumvorteil bedeutet. Dieser kann genutzt werden, um die Zahnkranzdicke des Hohlrades 8 zu erhöhen oder um den Durchmesser der Laufverzahnung zu vergrößern und in diesem Zusammenhang die Standübersetzung des Planentenradsatzes anzuheben. In 2 ist die Nutzbarkeit des entstehenden zusätzlichen radialen Einbauraumes anhand des Maßes X gekennzeichnet.
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Der Vorteil durch die erhöhte Zahnkranzdicke bei dem Hohlrad 8 ist ein geringerer Polygoneffekt. Auf diese Weise verbessert sich das akustische Verhalten des Radsatzes. Die Belastungsgrenze wird dabei angehoben. Dadurch entsteht Potenzial, um den Radsatz bei höheren Belastungen mit weniger Planetenräder zu bestücken. Bei dem bevorzugten Anwendungsbeispiel, bei dem das Topfelement in einem Getriebegehäuse eines Achtgang-Automatikgetriebes in Planetenbauweise angeordnet ist und das Hohlrad dem vierten Planetenradsatz des Achtgang-Automatikgetriebes zugeordnet ist, eröffnet die erfindungsgemäße Verbindungsanordnung die Möglichkeit, auch bei stärkeren Motoranwendungen, welche üblicherweise vier Planetenräder erfordern, lediglich den Planetenradsatz mit drei Planetenrädern zu bestücken. Durch die Einsparung eines Planetenrades ergibt sich ein deutlicher Kostenvorteil.
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Bei dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Topfelement 7 axial neben dem Hohlrad 8 angeordnet, so dass die Zähne 5, 5A der gemeinsamen Verzahnung 6 an den Endbereichen axial ineinandergreifen.
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In 3 ist eine weitere Ausführung der erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung dargestellt, bei der das Topfelement 7A zur Erhöhung der Fliehkraftfestigkeit im Bereich der Verzahnung 6 radial außen verschlossen ist. Dadurch entsteht eine spezielle Kronenverzahnung, welche stabilere Zähne aufweist. Die Zähne der Kronenverzahnung am Hohlrad 8 bleiben dabei unverändert. Hierbei ergibt sich der Vorteil, dass topfelementseitig eine Anlagefläche 9 zur Axialkraftabstützung bei zumindest einem Lastfall vorgesehen ist.
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In den 4 bis 13 werden verschiedene Varianten zur Gestaltung der Axialkraftabstützung dargestellt.
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Die 4 und 5 zeigen zwei im Betrieb mögliche Lastfälle. In 4 ist der Zugbetrieb als erster Lastfall dargestellt, d.h. die beiden Bauteile 1, 2 werden auseinandergezogen. In 5 ist der Schubbetrieb als zweiter Lastfall dargestellt. Hierbei werden die Verbindungspartner zusammengedrückt. In beiden Lastfällen erfolgt die Axialkraftabstützung über den Sprengring 3 der konisch ausgeführt ist und durch die geneigten Nutflanken der Nuten 4, 4A, welches durch eine gepunktete Linie in den 4 und 5 angedeutet ist. In 4 ist die Wirkung der schrägen Nutflanke der Nut 4 des zweiten Bauteils 2 und in 5 ist die Wirkung der schrägen Nutflanke der Nut 4A des ersten Bauteils 1 gezeigt.
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Damit sich der Sprengring 3 im Betrieb nicht aus der Sprengringnut herausbewegt, wird er in den Nuten 4, 4A mit Hinterschnitt 10 montiert, wie dies in 6 dargestellt ist. Diese Sicherung funktioniert unter Last, indem in jedem Betriebssystem mindestens eine geneigte Nutflanke von mindestens einem der beiden Verbindungspartner gegen den Sprengring 3 gepresst wird. Die angesprochenen Schrägen bzw. geneigten Nutflanken erzeugen den Hinterschnitt 10 in der Nut 4, 4A. Dies bedeutet, dass die Nutbreite zum Nutgrund hin größer wird. Die schräge Nutflanke bewirkt zusammen mit dem konischen Sprengring 3, dass dieser in den Nutgrund gezogen wird und nicht aus der Sprengringnut heraus springen kann.
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In 7 ist der konische Sprengring 3 in einer Einzelteilansicht dargestellt. Der Sprengring 3 besitzt einen symmetrischen Neigungswinkel bzw. Öffnungswinkel von zweimal α/2. Dies bedeutet, dass die konische Form an jeder Seite die Hälfte des Neigungswinkels α beträgt.
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In den 8 bis 10A sind Varianten zur Gestaltung der radialen Nuten 4, 4A in den Bauteilen 1, 2 dargestellt, welche sich in der Anordnung und der Anzahl der geneigten Nutflanken unterscheiden.
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In einer ersten Variante verfügen beide Nuten 4, 4A jeweils über eine geneigte Flanke. Hier ist es notwendig, dass sich die geneigten Nutflanken der Bauteile 1, 2 auf der gleichen Seite des Sprengrings 3 befinden. Dabei ist es nicht relevant, ob beide schrägen Flanken auf der linken oder rechten Seite des Sprengrings 3 angeordnet sind, welches in den 8 bis 9A dargestellt ist.
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Der Neigungswinkel α muss jedoch das dargestellte Maß besitzen, wenn die gegenüberliegende Nutflanke senkrecht verläuft. Wahlweise ist es auch möglich, beide Nutflanken beider Bauteile 1, 2 mit dem halben Neigungswinkel α/2 anzustreben, so dass die Nutgeometrie die Sprengringgeometrie abbildet, welches in den 10 und 10A dargestellt ist.
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In den 11 bis 13 werden weitere Varianten zur Ausgestaltung der Sprengringnut vorgestellt.
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Im Zugbetrieb erfolgt die Axialkraftabstützung über den konischen Sprengring 3, welcher gegen das Verlieren durch eine Nut 4, 4A mit Hinterschnitt 10 gesichert ist. In 13 ist dies durch den Sprengring 3 aufgrund einer geneigten Nutflanke der Nut 4 an dem Zahn 5 des zweiten Bauteils 2 durch eine gepunktete Linie angedeutet, während der korrespondierende Zahn 5A des ersten Bauteils 1 in der Nut 4A keine geneigte Nutflanke aufweist, welches ebenfalls durch eine gepunktete Linie angedeutet ist.
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Im Schubbetrieb ist der Sprengring 3 lastfrei in der Nut 4, 4A. Die Axialkräfte werden durch eine Anschlagfläche 13 zwischen den beiden Bauteilen 1, 2 aufgenommen, welches in 12 gezeigt ist.
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Die in 3 dargestellte Ausführungsvariante mit einem außen geschlossenen Topfelement 7A zur Erhöhung der Fliehkraftfestigkeit ist ein Beispiel mit einer axialen Abstützung durch den Sprengring 3 bei Zugbelastung und durch einen Axialanschlag bei Schubbelastung, welches 14 und 15 verdeutlichen. Im Schubbetrieb findet die axiale Kraftübertragung über die Abstützung der Stirnseite der Hohlrad-Kronenverzahnung auf der Anschlagsfläche 9 im Zahnfuß des Topfelements 7A statt. Der Vorteil der gegenseitigen Kraftabstützung durch die Stirnseiten der Kronenverzahnungen ergibt zusätzlich eine geringe Flächenpressung gegenüber einer Abstützung über einen Sprengring, da die gesamten stirnseitigen Flächen der Kronen ausgenutzt werden und sich somit die Kraft auf eine große Fläche verteilt.
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16 zeigt eine weitere Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung, bei der die axiale Kraftübertragung im Zug- und Schubbetrieb über den Sprengring 3 realisiert wird. Bei dieser Ausführungsvariante ist die Erhöhung der axialen sowie radialen Überdeckung vorteilhaft. Durch den Entfall der axialen Anschlagsfläche 9 kann der entstehende Baumbauraum genutzt werden, um die Zahnlänge des Topfelements 7 und die Krone des Hohlrades 8 zu verlängern. Dadurch kann die Flächenpressung für die tangentiale Kraftübertragung verkleinert werden. Ein weiterer Vorteil bietet diese Anbindungsvariante für die Montage, denn durch die erfindungsgemäße Verbindungsanordnung ist es möglich, den Sprengring 3 mit dem Hohlrad 8 vorzukomplettieren bzw. vorzumontieren und dadurch eine einfachere Montage zu realisieren.
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Die Montageschritte eines entsprechenden Verfahrens zum Montieren einer Verbindungsanordnung gemäß 16 sind in den 17 bis 19 dargestellt. Bei dem ersten Verfahrensschritt gemäß 17 wird der Sprengring 3 auf dem Innendurchmesser der Zähne 5 des Hohlrades 8 platziert. Dadurch ist der Sprengring 3 vorgespannt und kann vorerst an dieser Position verbleiben. Im nächsten Verfahrensschritt gemäß 18 können die Zähne 5 des vorkommenden Hohlrades 8 und die Zähne 5A des Topfelement 7 zusammengesteckt werden, sodass die Nuten 4, 4A von Hohlrad 8 und Topfelement 7 übereinander liegen, d.h. keinen Axialversatz mehr zueinander besitzen. Der Sprengring 3 verbleibt dabei am Innendurchmesser der Zähne 5 des Hohlrades. Unterstützt wird die Beibehaltung dieser Position des Sprengrings 3 durch einen axialen Absatz 14, welcher ein Abrutschen des vormontierten Sprengrings 3 verhindert. Im letzten Verfahrensschritt gemäß 19 wird der Sprengring 3 nur noch in die entstandene Sprengringnut gedrückt, welches topfelementseitig durchgeführt wird. Da der Sprengring 3 vorgespannt ist, schnappt dieser automatisch in der Sprengringnut auf.
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Neben der vorteilhaften Montage bei Anwendung mit langen Töpfen ist die Verbindungsanordnung geeignet für die Montage bei geschlossenen oder verjüngten Töpfen, wie zum Beispiel für das in 20 dargestellte Ausführungsbeispiel. Die Montagereihenfolge wird in den 21 bis 23 verdeutlicht.
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Das Verfahren zur Montage des in 20 dargestellten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung wird demnach anhand der 21 bis 23 erläutert und beschrieben. Auch bei diesem Montageverfahren wird der Sprengring 3 als erstes auf die Zähne 5 des Hohlrades 8 vormontiert. Danach werden die Zähne 5, 5A von Topfelement 7 und Hohlrad 8 axial zusammengeführt. Als Sicherung gegen ein vorzeitiges Abrutschen des Sprengrings 3 in die Nut 4 des Hohlrades 8 kann in diesem Fall die Stirnseite der Laufverzahnung dienen. Die Montage wird beendet durch das Drücken des Sprengringes 3 in die gebildete Sprengringnut der gemeinsamen Kronenverzahnung 6. In diesem Fall wird der Sprengring 3 hohlradseitig betätigt, da aufgrund der geschlossenen bzw. verjüngten Bauweise des Topfelements 7 eine Montage des Sprengrings 3 nur auf der Hohlradseite möglich ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- erstes Bauteil
- 2
- zweites Bauteil
- 3
- Sprengring
- 4, 4A
- Nut
- 5, 5A
- Zahn
- 6
- Verzahnung
- 7, 7A
- Topfelement
- 8
- Hohlrad
- 9
- axiale Anlagefläche
- 10
- Hinterschnitt
- 11
- Gehäuse
- 12
- Zentralachse
- 13
- Anschlagfläche
- 14
- axialen Absatz
- X
- Maß der radialen Bauraumeinsparung
- α
- Neigungswinkel
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19544316 A1 [0002]
- DE 102008040123 A1 [0003]
