DE102017200459A1

DE102017200459A1 - Getriebewelle

Info

Publication number: DE102017200459A1
Application number: DE102017200459.2A
Authority: DE
Inventors: Maximilian Scheufler; Bernd Lutz
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2017-01-12
Filing date: 2017-01-12
Publication date: 2018-07-12

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Getriebewelle (1), auf welcher mindestens zwei Zahnräder (5, 6, 8) drehfest angeordnet sind.Es wird vorgeschlagen, dass die Getriebewelle (1) zweistückig ausgebildet ist und einen ersten Wellenteil (2) sowie einen zweiten Wellenteil (3) umfasst, welche miteinander gefügt sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Getriebewelle nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Durch die DE 103 19 629 A1 der Anmelderin wurde eine Getriebewelle mit drei Zahnrädern, ausgebildet als Festräder, bekannt, welche jeweils durch einen Schrumpfsitz drehfest mit der Getriebewelle verbunden sind.
Durch die DE 10 2014 223 505 A1 der Anmelderin wurde eine Getriebewelle bekannt, auf welcher zwei als Doppelzahnrad ausgebildete Zahnräder drehfest angeordnet sind. Das erste Zahnrad weist eine Nabe auf, welche über einen Schrumpfsitz mit der Getriebewelle verbunden ist. Das zweite Zahnrad weist ebenfalls eine Nabe auf, welche stirnseitig über eine Schweißnaht mit der Nabe des ersten Zahnrades verbunden ist. Zwischen der Nabe des zweiten Zahnrades und der Getriebewelle ist ein Luftspalt angeordnet, so dass ein auf das zweite Zahnrad wirkendes Drehmoment über die Nabe des ersten Zahnrades und den Schrumpfsitz in die Getriebewelle eingeleitet wird. Die Nabe des ersten Zahnrades ist über einen Passstift mit der Getriebewelle formschlüssig verbunden - durch dieses formschlüssige Element soll ein so genanntes Mikrowandern der Zahnräder auf der Getriebewelle verhindert werden. Die beiden Zahnräder sind als Festräder ausgebildet, welche mit korrespondierenden Losrädern in Eingriff stehen. Zwischen den Fest- und Losrädern ist eine Schalteinheit angeordnet, welche den Leistungsfluss wahlweise über die erste oder die zweite Zahnradpaarung lenkt.
Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Anordnung von Zahnrädern auf einer Getriebewelle weiter zu verbessern.
Die Erfindung umfasst die Merkmale des Patentanspruches 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Erfindungsgemäß ist die Getriebewelle zweistückig ausgebildet und umfasst zwei miteinander gefügte Wellenteile - es handelt sich somit um eine gebaute Getriebewelle. Damit wird der Vorteil erreicht, dass die Befestigung der Zahnräder auf die beiden Wellenteile verteilt werden kann, woraus sich eine geringere mechanische Beanspruchung der Getriebewelle ergibt.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist das erste Wellenteil, auf welchem mindestens ein Zahnrad angeordnet ist, mit dem zweiten Wellenteil durch einen ersten Schrumpfsitz, d.h. drehfest verbunden. Beide Wellenteile sind somit ohne zusätzliche Teile bauraumneutral miteinander verbunden.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist auf dem zweiten Wellenteil ein weiteres Zahnrad angeordnet, welches durch einen zweiten Schrumpfsitz mit dem zweiten Wellenteil verbunden ist. Damit ergibt sich eine kompakte drehfeste Anordnung des Zahnrades auf der Getriebewelle.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist das erste Wellenteil eine Hohlnabe auf, welche mit dem zweiten Wellenteil fügbar ist. Damit wird der Vorteil einer Gewichts- und Materialersparnis sowie einer Verringerung des Massenträgheitsmomentes erreicht. Die Hohlnabe, welche mindestens ein Zahnrad trägt, kann somit mit dem weiteren Zahnrad in Bezug auf deren axiale Positionen zueinander ausgerichtet werden.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die Naben der Zahnräder auf dem zweiten Wellenteil durch eine Schweißnaht miteinander verbunden. Damit wird eine drehfeste Verbindung zwischen den benachbarten Zahnrädern hergestellt, so dass ein auf eines der beiden Zahnräder wirkendes Drehmoment über beide Schrumpfsitze in das zweite Wellenteil eingeleitet wird.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform erstreckt sich die Schweißnaht in radialer Richtung bis in den Bereich des zweiten Wellenteils, d.h. die Wurzel der Schweißnaht ist im Bereich des zweiten Wellenteils angeordnet. Damit wird einerseits eine axiale Fixierung der beiden Wellenteile gegeneinander erreicht und das so genannte Mikrowandern verhindert. Eine konventionelle Verstiftung kann somit entfallen. Darüber hinaus wird auch ein Anteil des Drehmoments über die Schweißnaht vom ersten auf das zweite Wellenteil bzw. vom weiteren Zahnrad auf das zweite Wellenteil übertragen. Der einzelne Schrumpfsitz wird somit entlastet, da der benachbarte Schrumpfsitz mitträgt.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das zweite Wellenteil bereichsweise als Hohlwelle ausgebildet, insbesondere im Bereich der beiden Schrumpfsitze. Daraus ergibt sich eine Gewichts- und Materialersparnis für die Getriebewelle.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind auf dem ersten Wellenteil zwei Zahnräder angeordnet, welche bevorzugt als Doppelzahnrad und insbesondere einstückig mit dem ersten Wellenteil ausgebildet sind. Ein solches Doppelzahnrad kann vorteilhaft in Verbindung mit zwei Losrädern und einer Schalteinrichtung Verwendung finden.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind auf dem zweiten Wellenteil mindestens zwei Zahnräder mit Naben angeordnet und durch Schweißnähte miteinander und durch Schrumpfsitz mit der Hohlwelle verbunden. Die Hohlnabe des ersten Wellenteils ist bevorzugt mit der Hohlwelle des zweiten Wellenteils gefügt und durch einen Schrumpfsitz verbunden und mit dem äußersten Zahnrad verschweißt. Durch die Kombination der einzelnen Schrumpfsitze und der die Schrumpfsitze überbrückenden Schweißnähte ergibt sich der Vorteil, dass jeweils alle nebeneinander angeordnete Schrumpfsitze gleichzeitig tragen, auch wenn nur ein Zahnrad belastet ist. Die Schrumpfsitze können daher für eine geringere Belastung ausgelegt werden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben, wobei sich aus der Beschreibung und/oder der Zeichnung weitere Merkmale und/oder Vorteile ergeben können. Es zeigen

1 eine erfindungsgemäße gebaute Getriebewelle (erstes Ausführungsbeispiel) und
2 eine weitere Ausführungsform einer Getriebewelle (zweites Ausführungsbeispiel).

1 zeigt eine gebaute Getriebewelle 1, welche zweistückig ausgebildet ist und ein erstes Wellenteil 2 sowie ein zweites Wellenteil 3 umfasst. Das erste Wellenteil 2 weist eine Hohlnabe 2a und einen Wellenstummel 2b auf, welcher als Sitz für ein erstes Wälzlager 4 ausgebildet ist. Auf dem ersten Wellenteil 2 sind zwei Zahnräder 5, 6 angeordnet, welche als Doppelzahnrad und einstückig mit dem ersten Wellenteil 2 respektive dessen Hohlnabe 2a ausgebildet sind. Die als Festräder ausgebildeten Zahnräder 5, 6, zwischen denen eine Schalteinrichtung angeordnet sein kann, können mit nicht dargestellten Losrädern in Eingriff stehen. Das zweite Wellenteil 3 ist bereichsweise als Hohlwelle 3a ausgebildet und weist stirnseitig einen Lagersitz 3b für ein zweites Wälzlager 7 auf. Die Getriebewelle 1 ist somit zweiseitig gelagert, vorzugsweise in einem nicht dargestellten Getriebegehäuse. Auf dem zweiten Wellenteil 3 ist ein drittes Zahnrad 8 angeordnet, welches über einen ersten Schrumpfsitz 9 drehfest mit der Hohlwelle 3a verbunden ist. Das zweite Wellenteil 3 ist stirnseitig mit der Hohlnabe 2a gefügt und über einen zweiten Schrumpfsitz 10 mit dem ersten Wellenteil 2 verbunden. Das erste Zahnrad 5 weist eine Nabe 5a und das dritte Zahnrad 8 weist eine Nabe 8a auf, welche über eine radial verlaufende Schweißnaht 11 stirnseitig mit der Nabe 5a verbunden ist. Die Schweißnaht 11, welche vorzugsweise als Laserschweißnaht ausgebildet ist, erstreckt sich mit ihrer Wurzel 11a bis in den Bereich der Hohlwelle 3a und ist bevorzugt mittig zwischen den benachbarten Zahnrädern 5, 8 angeordnet. Dadurch wird der Wärmeeintrag, insbesondere in Bezug auf die Verzahnungen der Zahnräder 5, 8 auf ein Minimum begrenzt. Die Schweißnaht 11 hat zwei Funktionen: einerseits verbindet sie das erste Zahnrad 5 mit dem dritten Zahnrad 8, so dass beide Zahnräder 5, 8 eine gemeinsame Nabe 5a/8a aufweisen mit der Folge, dass ein auf ein Zahnrad wirkendes Drehmoment über beide Schrumpfsitze 9, 10 auf die Hohlwelle 3a übertragen wird. Die zweite Funktion der Schweißnaht 11 besteht darin, dass ein so genanntes Mikrowandern, welches durch eine Walkbewegung infolge der Wellenbiegung auftritt, verhindert wird. Die Schweißnaht 11 mit ihrer Wurzel 11a bewirkt somit eine stoffschlüssige axiale und tangentiale Fixierung der Naben 5a, 8a auf der Hohlwelle 3a.
2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung für eine gebaute Getriebewelle 20, welche ein erstes Wellenteil 21 mit einer Hohlnabe 21a und ein zweites Wellenteil 22 mit einer Hohlwelle 22a umfasst. Auf der Hohlwelle 22a sind ein erstes Zahnrad 23 mit einer Nabe 23a und ein zweites Zahnrad 24 mit einer Nabe 24a, 24b angeordnet und durch einen ersten Schrumpfsitz 25 sowie einen zweiten Schrumpfsitz 26 mit der Hohlwelle 22a verbunden. Das erste Wellenteil 21, welches ein weiteres Zahnrad 27 aufweist, ist über die Hohlnabe 21a mit der Hohlwelle 22a gefügt und durch einen dritten Schrumpfsitz 28 drehfest verbunden. Die Naben 23a, 24a der Zahnräder 23, 24 sind über eine erste Schweißnaht 29 stoffschlüssig miteinander verbunden, während die Hohlnabe 21a über eine zweite Schweißnaht 30 mit der Nabe 24b des äußeren Zahnrades 24 stoffschlüssig verbunden ist. Durch die beiden Schweißnähte 29, 30 summieren sich die Wirkungen der drei Schrumpfsitze 25, 26, 28, d.h. der einzelne Schrumpfsitz 25 oder 26 oder 28 muss nicht jeweils auf das Maximale am einzelnen Zahnrad 23 oder 24 oder 27 angreifende Moment ausgelegt werden, da immer alle drei Schrumpfsitze 25, 26, 28 gleichzeitig tragen. Die beiden Schweißnähte 29, 30 sind - wie im vorherigen Ausführungsbeispiel - in radialer Richtung durchgehend und erstrecken sich mit ihrer Wurzel bis in die Hohlwelle 22a - dadurch wird das Mikrowandern verhindert.
Bezugszeichenliste

1: Getriebewelle
2: erstes Wellenteil
2a: Hohlnabe
2b: Wellenstummel
3: zweites Wellenteil
3a: Hohlwelle
3b: Lagersitz
4: erstes Lager
5: erstes Zahnrad
5a: Nabe
6: zweites Zahnrad
7: zweites Lager
8: drittes Zahnrad
9: erster Schrumpfsitz
10: zweiter Schrumpfsitz
11: Schweißnaht
11a: Schweißnahtwurzel
20: Getriebewelle
21: erstes Wellenteil
21a: Hohlnabe
22: zweites Wellenteil
22a: Hohlwelle
23: erstes Zahnrad
23a: Nabe
24: zweites Zahnrad
24a: Nabe
24b: Nabe
25: erster Schrumpfsitz
26: zweiter Schrumpfsitz
27: weiteres Zahnrad
28: dritter Schrumpfsitz
29: erste Schweißnaht
30: zweite Schweißnaht

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 10319629 A1 [0002]
DE 102014223505 A1 [0003]

Claims

Getriebewelle, auf welcher mindestens zwei Zahnräder (5, 6, 8; 23, 24, 27) drehfest angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebewelle (1; 20) zweistückig ausgebildet ist und einen ersten Wellenteil (2; 21) sowie einen zweiten Wellenteil (3; 22) umfasst, welche miteinander gefügt sind.
Getriebewelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Wellenteil (2; 21), auf welchem mindestens ein Zahnrad (5, 6; 27) angeordnet ist, mit dem zweiten Wellenteil (3; 22) durch einen ersten Schrumpfsitz (10; 28) verbunden ist.
Getriebewelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem zweiten Wellenteil (3; 22) mindestens ein weiteres Zahnrad (8; 23, 24) angeordnet und durch mindestens einen zweiten Schrumpfsitz (9; 25, 26) mit dem zweiten Wellenteil (3; 22) verbunden ist.
Getriebewelle nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Wellenteil (2; 21) eine Hohlnabe (2a; 21a) aufweist, welche mit dem zweiten Wellenteil (3; 22) fügbar ist.
Getriebewelle nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Zahnrad (5; 27) eine Nabe (5a; 21a) und das mindestens eine weitere Zahnrad (8; 23, 24) eine Nabe (8a; 23a, 24a) aufweisen und dass die Naben (5a, 8a; 23a, 24a) durch eine Schweißnaht (11; 29) miteinander verbunden sind.
Getriebewelle nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Schweißnaht (11; 29) in radialer Richtung bis in den Bereich des zweiten Wellenteils (3; 22) erstreckt.
Getriebewelle nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Wellenteil (3; 22) zumindest im Bereich der Schrumpfsitze (9, 10; 25, 26, 28) als Hohlwelle (3a; 22a) ausgebildet ist.
Getriebewelle nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem ersten Wellenteil (2) zwei Zahnräder (5, 6) angeordnet sind.
Getriebewelle nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Zahnräder (5, 6) als Doppelzahnrad ausgebildet sind.
Getriebewelle nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnräder (5, 6) und die Hohlnabe (2a) einstückig ausgebildet sind.
Getriebewelle nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem zweiten Wellenteil (22) mindestens zwei Zahnräder (23, 24) mit Naben (23a, 24a) angeordnet sind, wobei benachbarte Naben (23a, 24a) jeweils durch eine Schweißnaht (29) miteinander und jeweils durch einen Schrumpfsitz (25, 26) mit der Hohlwelle (22a) verbunden sind.
Getriebewelle nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlnabe (21a) des ersten Wellenteils (21) mit der Hohlwelle (22a) des zweiten Wellenteils (22) gefügt, durch einen Schrumpfsitz (28) verbunden und mit dem äußeren Zahnrad (24) der mindestens zwei Zahnräder (23, 24) durch eine Schweißnaht (30) verbunden ist.