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Die Erfindung betrifft einen Zahnradverbund zur Bildung eines Mehrfach-Planetenrades eines Planetengetriebes, umfassend einen ersten Zahnradabschnitt mit einem stirnseitig koaxial hieran angeformten Wellenabschnitt zur Aufnahme eines als Zahnrad mit zentralem Durchbruch ausgebildeten zweiten Zahnradabschnitts. Ferner betrifft die Erfindung auch ein Planetengetriebe mit mindestens einem solchen Zahnradverbund, der vorzugsweise als Dreifach-Planetenrad ausgebildet ist.
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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 Mehrfach-Planetenrädern bestückt sein können. Durch derartige Mehrfach-Planetenräder können beispielsweise an sich bekannte schaltbare Planetengetriebe konstruiert werden, mit welchen unterschiedliche Übersetzungsverhältnisse darstellbar sind.
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Die
DE 10 2006 052 104 A1 offenbart einen aus zwei Zahnradabschnitten mit Verzahnungen unterschiedlichen Durchmessers bestehenden Zahnradverbund, bei dem auf einer Welle ein erstes Zahnrad aufgeschrumpft ist. Das aufgeschrumpfte Zahnrad weist einen ersten axialen Abschnitt auf, der mittels eines ersten Schrumpfsitzes an der Welle befestigt ist, und einen zweiten axialen Abschnitt, der mittels eines zweiten Schrumpfsitzes an der Welle befestigt ist. Durch die sich hieraus ergebende Gesamtlänge des Schrumpfsitzes in Axialrichtung, der über die Verzahnungsbreite hinausgeht, lassen sich hohe Drehmomente übertragen. Außerdem ist auf der Welle ein zweites Zahnrad befestigt, dessen Welle-Nabe-Verbindung formschlüssig als Passfederverbindung ausgebildet ist. Wegen der unterschiedlichen Verbindungskonzepte der einzelnen miteinander zu montierenden Bauteile erweist sich dieser gebaute Zahnradverbund als relativ aufwendig in der Herstellung sowie der Montage.
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Die
DE 10 2016 221 705 A1 offenbart einen gattungsgemäßen Zahnradverbund zur Bildung eines Mehrfach-Planetenrades, bei welchem zwei Zahnradteile unterschiedlichen Durchmessers miteinander kombiniert sind. Dabei weist das erste Zahnradteil mit geringerem Kopfkreisdurchmesser einen koaxial stirnseitig hieran angeformten Wellenabschnitt auf, der einen kreisförmigen Querschnitt besitzt. Hierauf wird das zweite Zahnradteil mit größerem Kopfkreisdurchmesser über einen zentralen zylindrischen Durchbruch aufgeschoben. Die beiden Zahnradteile sind per Schweißverbindung torsionsfest miteinander verbunden. Zu diesem Zweck ist eine zwischen dem ersten Zahnradteil und dem zweiten Zahnradteil ausgebildete Fuge ausgehend von der Stirnseite radial mit einer ringnutförmigen Aussparung erweitert. Diese schließt sich an die Schweißverbindung an, so dass diese um einen geringfügigen Abstand axial hinter der Stirnseite des Zahnrads zurücksteht. Hierdurch stört die Schweißnaht nicht den funktionsgerechten Betrieb des Zahnradverbunds. Allerdings erfordert diese technische Lösung einen recht hohen Fertigungsaufwand und ist außerdem auf ein Zweifach-Planetenrad beschränkt.
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Zahnradverbund zur Bildung eines Mehrfach-Planetenrades zu schaffen, welcher mindestens drei Zahnradabschnitte unterschiedlichen Durchmessers in fertigungstechnisch einfacher Weise miteinander zu einer Baueinheit vereint.
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Die Aufgabe wird ausgehend von einem Zahnradverbund gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Der Anspruch 10 ist auf ein Planetengetriebe mit einem solchen speziellen Zahnradverbund gerichtet. Die rückbezogenen abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder.
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Der erfindungsgemäße Zahnradverbund weist insoweit einen ersten Zahnradabschnitt mit einem stirnseitig koaxial hieran angeformten Wellenabschnitt zur Aufnahme eines als Zahnrad mit zentralem Durchbruch ausgebildeten zweiten Zahnradabschnitt auf, welcher über den Durchbruch mittels einer formschlüssigen Welle-Nabe-Verbindung am Wellenabschnitt befestigt ist, wobei seitens des distalen Endes des Wellenabschnitts ein dritter Zahnradabschnitt koaxial angeformt ist, dessen Kopfkreisdurchmesser kleiner als der Innenhülldurchmesser des Durchbruchs ausgebildet ist.
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Als Innenhülldurchmesser des Durchbruchs im zweiten Zahnradabschnitt ist derjenige Durchmesser zu verstehen, welcher sich durch Verbindung der am meisten nach innenradial vorstehenden Konturpunkte des nicht-zylindrischen Durchbruchs ergibt. Weiterhin muss der Kopfkreisdurchmesser des dritten Zahnradabschnitts wenigstens in einem erwärmten Zustand des als Zahnrad ausgebildeten zweiten Zahnradabschnitts kleiner als der Innenhülldurchmesser des Durchbruchs sein, damit sich der als Zahnrad ausgebildete zweite Zahnradabschnitt auf den Wellenabschnitt montieren lässt. Im montierten Zustand ergibt sich ein aus drei Zahnradabschnitten bestehender einfach montierbarer Zahnradverbund.
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Vorzugsweise weist die Welle-Nabe-Verbindung einen polygonalen Querschnitt auf. Dieser polygonale Querschnitt sollte mindestens 3-flächig sein, vorzugsweise mindestens 6-flächig und ganz vorzugsweise mindestens 9-flächig. Die einzelnen Flächenabschnitte des polygonalen Querschnitts sind dabei vorzugsweise gleich groß und verlaufen im gleichen Winkel zueinander. Durch eine derartige Polygonstruktur wird eine Selbstzentrierung erreicht und die Schnittstelle kann mit nur minimalem Materialaufwand ein recht hohes Drehmoment übertragen. Andere Welle-Nabe-Verbindungen, insbesondere Steckverzahnungen oder Passfederverbindungen, benötigen deutlich größere geometrische Änderungen, was sich in einer vergleichsweise größeren Masse und einem höheren Fertigungsaufwand widerspiegelt.
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Die Anzahl der Polygonflächen kann mit zunehmendem Drehmoment erhöht werden, um die Flächenpressung anzupassen. Bei einem sehr geringen Drehmoment sind insoweit 3 Polygonflächen hinreichend, wohingegen eine 9-flächige Ausführung für besonders hohe Drehmomente geeignet ist. Je mehr Flächen der polygonale Querschnitt aufweist, desto geringer fällt die Steifigkeitsänderung während der Umdrehung im Betrieb aus, so dass Übertragungsfehler der Verzahnung minimiert werden. Dies verringert wiederum die Anregung des Verzahnungssystems und verbessert somit die akustischen Eigenschaften eines den erfindungsgemäßen Zahnradverbund aufweisenden Planetengetriebes. Andererseits sollte die Flächenanzahl des polygonalen Querschnitts jedoch so gering wie möglich gehalten werden, damit der Gesamtformfehler minimal ausfällt.
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Vorzugsweise ist der als Zahnrad ausgebildete zweite Zahnradabschnitt im montierten Zustand am Wellenabschnitt über eine Presspassung befestigt. In diesem Zusammenhang sollte der zweite Zahnradabschnitt per Schweißverbindung oder dergleichen zusätzlich am Wellenabschnitt fixiert werden, um eine axiale Verliersicherung zu schaffen.
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Zwischen dem Wellenabschnitt und dem hieran koaxial angeformten dritten Zahnradabschnitt kann eine Freistichnut angeordnet sein. Die Freistichnut sorgt für einen hinreichenden Freiraum zur Anbringung der Schweißnaht, welche insoweit nicht die Funktion des Zahnradverbunds stört.
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Gemäß einer weiteren die Erfindung verbessernden Maßnahme wird vorgeschlagen, dass der als Zahnrad ausgebildete zweite Zahnradabschnitt mittels eines Sprengringes am Wellenabschnitt fixiert ist, um eine axiale Verliersicherung zu schaffen. Der Sprengring ist vorzugsweise als kreisförmig gebogener im Querschnitt kreisrunder Federdraht ausgebildet. Diese werden als Wellensicherungsringe oder Bohrungssicherungsringe bezeichnet.
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Vorteilhafterweise weist die im Querschnitt polygonal ausgebildete Welle-Nabe-Verbindung eine Aufnahmenut für den Sprengring auf, bevor der zweite Zahnradabschnitt montiert wird. In diesem Fall ist der Sprengring ein Wellensicherungsring. Der zweite Zahnradabschnitt kann einen im radialen Abstand abgesetzten Durchbruch aufweisen, wobei eine Stufe ausgebildet wird, welche am Sprengring zur Anlage kommen kann und den zweiten Zahnradabschnitt in einer axialen Richtung formschlüssig sichert. Alternativ kann anstatt der Stufe eine umlaufende Nut vorgesehen sein.
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Alternativ kann die Aufnahmenut im Durchbruch des zweiten, zu montierenden, Zahnradabschnittes sein, bevor der zweite Zahnradabschnitt montiert wird. In diesem Fall ist der Sprengring ein Bohrungssicherungsring. Der Wellenabschnitt des zweiten Zahnradabschnitts weist entweder eine Stufung auf, an der der Sprengring zur Anlage kommen kann und den zweiten Zahnradabschnitt in einer axialen Richtung formschlüssig sichert. Alternativ kann anstatt der Stufe eine umlaufende Nut vorgesehen sein.
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Weiterhin wird vorgeschlagen, den Wellenabschnitt samt erstem und dritten Zahnradabschnitt als eine durchgängige Hohlwelle auszubilden. Durch die Bauteilstruktur des ersten Zahnrads mit stirnseitig hieran angeformtem Wellenabschnitt plus drittem Zahnradabschnitt lässt sich diese gewichtssparende Hohlstruktur in einfacher Weise erzeugen, ohne dass Einzelbauteile axial aneinanderzusetzen sind.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Zahnradverbunds wird ein Dreifach-Planetenrad ausgebildet, bei welchem der Kopfkreisdurchmesser des ersten Zahnrades kleiner als der Kopfkreisdurchmesser des zweiten Zahnrades ist, und wobei der Kopfkreisdurchmesser des ersten Zahnrades größer als der Kopfkreisdurchmesser des dritten Zahnrades ist. Der größte zweite Zahnradabschnitt befindet sich insoweit in der Mitte und wird flankiert von je einem Zahnradabschnitt kleineren Durchmessers.
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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 aus drei Zahnradabschnitten bestehenden Zahnradverbund,
- 2 den Zahnradverbund nach 1 in Explosionsdarstellung vor der Montage, und
- 3 eine Draufsicht auf den zweiten, größten Zahnradabschnitt, welcher vor der Montage als einzelnes Zahnrad vorliegt.
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Gemäß 1 besteht der Zahnradverbund zur Bildung eines Dreifach-Planetenrades eines - hier nicht weiter dargestellten - Planetengetriebes aus einem ersten Zahnradabschnitt 1 mit stirnseitig hieran angeordnetem zweiten Zahnradabschnitt 2, dessen Kopfkreisdurchmesser größer ist als der Kopfkreisdurchmesser des ersten Zahnradabschnitts 1. Am zweiten Zahnradabschnitt 2 schließt sich stirnseitig koaxial ein dritter Zahnradabschnitt 3 an, dessen Kopfkreisdurchmesser kleiner als der Kopfkreisdurchmesser des ersten Zahnradabschnitts 1 ausgebildet ist.
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Gemäß 2 ist am ersten Zahnradabschnitt 1 ein stirnseitig koaxial hieran angeformter Wellenabschnitt 4 vorgesehen, an dessen distalem Ende wiederum der dritte Zahnradabschnitt 3 koaxial angeformt ist. Somit ist die aus dem ersten Zahnradabschnitt 1, dem Wellenabschnitt 4 und dem dritten Zahnradabschnitt 3 bestehende Baueinheit einstückig ausgebildet. Der Wellenabschnitt 4 dient der Aufnahme eines als einzelnes Zahnrad mit zentralem Durchbruch 5 ausgebildeten zweiten Zahnradabschnitts 2. Über diesen Durchbruch 5 ist der zweite Zahnradabschnitt 2 mittels einer formschlüssigen Welle-Nabe-Verbindung am Wellenabschnitt 4 per Presspassung montiert. Dabei weist diese Welle-Nabe-Verbindung einen 9-flächigen polygonalen Querschnitt auf, um eine Verdrehsicherung zu bilden. Um den als einzelnes Zahnrad im unmontierten Zustand ausgebildeten zweiten Zahnradabschnitt 2 auf den Wellenabschnitt 4 zu bringen, ist der Kopfkreisdurchmesser des dritten Zahnradabschnitts 3 kleiner als der Innenhülldurchmesser des Durchbruchs 5 im zweiten Zahnradabschnitt 2, zumindest im erwärmten Zustand des als einzelnes Zahnrad ausgebildeten zweiten Zahnradabschnitts 2 vor Montage der Presspassung.
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Im montierten Zustand ist der zweite Zahnradabschnitt 2 per - hier nicht weiter dargestellter - Schweißverbindung am Wellenabschnitt 4 fixiert, um auch in Radialrichtung eine Verliersicherung zu bilden. Zur Anbringung der Schweißnaht ist zwischen dem Wellenabschnitt 4 und dem hieran koaxial angeformten dritten Zahnradabschnitt 3 eine Freistichnut 6 vorgesehen.
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Ersichtlicherweise bildet der Wellenabschnitt 4 samt dem hieran beidseitig angeformten ersten und dritten Zahnradabschnitt 1 und 3 eine durchgängige Hohlwelle aus.
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In der 3 ist für den im unmontierten Zustand als einzelnes Zahnrad ausgebildeten zweiten Zahnradabschnitt 2 ein Durchbruch 5 vorgesehen, welcher den erkenntlichen 9-flächigen polygonalen Querschnitt für die vorstehend beschriebene formschlüssige Welle-Nabe-Verbindung aufweist.
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Die 4 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung im montierten Zustand. Im Wesentlichen entspricht der Aufbau dem in den 1 bis 3, wobei der Unterschied dazu darin besteht, dass der zweite Zahnradabschnitt 2 mittels eines Sprengringes 7 auf dem Wellenabschnitt 4 in axialer Richtung gesichert ist. Dazu weist sowohl der zweite Zahnradabschnitt 2 an seinem Durchbruch 5, als auch der Wellenabschnitt 4 im Bereich der polygonförmigen Welle-Nabe-Verbindung eine umlaufende Nut 8, 9 auf, welche in derselben axialen Ebene angeordnet sind und einen Sprengring 7 tragen, welcher in seiner radialen Erstreckung beide Nuten 8, 9 zumindest teilweise abdeckt. Somit ist der zweite Zahnradabschnitt 2 in Umfangsrichtung durch die polygonförmige Welle-Nabe-Verbindung gesichert, als auch in axialer Richtung, entlang der Drehachse des Zahnradverbunds.
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Die Erfindung ist nicht beschränkt auf das vorstehend beschriebene bevorzugte Ausführungsbeispiel. Es sind auch Abwandlungen hiervon denkbar, welche vom Schutzbereich der nachfolgenden Ansprüche mit umfasst sind. So ist es beispielsweise auch möglich, ein Mehrfach-Planetenrad zu schaffen, welches mehr als drei Zahnradabschnitte aufweist. Ebenso ist die Anwendung nicht allein beschränkt auf den Verbau in einem Planetengetriebe.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- erster Zahnradabschnitt
- 2
- zweiter Zahnradabschnitt
- 3
- dritter Zahnradabschnitt
- 4
- Wellenabschnitt
- 5
- Durchbruch
- 6
- Freistichnut
- 7
- Sprengring
- 8
- Nut
- 9
- Nut
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006052104 A1 [0003]
- DE 102016221705 A1 [0004]
