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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Fertigung eines Zahnradverbunds, insbesondere in Form eines Stufenplaneten für ein Planetengetriebe, sowie einen hieraus hergestellten Zahnradverbund selbst.
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Das Einsatzgebiet der Erfindung erstreckt sich vornehmlich auf die Kraftfahrzeugtechnik. Insbesondere in Kraftfahrzeuggetrieben, wie Hybridantrieb-Getrieben, Differentialgetrieben oder Automatikgetrieben, kommen Planetengetriebe mit und ohne Hohlrad zur Anwendung, welche mit den hier interessierenden Stufenplaneten bestückt sind. Durch Stufenplaneten können beispielsweise an sich bekannte schaltbare Planetengetriebe konstruiert werden, mit welchen unterschiedliche Übersetzungsverhältnisse darstellbar sind.
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Die
DE 20 2012 202 446 A1 offenbart ein Getrieberad, das insbesondere auch als Sonnenrad für ein Differentialgetriebe verwendet werden kann, welches aus einem Radkörper und einer Hülse zusammengesetzt ist. Der Radkörper ist als eine im Wesentlichen zylinderförmige Scheibe mit Außenverzahnung ausgebildet und enthält eine zentrale Ausnehmung. Die Hülse ist als Hohlzylinder ausgebildet und ist im Wesentlichen zentriert zu dem Radkörper mit diesem verbunden. Die Verbindung erfolgt in Form einer Welle-Nabe-Verbindung mit Keilprofilierung. Zur fertigungstechnischen Vereinfachung wird vorgeschlagen, zumindest die Hülse als ein Fließpressteil auszubilden. Demgegenüber wird vorgeschlagen, den Radkörper durch Feinstanzen herzustellen, wobei die Außenverzahnung rolliert wird. Trotz fertigungstechnisch vereinfachter Einzelteilherstellung sind zusätzliche Fixiermittel zur axialen Sicherung der beiden zu montierenden Bauteile erforderlich.
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Die
DE 10 2016 223 098 A1 offenbart eine andere technische Lösung für eine formschlüssige Welle-Nabe-Verbindung unter Einbeziehung eines Zahnrads, das einen zentralen Durchbruch mit einer schrägverlaufenden Innenverzahnung aufweist. Dieses Zahnrad größeren Durchmessers bildet mit einem Zahnrad mit relativ hierzu kleinerem Durchmesser einen Zahnradverbund. Dabei wird das Zahnrad kleineren Durchmessers von einer Hohlwelle mit Außenschrägverzahnung gebildet. Die Außenschrägverzahnung setzt sich über einen endseitigen Verbindungsabschnitt kleineren Durchmessers fort, welcher mit der schrägverlaufenden Innenverzahnung des anderen Zahnrades zur Bildung einer formschlüssigen Welle-Nabe-Verbindung korrespondiert. Diese Welle-Nabe-Verbindung wird im montierten Zustand mittels eines Sprengringes gesichert, welcher in eine Außennut des Wellenabschnitts kleineren Durchmessers montiert ist.
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Aus dem allgemeinen Stand der Technik gehen des Weiteren auch andere technische Lösungen für einen Zahnradverbund, bestehend aus mindestens zwei Zahnrädern, hervor, die einen Stufenplaneten für ein Planetengetriebe bilden können. Soweit die Fertigung nicht einstückig erfolgt, sind Welle-Nabe-Verbindungen meist über eine Art Kerbverzahnung der vorstehend erläuterten Art realisiert, welche mit lösbaren oder unlösbaren Sicherungsmitteln versehen ist.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Fertigung eines Zahnradverbunds, vorzugsweise in Form eines Stufenplaneten für ein Planetengetriebe, zu schaffen, das in einfacher Weise die Fertigung eines einstückigen, unlösbaren Zahnradverbunds ermöglicht.
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Die Aufgabe wird durch ein Herstellungsverfahren gemäß Anspruch 1 gelöst. Die hierauf rückbezogenen gattungsgleichen abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder. Der Anspruch 4 zielt auf einen mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Zahnradverbund ab, der vorzugsweise zur Bildung eines Stufenplaneten eines Planetengetriebes geeignet ist.
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Die Erfindung schließt die verfahrenstechnische Lehre ein, folgende Fertigungsschritte nacheinander auszuführen:
- - Formen eines ersten Bauteils zur Bildung eines ersten Zahnrades mit einem koaxialen Wellenfortsatz, der mit einem sich Richtung Wellenende verjüngenden Außenkonus versehen ist,
- - Formen eines zweiten Bauteils zur Bildung eines zweiten Zahnrades mit einer zum Außenkonus korrespondierenden konusförmig ausgebildeten zentralen Durchgangsbohrung,
- - Aufschrumpfen des zweiten Zahnrades auf den Wellenfortsatz des ersten Zahnrades zur Erzeugung einer kraftschlüssigen Pressverbindung.
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Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung liegt insbesondere darin, dass es durch das separate Formen der beiden Bauteile möglich ist, die jeweiligen Außenverzahnungen mit herkömmlicher Maschinentechnik präzise herzustellen. Hierdurch wird die fertigungstechnische Problematik gelöst, welche bei der herkömmlichen Herstellung eines einstückigen Stufenplaneten darin besteht, dass die Ausbildung von zwei unterschiedlichen Verzahnungsdurchmessern, welche direkt benachbart zueinander angeordnet an einem einzigen Bauteil vorgesehen sind, recht aufwendig realisierbar ist. Die beiden einzeln gefertigten Zahnräder werden durch den einfachen Montageschritt eines Aufschrumpfens fest zu dem gewünschten Zahnradverbund gefügt. Dank der konusförmigen Ausbildung des Verbindungsbereiches wird ein gegenüber einer zylindrischen Ausbildung größerer Oberflächenkontakt erzielt, so dass sich hierdurch das übertragbare maximale Drehmoment steigern lässt.
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Das Aufschrumpfen der beiden Bauteile erfolgt vorzugsweise durch ein vorausgehendes Abkühlen des ersten Zahnrades relativ zum zweiten Zahnrad oder - alternativ hierzu - durch Erwärmen des zweiten Zahnrades relativ zum ersten Zahnrad und anschließendem Zusammenstecken der beiden Zahnräder, wonach ein Temperaturausgleich des Zahnradverbunds vorgenommen wird, um die Pressverbindung zu erzeugen. Beim Abkühlen des ersten Zahnrads relativ zum zweiten Zahnrad wird der Durchmesser des Wellenfortsatzes verkleinert, so dass sich dieser ohne Einpresskräfte in der korrespondierende Durchgangsbohrung des zweiten Bauteils positionieren lässt. Dasselbe lässt sich auch durch Erwärmen des zweiten Zahnrads relativ zum ersten Zahnrad in analoger Weise erzielen. Durch das Zusammenstecken der beiden Zahnräder wird eine Positionierung in der axialen Soll-Lage vorgenommen und der anschließende Temperaturausgleich sorgt für eine Durchmesservergrößerung des Wellenfortsatzes bzw. eine Durchmesserverkleinerung der zentralen Durchgangsbohrung, so dass infolge des Aufschrumpfens die gewünschte kraftschlüssige Pressverbindung entsteht.
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Gemäß einer weiteren die Erfindung verbessernden Maßnahme wird vorgeschlagen, dass der Wellenfortsatz des ersten Zahnrades im distalen Endbereich mit einer Umfangsnut zur Aufnahme eines Sprengrings versehen ist, dessen Ringflanke im montierten Zustand des Zahnradverbunds am zweiten Zahnrad zur Anlage kommt. Ein derartiger Sprengring ist bei einer Schrägverzahnung ratsam, um ein selbstständiges Lösen des Bauteilverbunds aufgrund der hierbei wirkenden Axialkräfte zu verhindern. Bei einer Geradverzahnung kann ein solcher Sprengring allerdings auch entfallen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Zahnradverbunds weist das erste Zahnrad einen gegenüber dem zweiten Zahnrad größeren Durchmesser auf, wobei der Wellenfortsatz des ersten Zahnrades als eine durchgängige Hohlwelle ausgebildet ist, mit deren Innenmantelfläche Wälzlagermittel zusammenwirken. Hierdurch kann der Innenwandbereich der Hohlwelle als direkte Lauffläche für Wälzkörper einer Wälzlagerung genutzt werden. Insoweit kann auf einen separaten Lageraußenring verzichtet werden, wenn beispielsweise der Zahnradverbund als Stufenplanet auf einem Planetenzapfen eines Planetengetriebes montiert wird. Daneben ist es auch denkbar, ein komplettes Wälzlager in die besagte Hohlwelle einzusetzen, um die erforderliche Drehlagerung zur realisieren.
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Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigt:
- 1 einen Längsschnitt durch einen Stufenplaneten im eingebauten Zustand in einem ausschnittsweise dargestellten Planetengetriebe,
- 2 eine perspektivische Längsschnittdarstellung der Bauteile des Zahnradverbunds vor der Montage,
- 3 eine perspektivische Längsschnittdarstellung der Bauteile des Bauteilverbunds nach der Montage, und
- 4 eine schematische Darstellung von Verfahrensschritten zur Fertigung des Zahnradverbunds gemäß der 2 und 3 durch Aufschrumpfen.
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Gemäß 1 umfasst ein hier nur ausschnittsweise dargestelltes Planetengetriebe mehrere Planetenstufen, von denen eine exemplarische Planetenstufe aus einem ersten Zahnrad 1 mit koaxial benachbartem zweiten Zahnrad 2 kleineren Durchmessers besteht. Das erste Zahnrad 1 ist über einen am zweiten Zahnrad 2 direkt angeformten koaxialen Wellenfortsatz 3 fest mit dem zweiten Zahnrad 2 verbunden. Der Wellenfortsatz 3 ist dabei Bestandteil einer axial durch den gesamten Zahnradverbund verlaufenden Hohlwelle, deren Wellenende 4 mit der äußeren Stirnseite des ersten Zahnrades 1 abschließt. Der Zahnradverbund ist auf einem Planetenbolzen 5 drehbar über Wälzlagermittel 6 in Form einer Nadellageranordnung gelagert. Benachbart zum Wellenfortsatz 3 ist eine Gleitlagerscheibe 7 zur Axiallagerung des Zahnradverbunds angeordnet. Eine weitere Nadellageranordnung 8 dient der Planetenträgerlagerung. Das erste Zahnrad 1 kommt mit einem Sonnenrad 9 des Planetengetriebes in Eingriff.
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Nach 2 weist das erste Zahnrad 1 mit dem direkt angeformten koaxialen Wellenfortsatz 3 einen sich Richtung Wellenende verjüngenden Außenkonus 10 auf. Das zweite Zahnrad 2 besitzt eine zu dem Außenkonus 10 korrespondierende konfusförmig ausgebildete zentrale Durchgangsbohrung 11. Hierüber erfolgt ein Aufschrumpfen des zweiten Zahnrads 2 auf den Wellenfortsatz 3 des ersten Zahnrads 1 zur Erzeugung einer kraftschlüssigen Pressverbindung.
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Gemäß 3, welche den montierten Zustand des ersten Zahnrades 1 mit dem zweiten Zahnrad 2 illustriert, ist der Wellenfortsatz 3 des ersten Zahnrades 1 im distalen Endbereich mit einer Umfangsnut 12 versehen, in welche ein Sprengring 13 eingesetzt ist. Die Ringflanke des Sprengrings 13 kommt im montierten Zustand des Zahnradverbunds direkt am zweiten Zahnrad 2 zur Anlage, so dass ein selbsttätiges Lösen des konischen Presssitzes vermieden wird.
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Nach 4 erfolgt die Fertigung des vorstehend beschriebenen Zahnradverbunds vorzugsweise durch die folgenden Verfahrensschritte:
- Zunächst erfolgt ein Formen 100 eines ersten Bauteils zur Bildung des ersten Zahnrades 1. Parallel hierzu oder danach erfolgt ein Formen 200 des zweiten Bauteils zur Bildung des zweiten Zahnrades 2. Beide Fertigungsschritte können beispielsweise durch Gießen mit nachfolgender spanender Bearbeitung durchgeführt werden.
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Das Zusammenfügen der beiden Bauteile erfolgt durch Aufschrumpfen 300, wobei im Einzelnen zunächst ein Abkühlen 310 des ersten Zahnrades 1 relativ zum zweiten Zahnrad 2 durchgeführt wird. Alternativ hierzu ist es auch denkbar, ein Erwärmen 310a des zweiten Zahnrades relativ zum ersten Zahnrad 1 durchzuführen. Anschließend wird ein Zusammenstecken 320 der beiden Zahnräder 1 und 2 durchgeführt, wonach ein Temperaturausgleich 330 des insoweit montierten Zahnradverbunds vorgenommen wird, um die durch das Aufschrumpfen 300 angestrebte Pressverbindung zwischen den Bauteilen zu schaffen.
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Schließlich erfolgt ein Einclipsen 400 des Sprengrings in die dafür vorgesehene Umfangsnut am Zahnrad 1, um den Zahnradverbund im montierten Zustand zu sichern.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- erstes Zahnrad
- 2
- zweites Zahnrad
- 3
- Wellenfortsatz
- 4
- Wellenende
- 5
- Planetenbolzen
- 6
- Nadellageranordnung
- 7
- Gleitlagerscheibe
- 8
- weitere Nadellageranordnung
- 9
- Sonnenrad
- 10
- Außenkonus
- 11
- Durchgangsbohrung
- 12
- Umfangsnut
- 13
- Sprengring
- 100
- Formen eines ersten Bauteils
- 200
- Formen eines zweiten Bauteils
- 300
- Aufschrumpfen der beiden Bauteile
- 310
- Abkühlen des ersten Zahnrades
- 310a
- Erwärmen des zweiten Zahnrades
- 320
- Zusammenstecken beider Zahnräder
- 330
- Temperaturausgleich des Zahnradverbunds
- 400
- Einclipsen des Sprengrings
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202012202446 A1 [0003]
- DE 102016223098 A1 [0004]
