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Die Erfindung betrifft ein Zahnrad, insbesondere für ein Fahrzeug, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1, sowie ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Zahnrads gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 10.
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Derartige Zahnräder und Verfahren zum Herstellen von solchen Zahnrädern sind aus dem allgemeinen Stand der Technik bereits hinlänglich bekannt. Ein solches Zahnrad weist wenigstens eine Verzahnung auf, welche beispielsweise als Außenverzahnung ausgebildet sein kann. Dabei ist das Zahnrad beispielsweise als Stirnrad ausgebildet. Ferner weist das Zahnrad wenigstens eine Nabe zum zumindest teilweisen Aufnehmen eines Wellenelements auf. Dies bedeutet, dass zumindest ein Längenbereich des beispielsweise als Welle ausgebildeten Wellenelements in der Nabe angeordnet werden kann. Dadurch ist zumindest der Längenbereich des Wellenelements in der Nabe aufgenommen, sodass das Zahnrad über die Nabe auf dem Längenbereich und somit auf dem Wellenelement angeordnet ist. Üblicherweise ist dabei das Zahnrad über die Nabe zumindest drehfest mit dem Wellenelement verbunden, sodass das Wellenelement zusammen mit dem Zahnrad um eine Drehachse gedreht werden kann.
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Im Rahmen eines Verfahrens zum Herstellen eines Zahnrads werden wenigstens eine Verzahnung und wenigstens eine Nabe zum zumindest teilweisen Aufnehmen eines Wellenelements hergestellt.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Zahnrad der eingangs genannten Art zu verbessern.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Zahnrad mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Zahnrad, insbesondere für ein Fahrzeug und vorzugsweise für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für einen Kraftwagen. Das Zahnrad weist wenigstens eine Verzahnung auf, welche beispielsweise als Außenverzahnung ausgebildet sein kann. Somit ist das Zahnrad beispielsweise als Stirnrad ausgebildet. Ferner weist das Zahnrad wenigstens eine Nabe zum zumindest teilweisen Aufnehmen eines Wellenelements auf. Dies bedeutet, dass zumindest ein Längenbereich des beispielsweise als Welle ausgebildeten Wellenelements in der Nabe angeordnet werden kann. Dadurch ist beispielsweise das Zahnrad über die Nabe auf dem Längenbereich und somit auf dem Wellenelement angeordnet. Dabei ist es denkbar, dass das Zahnrad über die Nabe drehfest mit dem Wellenelement verbindbar beziehungsweise verbunden ist, sodass dann das Wellenelement zusammen mit dem Zahnrad um eine Drehachse gedreht werden kann.
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Erfindungsgemäß ist es nun vorgesehen, dass die Verzahnung durch ein aus einem ersten Werkstoff gebildetes Verzahnungsteil gebildet ist. Dabei ist die Verzahnung vorzugsweise in Umfangsrichtung des Zahnrads vollständig durch das Verzahnungsteil gebildet. Ferner ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Nabe durch ein zumindest drehfest mit dem Verzahnungsteil verbundenes Nabenteil gebildet ist, welches aus einem von dem ersten Werkstoff unterschiedlichen zweiten Werkstoff gebildet ist. Insbesondere ist es dabei vorgesehen, dass die Nabe in Umfangsrichtung des Zahnrads vollständig umlaufend durch das Nabenteil gebildet beziehungsweise begrenzt ist.
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Der Erfindung liegt insbesondere folgende Erkenntnis zugrunde: Zahnräder, welche beispielsweise im Motorenbau verwendet werden, werden üblicherweise monolithisch und dabei aus einem Stahl, insbesondere aus einem Sinterstahl, oder aus Gusseisen hergestellt, um im Rahmen eines vorhandenen Bauraums unter vorliegenden Umgebungsbedingungen im Hinblick auf Medien, Temperaturen und Belastungen dauerhaft einen sicheren und unauffälligen Betrieb zu ermöglichen.
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Solche monolithischen Zahnräder aus üblicherweise hochdichten Werkstoffen haben zwei wesentliche Nachteile: Die Gesamtmasse und somit auch die rotatorische Trägheit sind hoch und können fertigungsbedingt nur bis zu bestimmten Grenzen bei vertretbarem Aufwand verringert werden. Die thermische Ausdehnung solch herkömmlicher Zahnräder kann die Veränderung eines Achsabstands zwischen dem Zahnrad und beispielsweise einem mit dem Zahnrad, insbesondere mit der Verzahnung, kämmenden weiteren Zahnrad nicht ausgleichen, wenn beispielsweise eine Lagerung, über welche das jeweilige Zahnrad im beziehungsweise an einem Leichtmetallgehäuse gelagert ist, in dem Leichtmetallgehäuse angeordnet ist. Beide Nachteile begünstigen das sogenannte Verzahnungsrasseln, in dessen Rahmen es zu ungewünschten Geräuschen kommt. Maßnahmen zur Verbesserung dieses Effekts (Verzahnungsrasseln) sind oft nur durch Einführung zusätzlicher Dämmmaßnahmen, weitere Bearbeitungsschritte und/oder durch Einschränkung von Fertigungstoleranzen darzustellen.
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Die zuvor genannten Nachteile und Probleme können nun mittels des erfindungsgemäßen Zahnrads auf besonders einfache, kosten- und bauraumgünstige Weise vermieden werden. Insbesondere ist es durch die Verwendung der zwei voneinander unterschiedlichen Werkstoffe möglich, die Masse und die Drehträgheit des Zahnrads gering zu halten beziehungsweise im Vergleich zu herkömmlichen Zahnrädern zu reduzieren. Durch die Reduzierung der Masse und der Drehträgheit kann die Impulshaltigkeit reduziert werden, wenn mindestens zwei spielbehaftete Zahnräder miteinander kämmen. Ferner kann die Entstehung eines übermäßigen Rasselgeräuschs vermieden werden, wobei beispielsweise die Veränderung eines solchen Rasselgeräuschs über der Temperatur gering gehalten werden kann, da zumindest ein Teil einer auftretenden Wärmedehnung, insbesondere durch zumindest einen der Werkstoffe des Zahnrads, kompensiert werden kann.
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Um dabei besonders vorteilhafte, insbesondere mechanische, Eigenschaften des Zahnrads realisieren zu können, ist es bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass der zweite Werkstoff ein metallischer Werkstoff ist.
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Um das Gewicht und somit die Drehträgheit des Zahnrads besonders gering halten zu können, ist es bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass der zweite Werkstoff wenigstens ein Leichtmetall, insbesondere Aluminium, umfasst. Insbesondere ist der zweite Werkstoff beispielsweise ein Leichtmetall beziehungsweise eine Leichtmetalllegierung. Dies bedeutet, dass der zweite Werkstoff eine Metalllegierung sein kann, die wenigstens ein Leichtmetall, insbesondere Aluminium, umfasst, wobei das Leichtmetall, insbesondere das Aluminium, Hauptbestandteil der Metalllegierung sein kann.
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Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass der erste Werkstoff ein metallischer Werkstoff, insbesondere ein Stahl, ist. Dadurch kann eine besonders hohe Stabilität beziehungsweise Robustheit der Verzahnung realisiert werden.
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Sind die Werkstoffe beispielsweise metallische Werkstoffe, so ist das Zahnrad als Metall-Verbund-Zahnrad ausgebildet, welches aus den voneinander unterschiedlichen metallischen Werkstoffen gebildet ist. Dadurch können besonders vorteilhafte mechanische Eigenschaften des Zahnrads insgesamt dargestellt werden.
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Um die Teileanzahl und somit die Kosten und das Gewicht des Zahnrads besonders gering halten zu können, ist es bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass das Verzahnungsteil auf das Nabenteil aufgepresst und dadurch mit dem Nabenteil zumindest drehfest verbunden ist. Mit anderen Worten ist es vorzugsweise vorgesehen, dass das Nabenteil mit dem Verzahnungsteil durch eine Pressverbindung beziehungsweise einen Pressverband verbunden ist. Dadurch können auch besonders hohe Drehmomente zwischen dem Verzahnungsteil und dem Nabenteil übertragen werden.
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Durch das drehfeste Verbinden des Verzahnungsteils mit dem Nabenteil können Relativdrehungen zwischen dem Verzahnungsteil und dem Nabenteil vermieden werden. Dabei ist es vorzugsweise vorgesehen, dass das Verzahnungsteil auch in axialer Richtung des Zahnrads an dem Nabenteil festgelegt ist beziehungsweise umgekehrt, sodass auch Relativbewegungen zwischen dem Verzahnungsteil und dem Nabenteil in axialer Richtung des Zahnrads vermieden werden können.
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Zur Realisierung besonders vorteilhafter, insbesondere mechanischer, Eigenschaften des Zahnrads ist es bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass das Nabenteil geschmiedet ist. Alternativ ist es denkbar, dass das Nabenteil als Druckgussteil ausgebildet, das heißt durch Druckgießen hergestellt ist.
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Um besonders hohe Drehmomente zwischen dem Verzahnungsteil und dem Nabenteil auf besonders kostengünstige Weise übertragen zu können, ist es bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass das Verzahnungsteil innenumfangsseitige erste Formschlusselemente und das Nabenteil außenumfangsseitige zweite Formschlusselemente aufweist, welche zumindest in Umfangsrichtung des Zahnrads formschlüssig mit den ersten Formschlusselementen zusammenwirken. Durch dieses formschlüssige Zusammenwirken ist das Verzahnungsteil beispielsweise zumindest drehfest mit dem Nabenteil verbunden, wobei besonders hohe Drehmomente über die Formschlusselemente und somit zwischen dem Verzahnungsteil und dem Nabenteil übertragen werden können.
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Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass die Nabe einen ersten Längenbereich und einen sich in axialer Richtung des Zahnrads an den ersten Längenbereich anschließenden, zylindrischen zweiten Längenbereich aufweist, wobei sich der erste Längenbereich in axialer Richtung zum zweiten Längenbereich hin verjüngt. Dies bedeutet, dass der zweite Längenbereich die Form eines zumindest im Wesentlichen geraden Kreiszylinders aufweist, sodass die Nabe in dem zweiten Längenbereich innenumfangsseitig die Form eines geraden Kreiszylinders aufweist. Der erste Längenbereich ist jedoch beispielsweise konisch ausgebildet beziehungsweise weist die Form eines Kegels oder eines Kegelstumpfes auf, sodass sich der erste Längenbereich zum zweiten Längenbereich hin verjüngt. Dadurch ist es beispielsweise möglich, den ersten Längenbereich beziehungsweise dessen Wandung als Einführschräge zu verwenden, sodass über den ersten Längenbereich das Wellenelement besonders einfach in die Nabe eingesteckt werden kann. Dabei kann das Wellenelement beispielsweise an dem ersten Längenbereich beziehungsweise an dessen Wandung abgleiten und wird zu dem zweiten Längenbereich geführt, in den dann das Wellenelement, insbesondere in axialer Richtung des Zahnrads, eingesteckt werden kann. Der erste Längenbereich fungiert somit beispielsweise als Einführschräge und somit als Einführ- und Zentrierhilfe.
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Um dabei eine besonders feste, zumindest drehfeste Verbindung zwischen dem Zahnrad und dem Wellenelement auf einfache und kostengünstige Weise zu realisieren, ist es bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass in dem ersten Längenbereich eine Mehrzahl von in Umfangsrichtung des Zahnrads voneinander beabstandeten Vorsprüngen angeordnet ist, welche jeweilige, sich an die Vorsprünge anschließende Oberflächenbereiche des ersten Längenbereichs in radialer Richtung des Zahnrads nach innen hin überragen. Mittels dieser beispielsweise als Rippen ausgebildeten Vorsprünge kann das Zahnrad beispielsweise besonders vorteilhaft drehfest mit dem Wellenelement verbunden werden, sodass sich beispielsweise die Vorsprünge dann, wenn das Wellenelement in der Nabe angeordnet wird, in das Wellenelement eingraben können. Dadurch können beispielsweise auch besonders hohe Drehmomente zwischen dem Zahnrad und dem Wellenelement übertragen werden, sodass unerwünschte Relativdrehungen zwischen dem Wellenelement und dem Zahnrad vermieden werden können.
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Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Zahnrads, insbesondere eines erfindungsgemäßen Zahnrads. Vorzugsweise wird das Zahnrad für ein Fahrzeug, insbesondere für einen Antriebsmotor zum Antreiben eines Fahrzeugs, verwendet, wobei der Antriebsmotor beispielsweise als Verbrennungsmotor beziehungsweise als Verbrennungskraftmaschine ausgebildet sein kann. Bei dem Verfahren werden wenigstens eine Verzahnung und wenigstens eine Nabe zum zumindest teilweisen Aufnehmen eines Wellenelements hergestellt.
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Erfindungsgemäß umfasst das Verfahren einen ersten Schritt, bei welchem ein die Verzahnung bildendes Verzahnungsteil des Zahnrads aus einem ersten Werkstoff hergestellt wird. Bei einem zweiten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein die Nabe des Zahnrads bildendes Nabenteil aus einem von dem ersten Werkstoff unterschiedlichen, zweiten Werkstoff hergestellt. Das Verfahren umfasst ferner einen dritten Schritt, bei welchem das Nabenteil mit dem Verzahnungsteil zumindest drehfest verbunden wird. Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Zahnrads sind als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens anzusehen und umgekehrt.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels mit den zugehörigen Zeichnungen. Dabei zeigt:
- 1 eine schematische und perspektivische Längsschnittansicht eines Zahnrads für ein Fahrzeug, mit einer durch ein Verzahnungsteil gebildeten Verzahnung und mit einer durch ein Nabenteil gebildeten Nabe, wobei das Verzahnungsteil und das Nabenteil aus voneinander unterschiedlichen Werkstoffen hergestellt und als separat voneinander hergestellte und miteinander verbundene Bauteile ausgebildet sind;
- 2 eine schematische und perspektivische Vorderansicht des Zahnrads;
- 3 eine schematische und perspektivische Rückansicht des Zahnrads;
- 4 eine schematische Längsschnittansicht des Zahnrads; und
- 5 ausschnittsweise eine schematische Vorderansicht des Zahnrads.
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In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt in einer schematischen und perspektivischen Längsschnittansicht ein im Ganzen mit 1 bezeichnetes Zahnrad, welches ein Bauelement eines Kraftfahrzeugs, insbesondere einer Verbrennungskraftmaschine zum Antreiben des Kraftfahrzeugs, ist. Das Zahnrad 1 weist eine vorliegend als Außenverzahnung ausgebildete Verzahnung 2 auf, wobei das Zahnrad 1 vorliegend als Stirnrad ausgebildet ist. Außerdem weist das Zahnrad 1 eine Nabe 3 zum zumindest teilweisen Aufnehmen eines Wellenelements 4 auf. Das Wellenelement 4 ist bei dem in den Fig. veranschaulichen Ausführungsbeispiel eine Welle, welche als Ausgleichswelle ausgebildet ist und in einem Massenausgleich der Verbrennungskraftmaschine zum Einsatz kommt. Aus 1 ist erkennbar, dass zumindest ein Längenbereich 5 des Wellenelements 4 in der Nabe 3 aufgenommen ist, sodass das Zahnrad 1 über die Nabe 3 auf dem Längenbereich 5 und somit auf dem Wellenelement 4 angeordnet ist. Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass das Zahnrad 1 mit dem Wellenelement 4 über die Nabe 3 zumindest drehfest verbunden ist, sodass Drehmomente zwischen dem Wellenelement 4 und dem Zahnrad 1 übertragen werden können. Ferner ist das Zahnrad 1 in axialer Richtung des Wellenelements 4 an dem Wellenelement 4 festgelegt. Die axiale Richtung des Wellenelements 4 fällt mit der axialen Richtung des Zahnrads 1 zusammen. Dabei weist das Wellenelement 4 einen Bund 6 auf, an welchem das Zahnrad 1 in axialer Richtung des Zahnrads 1 und somit des Wellenelements 4 abgestützt ist.
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Des Weiteren ist ein als Schraube 7 ausgebildetes Schraubelement vorgesehen, mittels welchem, insbesondere unter Vermittlung einer Scheibe 8, das Zahnrad 1 in axialer Richtung des Zahnrads 1 gegen den Bund 6 gespannt ist. Hierzu weist das Wellenelement 4 beispielsweise eine Aufnahme 9 mit einem Innengewinde 10 auf, wobei die Schraube 7 ein mit dem Innengewinde 9 korrespondierendes Außengewinde 11 aufweist. Das Außengewinde 11 ist in das Innengewinde 10 eingeschraubt. Ferner weist die Schraube 7 einen Schraubenkopf 12 auf, welcher über die Scheibe 8 in axialer Richtung des Zahnrads 1 an diesem abgestützt ist.
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In fertig hergestelltem Zustand der Verbrennungskraftmaschine wird das Zahnrad 1 beispielsweise in einem als Kettentrieb ausgebildeten Zugmitteltrieb verwendet. Der Zugmitteltrieb umfasst eine Kette, welche im fertig hergestellten Zustand der Verbrennungskraftmaschine das Zahnrad 1, insbesondere die Verzahnung 2, zumindest teilweise umschlingt. Dabei wirkt die Kette formschlüssig mit der Verzahnung 2 zusammen, sodass das Zahnrad 1 und über dieses das Wellenelement 4 von der Kette angetrieben werden können.
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Alternativ ist es denkbar, dass das Zahnrad 1 Bauelement eines Zahnradtriebs ist, über welchen das Wellenelement 4 (Ausgleichswelle) antreibbar ist. Dabei umfasst der Zahnradtrieb wenigstens ein zusätzlich zu dem Zahnrad 1 vorgesehenes weiteres Zahnrad, welches eine weitere Verzahnung aufweist. Die weitere Verzahnung greift in die Verzahnung 2 ein, sodass das weitere Zahnrad mit dem Zahnrad 1 kämmt. Dadurch ist beispielsweise das Zahnrad 1 von dem weiteren Zahnrad antreibbar. Das Zahnrad 1 und das weitere Zahnrad bilden dabei beispielsweise ein Zahnradpaar, wobei die Zahnräder in einem sogenannten Achsabstand zueinander angeordnet sind.
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Die Verbrennungskraftmaschine umfasst ferner ein Gehäuseelement 13, welches beispielsweise als Leichtmetallgehäuse und somit aus einem Leichtmetall beziehungsweise einer Leichtmetalllegierung gebildet ist. Dabei ist das Zahnrad 1 über wenigstens ein Lagerelement 29, welches auch als Lagerung bezeichnet wird, drehbar an dem Gehäuseelement 13 gelagert, sodass das Zahnrad 1 um eine Drehachse relativ zu dem Gehäuseelement 13 drehbar ist. Um diese Drehachse ist auch das Wellenelement 4 relativ zu dem Gehäuseelement 13 drehbar. Das Gehäuseelement 13 ist beispielsweise ein Gehäuse des Massenausgleichs.
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Um nun besonders vorteilhafte, insbesondere mechanische, Eigenschaften des Zahnrads 1 realisieren zu können, ist - wie aus 2 erkennbar ist - die Verzahnung 2 durch ein aus einem ersten Werkstoff gebildetes Verzahnungsteil 14 des Zahnrads 1 gebildet. Dabei ist die Verzahnung 2 vollständig durch das Verzahnungsteil 14 gebildet. Ferner ist die Nabe 3 durch ein zumindest drehfest mit dem Verzahnungsteil 14 verbundenes Nabenteil 15 gebildet, welches aus einem vom ersten Werkstoff unterschiedlichen, zweiten Werkstoff gebildet ist. Dabei ist die Nabe 3 vollständig durch das Nabenteil 15 gebildet. Der jeweilige Werkstoff ist ein metallischer Werkstoff, sodass das Zahnrad 1 als Metall-Verbund-Zahnrad ausgebildet ist. Der zweite Werkstoff ist ein Leichtbauwerkstoff. Dies bedeutet, dass der zweite Werkstoff wenigstens ein Leichtmetall, insbesondere Aluminium, umfasst, wobei der zweite Werkstoff beispielsweise eine Leichtmetalllegierung, insbesondere eine Aluminiumlegierung, ist. Der erste Werkstoff ist dabei beispielsweise ein für Zahnräder üblicher Werkstoff, sodass der erste Werkstoff beispielsweise ein Stahl, insbesondere ein niedrig legierter Einsatzstahl, sein kann.
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Durch die Verwendung der voneinander unterschiedlichen Werkstoffe ist eine Werkstoffkombination geschaffen, durch welche zum einen die absolute Masse und die Drehträgheit des Zahnrads 1 besonders gering gehalten werden können. Zum anderen kann beispielsweise eine Veränderung des Zahnflankenspiels als Funktion einer Achsabstandsänderung über Temperatur gering gehalten werden, da das Nabenteil 15 beispielsweise eine höhere Wärmedämmung als das Verzahnungsteil 14 aufweist und somit das Verzahnungsteil 14 zwingt, sich der stärkeren Ausdehnung anzupassen.
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Beispielsweise die Nutzung von Stahl als der erste Werkstoff ermöglicht es, eine hinreichende Verschleißbeständigkeit und Dauerhaltbarkeit der Verzahnung 2 sicherzustellen. Durch die Kombination der voneinander unterschiedlichen Werkstoffe können somit Vorteile erschlossen und herkömmlicherweise auftretende Nachteile vermieden werden. Insbesondere ist es möglich, die Entstehung von unerwünschten Geräuschen während eines Betriebs der Verbrennungskraftmaschine zu vermeiden.
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Aus 2 ist erkennbar, dass das Nabenteil 15 an seiner Stirnseite 16 eine ringförmige Ausnehmung 17 aufweist, in welcher eine Vielzahl von in Umfangsrichtung des Zahnrads 1 voneinander beabstandeten Rippen 30 angeordnet sind. Dadurch kann das Gewicht des Zahnrads 1 besonders gering gehalten werden, wobei gleichzeitig eine besonders hohe Steifigkeit des Zahnrads 1 gewährleistet werden kann.
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Vorzugsweise ist in radialer Richtung unter jedem Zahn der Verzahnung 2 eine Rippe 30, sodass jeder Zahn der Verzahnung 2 in radialer Richtung nach innen hin zumindest teilweise durch eine Rippe 30 überdeckt ist. Hintergrund dieser Ausführungsform ist, dass das Verzahnungsteil 14 für sich betrachtet als filigraner Metallring, insbesondere als filigraner Stahlring, ausgebildet ist, welcher sich alleine Betrachtet unter Last verformen kann. Durch Verbinden des Metallrings mit dem Nabenteil 15 wird der Metallring ausgesteift. Durch den Einsatz der Rippen 30 kann eine übermäßige Verformung des Metallrings vermieden werden. Insbesondere lässt sich dadurch ein zumindest im Wesentlichen gleichmäßiges Spielbild in Umfangsrichtung des Metallrings beziehungsweise über dessen Umfang realisieren, da sich der Metallring unter Last bezogen auf seine Umfangsrichtung zumindest im Wesentlichen gleichmäßig verformt.
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Im Folgenden wird beispielsweise ein Verfahren zum Herstellen des Zahnrads 1 beschrieben. Bei einem ersten Schritt des Verfahrens wird beispielsweise das Nabenteil 15, insbesondere aus Aluminium, geschmiedet, sodass das Nabenteil 15 als Schmiedeteil ausgebildet ist. Ferner ist es möglich, dass das Nabenteil 15 als Druckgussteil ausgebildet ist. Im zweiten Schritt des Verfahrens wird das Verzahnungsteil 14 als Zahnring geschmiedet, sodass das Verzahnungsteil 14 als Schmiedeteil hergestellt ist beziehungsweise wird. Dabei ist es beispielsweise vorgesehen, dass der Zahnring (Verzahnungsteil 14) gehärtet und beidseitig, das heißt auf seinen in axialer Richtung voneinander abgewandten Stirnseiten, axial geschliffen wird. Bei einem dritten Schritt des Verfahrens wird der Zahnring auf beispielsweise 60 Grad Celsius erwärmt. Bei einem vierten Schritt des Verfahrens wird das als Aluminium-Nabe ausgebildete Nabenteil 15 an seiner Außenprofilierung aufgenommen und insbesondere axial direkt an der auch als Stirnfläche bezeichneten Stirnseite 16 abgestützt.
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Besonders gut aus 2 ist erkennbar, dass das Verzahnungsteil 14 innenumfangsseitige erste Formschlusselemente 18 und das Nabenteil 15 außenumfangsseitige zweite Formschlusselemente 19 aufweist. Dabei wirken die Formschlusselemente 18 und 19 in Umfangsrichtung des Zahnrads 1 formschlüssig zusammen, sodass besonders hohe Drehmomente zwischen dem Nabenteil 15 und dem Verzahnungsteil 14 übertragen werden können. Die Formschlusselemente 19 bilden dabei die zuvor genannte Außenprofilierung des Nabenteils 15. Dementsprechend bilden die innenumfangsseitige Formschlusselemente 18 eine Innenprofilierung des Zahnrings (Verzahnungsteil 14).
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Bei einem fünften Schritt des Verfahrens wird der Zahnring zentrisch über die Aluminium-Nabe gepresst, sodass das Verzahnungsteil 14 auf das Nabenteil 15 aufgepresst und dadurch mit dem Nabenteil 15 zumindest drehfest verbunden wird. Insbesondere erfolgt dabei ein schneidender Pressvorgang, bei welchem das Verzahnungsteil 14 in axialer Richtung auf das Nabenteil 15 aufgepresst wird beziehungsweise das Nabenteil 15 in das Verzahnungsteil 14 eingepresst wird.
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Die Außenprofilierung beziehungsweise Innenprofilierung ist beispielsweise scharf geschliffen, sodass bei dem fünften Schritt die beispielsweise als scharfgeschliffene Kontur ausgebildete Innenprofilierung und/oder die als scharfgeschliffene Kontur ausgebildete Außenprofilierung dann, wenn der Zahnring zentrisch über die Aluminium-Nabe gepresst wird, als Stoßwerkzeug wirkt. Dabei wird, insbesondere an dem Nabenteil 15, ein passgenauer Sitz ohne Spiel geschaffen. Vorzugsweise ist eine zusätzliche Verprägung an je drei Punkten pro Seite vorgesehen, um dadurch den Sitz des Verzahnungsteils 14 auf dem Nabenteil 15 auch bei tiefen Temperaturen sicher zustellen.
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Das Verzahnungsteil 14 und das drehfest mit dem Verzahnungsteil 14 verbundene Nabenteil 15 bilden einen Verbund, welcher auch als Zusammenbau (ZB) bezeichnet wird. Bei einem sechsten Schritt des Verfahrens wird ein Abkühlen des Zusammenbaus zugelassen beziehungsweise bewirkt. Nach dem Abkühlen des Zusammenbaus erfolgt eine Bearbeitung des Zusammenbaus, insbesondere basierend auf den bereits geschliffenen Stirnflächen des Zahnrings und dessen Außenkontur, welche jeweilige Bezüge darstellen. Bei dem sechsten Schritt wird beispielsweise ein als Aufnahmedurchmesser fungierender Innendurchmesser ID (2) der Nabe 3 feinbearbeitet. Ferner wird beispielsweise die Verzahnung 2 feinbearbeitet.
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In 3 ist eine der Stirnseite 16 in axialer Richtung des Zahnrads 1 gegenüberliegende Stirnseite des Nabenteils 15 mit 31 bezeichnet, wobei die Stirnseite 31 auch als Stirnfläche bezeichnet wird. Dabei wird im Rahmen des sechsten Schritts beispielsweise auch die Stirnseite 31 feinbearbeitet.
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Besonders gut aus 4 ist erkennbar, dass die Nabe 3 einen ersten Längenbereich 20 und einen sich in axialer Richtung des Zahnrads 1 an den ersten Längenbereich 20 anschließenden zweiten Längenbereich 21 aufweist. Der zweite Längenbereich 21 ist dabei beispielsweise zylindrisch ausgebildet und weist somit innenumfangsseitig die Form eines geraden Kreiszylinders auf. Der erste Längenbereich 20 jedoch ist beispielsweise konisch beziehungsweise kegelstumpfförmig ausgebildet und verjüngt sich in axialer Richtung des Zahnrads 1 zum zweiten Längenbereich 21 hin. Wie besonders gut aus 2 erkennbar ist, sind in dem ersten Längenbereich 20 mehrere, in Umfangsrichtung des Zahnrads 1 voneinander beabstandete und als Rippen ausgebildete Vorsprünge 22 angeordnet, welche jeweilige, sich an die Vorsprünge 22 anschließende Oberflächenbereiche 23 des ersten Längenbereichs 20 in radialer Richtung des Zahnrads 1 nach innen hin überragen, sodass die Vorsprünge 22 in die Nabe 3 hineinragen. Dabei ist es vorzugsweise vorgesehen, dass auch die Vorsprünge 22 bei dem sechsten Schritt feinbearbeitet werden.
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Aus 1 bis 4 ist besonders gut erkennbar, dass das Nabenteil 15 einen zumindest im Wesentlichen scheibenförmigen Grundkörper 24 und einen einstückig mit dem Grundkörper 24 ausgebildeten Zapfen 25 aufweist, welcher in axialer Richtung des Zahnrads 1 von dem Grundkörper 24 absteht. Dabei weist der Zapfen 25 eine Mehrzahl von in Umfangsrichtung voneinander beabstandeten Rippen 26 auf, zwischen welchen jeweilige radiale Vertiefungen 27 des Zapfens 25 angeordnet sind. Durch diese Ausgestaltung des Nabenteils 15 kann das Gewicht des Zahnrads 1 gering gehalten werden. Ferner kann vermieden werden, dass das Nabenteil 15 und insbesondere das Zahnrad 1 bei der Montage insgesamt verkippen und außerdem Flächenpressungsanforderungen erfüllt werden.
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Besonders gut aus 5 ist erkennbar, dass die Nabe 3, insbesondere der zweite Längenbereich 21, einen zylindrischen Sitz für das Wellenelement 4 bildet beziehungsweise bereitstellt. Der erste Längenbereich 20 bildet dabei eine Zentrierfase und somit eine Einführschräge oder Einführhilfe, mittels welcher das Wellenelement 4, insbesondere dessen in der Nabe 3 angeordneter Wellenzapfen 28, besonders einfach und somit zeit- und kostengünstig in die Nabe 3 eingeführt, insbesondere eingesteckt, werden kann. Dabei ist der Längenbereich 5 durch den Wellenzapfen 28 gebildet. Außerdem weist der Wellenzapfen 28 beispielsweise ein konisches Ende auf. Die Vorsprünge 22 sind beispielsweise verpressbare Rippen, welche sich in den Wellenzapfen 28 eingraben, wenn beispielsweise das Zahnrad 1 auf den Wellenzapfen 28 aufgepresst wird. Die Vorsprünge 22 fließen unter Vorspannkraft und vermeiden eine Überbestimmung der Verbindung zwischen dem Zahnrad 1 und dem Wellenelement 4, sorgen jedoch für eine hinreichende Zentrierung. Die Stirnseiten 16 und 31 sind Axialflächen zur Aufnahme einer axialen Pressung durch die zuvor beschriebene, mittels der Schraube 7 bewirkte Verschraubung. Dadurch kann ein Abzieher-Gewinde vermieden werden, sodass das Zahnrad 1 besonders zeit- und kostengünstig hergestellt werden. Alternativ oder zusätzlich zu den als Rippen ausgebildeten Vorsprüngen 22 kann wenigstens ein beispielsweise als O-Ring ausgebildeter Dichtring zum Einsatz kommen, welcher aus einem Elastomer gebildet ist. Der Dichtring ist beispielsweise an dem Wellenelement 4 oder an dem Nabenteil 15 in der Nabe 3 angeordnet und wird als Zentrierung genutzt, um das Wellenelement 4 zum Nabenteil 15 zu zentrieren. Durch den Einsatz des Dichtring steht zunächst ein hinreichendes Spiel zur Verfügung, um das Wellenelement 4 in der Nabe zu montieren. Dieses Spiel wird dann durch den Dichtring aufgezehrt, wodurch das Wellenelement 4 zumindest im Wesentlichen zentrisch zu dem Nabenteil 15 in der Nabe 3 zentriert wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Zahnrad
- 2
- Verzahnung
- 3
- Nabe
- 4
- Wellenelement
- 5
- Längenbereich
- 6
- Bund
- 7
- Schraube
- 8
- Scheibe
- 9
- Aufnahme
- 10
- Innengewinde
- 11
- Außengewinde
- 12
- Schraubenkopf
- 13
- Gehäuseelement
- 14
- Verzahnungsteil
- 15
- Nabenteil
- 16
- Stirnseite
- 17
- Ausnehmung
- 18
- erste Formschlusselemente
- 19
- zweite Formschlusselemente
- 20
- erster Längenbereich
- 21
- zweiter Längenbereich
- 22
- Vorsprung
- 23
- Oberflächenbereiche
- 24
- Grundkörper
- 25
- Zapfen
- 26
- Rippe
- 27
- Ausnehmung
- 28
- Wellenzapfen
- 29
- Lagerelement
- 30
- Rippe
- 31
- Stirnseite oder Stirnfläche
- ID
- Innendurchmesser
