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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Hohlradanordnung für ein Umlaufrädergetriebe mit einem Hohlrad, das einen mit einer Zahnrad-Innenverzahnung versehenen Innenumfangsbereich aufweist, einem Hohlradträger der das Hohlrad umsäumt und dabei zumindest abschnittsweise axial übergreift und einer Koppelverzahnung, zur Koppelung des Hohlrades mit dem Hohlradträger derart, dass zwischen dem Hohlrad und dem Hohlradträger ein Drehmoment übertragbar ist, wobei die Koppelverzahnung einen ersten Verzahnungsabschnitt mit ersten Zähnen aufweist, der an dem Hohlrad ausgebildet ist und einen zweiten Verzahnungsabschnitt mit zweiten Zähnen aufweist, der an dem Hohlradträger ausgebildet ist und wobei die ersten und zweiten Zähne derart ausgebildet sind, dass benachbarte erste und zweite Zähne in radialer Richtung zumindest geringfügig gegeneinander verlagerbar sind.
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Die
US 4 838 123 A beschreibt die Anordnung eines Hohlrades in einem Gehäuse, wobei mehrere Kopplungsbogenteile an Kopplungsvorsprüngen des Gehäuses mit dazwischen definierten Zwischenräumen angebracht sind.
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Die
DE 10 2014 202 494 A1 beschreibt ein Planetengetriebe umfassend eine Planetenstufe, dessen Hohlrad mit dem Gehäuse verbunden ist, wobei das Hohlrad in radialer Richtung nachgiebig und somit einstellbeweglich zum Lastausgleich zwischen den Planetenrädern und dem Hohlrad ausgebildet ist.
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Die
DE 10 2008 040 123 A1 beschreibt eine Hohlradanbindung in einer Getriebevorrichtung, wobei das Hohlrad des Planetenradsatzes wenigstens teilweise radial innerhalb eines Innenlamellenträgers eines Schaltelements angeordnet ist und das Hohlrad und der Innenlamellenträger im Bereich einer Getriebehauptwelle über ein gemeinsames Trägerelement abgestützt sind und Hohlrad und Innenlamellenträger in Umfangsrichtung zumindest bereichsweise radial zueinander beabstandet sind.
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Die
DE 10 2010 047 144 A1 beschreibt ein Hohlrad eines Planetentriebs, das einen Innenring und einen diesen radial umgreifenden Außenring mit dazwischenliegendem Dämpfungselement, wobei in einer radialen Außenfläche des Innenrings und in einer Innenfläche des Außenrings jeweils Eintiefungen vorgesehen sind.
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Die WO 2011/ 108 450 A1 beschreibt eine elektrische Bremsvorrichtung für ein Fahrzeug, wobei ein Hohlrad, das zwei Planetengetriebemechanismen gemeinsam ist, in eine Drehzahlreduzierkammer eingesetzt ist und durch das Motorgehäuse und einen Bremssattelkörper an axialer Bewegung gehindert wird.
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Aufgabe der Erfindung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Hohlradanordnung für ein Umlaufrädergetriebe zu schaffen, die sich durch ein vorteilhaftes mechanisches Betriebsverhalten auszeichnet und unter fertigungs- und montagetechnischen Gesichtspunkten vorteilhaft herstellbar ist.
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Erfindungsgemäße Lösung
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Hohlradanordnung mit:
- - einem Hohlrad, das einen mit einer Zahnrad-Innenverzahnung versehenen Innenumfangsbereich aufweist,
- - einem Hohlradträger, der das Hohlrad umsäumt, und
- - einer Koppelverzahnung, zur Koppelung des Hohlrades mit dem Hohlradträger derart, dass zwischen dem Hohlrad und dem Hohlradträger ein Drehmoment übertragbar ist, wobei
- - die Koppelverzahnung einen ersten Verzahnungsabschnitt mit ersten Zähnen aufweist, der an dem Hohlrad ausgebildet ist und einen zweiten Verzahnungsabschnitt mit zweiten Zähnen aufweist, der an dem Hohlradträger ausgebildet ist,
- - die ersten und zweiten Zähne derart ausgebildet sind, dass benachbarte erste und zweite Zähne in radialer Richtung zumindest geringfügig gegeneinander verlagerbar sind,
- - an dem Hohlrad eine Außenumfangsfläche ausgebildet ist und an dem Hohlradträger eine Innenumfangsfläche ausgebildet ist, welche die Außenumfangsfläche des Hohlrades unter Belassung eines Ringraumes zumindest teilweise axial übergreift, und
- - in den Ringraum ein Ringelement eingesetzt ist, das die radiale Bewegbarkeit des Hohlrades relativ zum Hohlradträger auf ein durch die radiale Dicke des Ringelements definiertes Maß begrenzt.
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Dadurch wird es auf vorteilhafte Weise möglich, die Koppelung zwischen Hohlrad und Planetenträger so zu bewerkstelligen, dass bei dieser unter Kompensation selbst großzügiger Fertigungstoleranzen des Hohlrades und des Hohlradträgers ein definiertes radiales Spiel präzise eingehalten wird. Durch das auf diesem Wege sichergestellte und auf einen optimalen Wert eingestellte Spiel wird es möglich, im Bereich der Klauenverbindung selbst höhere Toleranzen zuzulassen, so dass deren Fertigung vereinfacht wird und dennoch eine hohe Laufruhe des Getriebes gewährleistet werden kann. Unerwünscht große radiale Bewegbarkeiten des Hohlrades, sowie auch zu enge und zu Verzwängungen führende geometrische Verhältnisse können durch das erfindungsgemäße Konzept in gleicher Weise zuverlässig vermieden werden.
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Durch das erfindungsgemäße Konzept wird ein exaktes radiales Spiel gewährleistet und die eigentliche Funktion der Klauenverzahnung, nämlich die Kraftübertragung in tangentialer Richtung zwischen Hohlrad und Träger weiterhin gewährleistet. Die erfindungsgemäße Lösung schafft eine Trennung der Funktionen „Radialspiel einstellen“ und „Kraftübertragen in tangentialer Richtung“: Die Kraftübertragung in tangentialer Richtung wird über die Klauenverzahnung gewährleistet. Diese kann nun mit deutlich gröberen Toleranzen ausgestattet sein und ist somit wirtschaftlicher herstellbar.
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Die radiale Einstellbarkeit wird vorzugsweise über „Shim-Ringe“ gewährleistet. Diese werden zwischen Träger und Hohlrad eingelegt. Dafür ist am Träger eine umlaufende Topfgeometrie vorgesehen. Diese kann jedoch relativ grob definiert sein. Am Hohlrad wird der Hohlradaußendurchmesser als Führung für die Shim-Ringe genutzt. Bei der Montage der Baugruppe wird dann das noch grobe Spiel zwischen Hohlrad und Träger ermittelt, im Anschluss ein passender Shim-Ring gewählt und somit das gewünschte Radialspiel eingestellt. Der Shim-Ring kann durch seine Eigenelastizität seine Funktionsposition einnehmen und diese im Zusammenspiel mit seiner Umgebungsgeometrie halten.
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Durch das erfindungsgemäße Konzept ergeben sich Verbesserungen hinsichtlich der Paarung der Komponenten von Baugruppen und hierbei Verbesserungen hinsichtlich der wirtschaftlichen Fertigbarkeit.
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Die Klauenverzahnung schafft hierbei eine torsionssteife Koppelung eines Hohlrades mit einem Planetenträger wie er insbesondere Bestandteil eines Reduktionsgetriebes oder eines Differentialgetriebes eines elektromechanischen Fahrzeugantriebs bilden kann.
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Die Hohlradanordnung ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass das Ringelement in einer Ringnut sitzt und durch eine innere, dem Ringelement zugewandte Stirnfläche dieser Ringnut axial gesichert ist. Das Ringelement kann in vorteilhafter Weise als hohlzylindrischer axial geschlitzter Shim-Ring ausgeführt werden, der ggf. erst nach dem Ansetzen des Hohlrades an den Hohlradträger, vorzugsweise jedoch schon vorher in die Ringnut eingesetzt werden kann. Hierzu werden die einander über den Axial-Schlitz benachbarten Ringabschnitte gegeneinander radial verlagert, das Ringelement wird dann im Rahmen seiner Eigenelastizität soweit gestaucht bis dieser in die Ringnut einsetzbar ist. Bei Erreichen seiner einbaugerechten Axialposition kann dann das Ringelement ausfedern und seine Sitzposition in der Ringnut einnehmen. Im Bereich der einander über die Schlitzzone benachbarten Ringabschnitte können Sondergeometrien, wie eine Tannenbaumverzahnung, eine schräge Schlitzung oder ineinander formschlüssig eingreifende Komplementärkonturen ausgebildet sein.
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Das Ringelement ist vorzugsweise aus einem auf eine definierte Dicke geschliffenen oder gewalzten Blechmaterial gefertigt und erlangt dabei seine Ringgeometrie durch einen Umformvorgang, insbesondere eine Biegebearbeitung. Das Ringelement weist vorzugsweise im Axialschnitt einen flachen Rechteckquerschnitt auf. Es kann jedoch auch eine Abschlussbördelung oder auch andere Querschnitte, z.B. eine Umfangsstufe oder Schulter aufweisen, oder Geometrien aufweisen, die in Kombination mit der Ringnut, oder auch unabhängig von einer solchen das Ringelement in einer geforderten Axialposition halten. Das Ringelement ist so vorgeformt, dass dieses in seiner Einbauposition leicht radial vorgespannt ist und sich hierbei durch seine Eigenelastizität selbst in einen Sitzzustand in der Ringnut spannt.
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Das Ringelement wird vorzugsweise aus einer Gruppe vorbereiteter Ringelemente ausgewählt. Diese Gruppe kann Ringelemente enthalten die sich jeweils hinsichtlich ihrer Wanddicke um Maße unterscheiden die so abgestimmt sind, dass der sich aus den Formtoleranzen des Hohlrades und des Trägers ergebende Toleranzbereich mit einer bestimmten fertigungstechnisch gut überblickbaren Anzahl von hinsichtlich ihrer Wanddicke unterschiedlichen Ringelementen abgedeckt werden kann.
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Der das Ringelement aufnehmende Träger ist gemäß einem besonderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Planetenträger. Das erfindungsgemäße Konzept kann jedoch auch bei Hohlradaufnahmen angewendet werden, bei welchen der Träger ein stationäres Bauteil, z.B. ein Getriebegehäuse ist.
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Die Koppelverzahnung ist vorzugsweise als Axialverzahnung ausgebildet. Die hierbei wechselweise miteinander in Eingriff tretenden Zähne können als im wesentlichen gleichartige, jedoch axial unterschiedlich orientierte Zähne ausgebildet sein. Soweit sich die Materialien von Hohlrad und Träger unterscheiden, ist es möglich durch die Geometrie der Zähne diesen Umstand zu berücksichtigen und dann z.B. die Zähne am festeren Bauteil in Umfangsrichtung kürzer auszulegen. Die in Umfangsrichtung tragenden Kontaktflächen der Zähne sind vorzugsweise als Planflächen gestaltet. Die Verzahnung kann jedoch auch auf anderweitige Eingriffskonzepte zurückgreifen und hierbei auch auf Bauteilskontaktkonzepte Rückgriff nehmen, bei welchen der in Umfangsrichtung auf Druck tragenden Kontakt sich als Linienkontakt zwischen zwei Flächen darstellt von welchen wenigstens eine Fläche gekrümmt ist.
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Alternativ zu der Ausgestaltung der Koppelverzahnung als Axialverzahnung, oder auch in Kombination mit dieser Maßnahme ist es auch möglich, die Koppelverzahnung mit komplementär radial aus- und eingreifenden Zähnen zu realisieren.
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Das Ringelement kann gemäß einem besonderen Aspekt der vorliegenden Erfindung mit einer Beschichtung, insbesondere aus einem Lagerwerkstoff versehen werden. Hierdurch wird die akustische Entkoppelung von Hohlrad und Träger weiter unterstützt. Zudem können etwaige, z.B. über den Schmierstoffkreis eines entsprechenden Getriebes in den Umfangsbereich des Hohlrades vordringende Partikel dann ggf. in die Beschichtung eintauchen ohne die radiale Bewegbarkeit des Hohlrades weiter zu beeinträchtigen.
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Figurenliste
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Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung. Es zeigt:
- 1 eine Detaildarstellung zur Veranschaulichung des Aufbaues einer erfindungsgemäßen Hohlradanordnung in einer die Umlaufachse eines Planetenträgers enthaltenden und das Hohlrad und den Planetenträger randnah erfassenden Axialschnittebene.
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Ausführliche Beschreibung der Figuren
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Die Darstellung nach 1 zeigt in Form einer Detaildarstellung einen Ausschnitt einer erfindungsgemäßen Hohlradanordnung. Diese umfasst ein Hohlrad HR das einen mit einer hier als Schrägverzahnung ausgeführten Zahnrad-Innenverzahnung HZ versehenen Innenumfangsbereich aufweist, und einen Hohlradträger HC der das Hohlrad HR zumindest abschnittsweise axial übergreift.
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Das Hohlrad HR und der Hohlradträger HC sind über eine Koppelverzahnung K miteinander derart gekoppelt, dass zwischen dem Hohlrad HR und dem Hohlradträger HC um eine gemeinsame Umlaufachse dieser beiden Bauteile ein Drehmoment übertragbar ist. Hierzu weist Koppelverzahnung K einen ersten Verzahnungsabschnitt K1 mit ersten Zähnen Z1 auf, der an dem Hohlrad HR und integral, d.h. einstückig mit diesem ausgebildet ist. Die Koppelverzahnung K weist zudem einen zweiten Verzahnungsabschnitt K2 mit zweiten Zähnen Z2 auf, der an dem Hohlradträger HC ausgebildet ist.
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Die ersten und zweiten Zähne sind derart ausgebildet, dass benachbarte erste und zweite Zähne Z1, Z2 einander unter einem leichten Bewegungsspiel kontaktieren und sind dabei in radialer Richtung zumindest geringfügig gegeneinander verlagerbar. Hierdurch können temporäre Fluchtungsabweichungen der Umlaufachsen des Hohlrades und des Trägers unter reduzierter statischer Überbestimmung zugelassen werden. Weiterhin können auch elastische Verformungen des Holrades unter reduzierter statischer Überbestimmung zugelassen werden wobei sich diese elastischen Verformungen unter Last des Hohlrades durch an diesem angreifende Zahnraktionskräfte und Koppelkräfte der Koppelverzahnung ergeben. Auch thermische Effekte können durch diese Bewegbarkeit kompensiert werden.
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In der Koppelverzahnung K ist bei diesem Ausführungsbeispiel eine Ringnut RN ausgebildet. In dieser Ringnut RN sitzt ein Federring FR der die Zähne Z1, Z2 des Hohlrades HR und des Hohlradträges HC erfasst. Durch diese Anordnung wird das Hohlrad HR über eine in die Koppelverzahnung eingeformte Nutgeometrie und den in dieser sitzenden Federring FR axial an dem Hohlradträger HC gehalten ohne dass die über die Koppelverzahnung K vorgesehenen Verlagerbarkeit des Hohlrades HR gegenüber dem Hohlradträger HC beeinträchtigt wird.
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An dem Hohlrad HR ist eine auf ein Endmaß und eine definierte Oberflächengüte gefertigte zylindrische Außenumfangsfläche HR1 ausgebildet die auch den Außenbereich der Zähne Z1 erfasst. An dem Hohlradträger HC eine zylindrische Innenumfangsfläche HC3 ausgebildet, welche die Außenumfangsfläche HR1 des Hohlrades HR einschließlich den Außenbereich der Zähne Z2 unter Belassung eines Ringraumes RS axial übergreift. In diesen Ringraum RS ist ein Ringelement SR eingesetzt, das die radiale Bewegbarkeit des Hohlrades HR relativ zum Hohlradträger HC auf ein durch die radiale Dicke t des Ringelements SR definiertes Maß m begrenzt.
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Das Ringelement SR sitzt in einer Ringnut HC1 und ist hierbei durch eine innere, dem Ringelement SR zugewandte Stirnfläche HC2 axial gesichert, oder zumindest hinsichtlich seiner axialen Bewegbarkeit beschränkt, so dass dieses Ringelement SR seine Funktionsposition nicht verlassen kann. Das Ringelement RS ist bei diesem Ausführungsbeispiel als hohlzylindrischer axial geschlitzter Shim-Ring ausgeführt und aus einem Blechmaterial gefertigt. Dieser sog. Shim-Ring wird unter Berücksichtigung der Außenabmessungen des Hohlrades HR im Bereich seiner Außenumfangsfläche HR1 und der Innenabmessungen des ist Hohlradträgers HC aus einem Set von hinsichtlich ihrer Dicke t unterschiedlichen Shim-Ringen gewählt, so dass unter hierbei erreichter Kompensation der Toleranzen des Hohlrades HR und des Hohlradträgers HC ein präzise abgestimmtes Maß m des Umfangsspaltes zwischen der Innenumfangswandung des Shim-Ringes und dem Hohlrad HR erreicht wird.
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Bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Hohlradträger HC ein Planetenträger eines Umlaufrädergetriebes. Die Koppelverzahnung K ist als Axialverzahnung ausgebildet und weist damit wie oben beschrieben axial ineinander greifende Zähne auf Z1, Z2 auf.
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Der Zusammenbau einer erfindungsgemäßen Hohlradanordnung kann wie folgt bewerkstelligt werden: Im Rahmen eines Fertigungsprozesses werden Hohlräder und Hohlradträger gefertigt. Diese Bauteile werden nach Abkühlung auf eine Bezugstemperatur hinsichtlich ihrer Abmessungen im Bereich der Außenumfangsfläche HR1 des Hohlrades HR, bzw. der Innenumfangsfläche HCR des Hohlradträgers HC vermessen. Aus den hierbei ermittelten Form- und Maßeigenschaften werden Bauteilspaarungen sowie hierzu geforderte Wanddicken jeweils eines Ringelements SR vorgeschlagen. In den Hohlradträger HC wird nun ein entsprechendes Ringelement SR eingesetzt, hierzu wird dieses zunächst unter Überlappung seiner an eine Trennstelle angrenzenden Schenkel elastisch radial gestaucht und in die Ringnut HC1 eingesetzt. Bei Erreichen seiner axialen Endposition federt das Ringelement RS auf und sitzt nunmehr axial gesichert in dem Hohlradträger HC. Die Innenstirnseiten der Schenkel stützen sich aneinander und das Ringelement SR kann nicht wieder zurückfedern. Nunmehr wird das Hohlrad HR in den Hohlradträger HC axial eingeschoben. Hierbei gelangt die Verzahnung K1 des Hohlrades HR mit der Verzahnung K2 des Hohlradträgers HC in Eingriff und das Hohlrad HR und der Hohlradträger HC sind miteinander über die Koppelverzahnung K torsionssteif gekoppelt.
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Im Rahmen eines nachfolgenden Montagschrittes wird radial von innen her der Federring FR in die innenseitig in der Koppelverzahnung K ausgebildete Nut RN eingesetzt und sichert damit das Hohlrad HR axial am Hohlradträger HC. In diesem Montagezustand ergibt sich für das Hohlrad HR in dem Hohlradträger HC ein durch die Wanddicke t des Ringelements SR auf die toleranzbehafteten Endmaße von Hohlrad HR und Träger HC abgestimmtes Spaltmaß m in einem extrem engen und zuverlässig gewährleistbaren Toleranzbereich.
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Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel erfasst der Ringraum RS das Axialniveau der als Axialverzahnung ausgeführten Koppelverzahnung K. Er umsäumt damit vollständig den Außenumfangsbereich der Zähne Z1 des hohlradseitigen Verzahnungsabschnitts K1. Diese Außenflächen gelangen ebenfalls bei entsprechender radialer Verlagerung des Hohlrades HR im Träger HC mit der Innenumfangsfläche des Ringelements SR in Kontakt und limitieren dabei den radialen Verlagerungsweg des Hohlrades HR.
