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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft eine Wellenanordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Zudem betrifft die Erfindung ein Getriebe mit einer solchen Wellenanordnung mit den Merkmalen des nebengeordneten Anspruchs. Weiter betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Getriebes mit den Merkmalen des weiter nebengeordneten Anspruchs.
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DE 40 30 625 C2 offenbart ein Getriebe mit einer Wellenanordnung, wobei auf einer Welle ein Wälzlager angeordnet ist, welches sich zu einer Seite an einem Ritzel und zur anderen an einem Sicherungsring abstützt. Ein Zahnrad ist mittels einer Mutter an der Welle verschraubt. Da Ritzel und Welle einstückig ausgebildet sind, muss bei der Getriebemontage eine Montagereihenfolge unbedingt eingehalten werden. Fügekomponenten wie bspw. Sicherungsring und Mutter vergrößern die Länge und damit den axialen Bauraum und auch die Masse der Welle.
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Offenbarung der Erfindung
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Das der Erfindung zugrunde liegende Problem wird durch eine Wellenanordnung für ein Getriebe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen genannt.
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Erfindungsgemäß wird eine Wellenanordnung für ein Getriebe vorgeschlagen, welche eine Welle, ein Wälzlager und ein Zahnrad aufweist. Die Welle weist einen Lagerabschnitt auf, auf dem das Wälzlager sitzt. Die Welle weist zudem einen Aufnahmeabschnitt auf, auf dem das (relativ zur Welle separat ausgebildete) Zahnrad sitzt. Der Aufnahmeabschnitt ist zum Lagerabschnitt benachbart angeordnet und kann zu diesem (mittels eines Absatzes) abgesetzt oder mit gleichem Durchmesser ausgebildet sein, wobei der Aufnahmeabschnitt ein freies Ende der Welle bildet und das Zahnrad drehfest am Aufnahmeabschnitt befestigt ist.
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Eine Anordnung des Zahnrades im Aufnahmeabschnitt am freien Ende der Welle („fliegendes Zahnrad“) ermöglicht die Nutzung eines günstigen Wellenwerkstoffs, da das Zahnrad separat ausgebildet ist und bspw. Zerspanungs- oder Festigkeitseigenschaften zur Ausgestaltung eines Zahnrades an der Welle vernachlässigt werden können. Weiter werden Kerbwirkungen, wie sie bei einer direkt an einer Welle ausgebildeten (eingeschnittenen) Verzahnung auftreten können, vermieden. Zudem können Bauraum und Gewicht an der Welle eingespart werden, da ein Stützlager am freien Ende der Welle bzw. am Aufnahmeabschnitt entfällt. Dies trägt zu einer kostengünstigen und kompakten Bauweise der Wellenanordnung und des Getriebes insgesamt bei.
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Bei der Welle kann es sich bspw. um eine Eingangswelle des Getriebes handeln. Bei dem Zahnrad kann es sich bspw. um ein Ritzel handeln. Die Welle erstreckt sich entlang einer Axialrichtung. Die axiale Länge des Zahnrades und des Aufnahmeabschnitts können miteinander übereinstimmen. Wie bereits angedeutet, ist das Zahnrad separat zur Welle bzw. zum Aufnahmeabschnitt ausgebildet. An der vom Zahnrad abgewandten Seite des Wälzlagers kann bspw. eine Anlageschulter, ein Sicherungsring oder eine Mutter an der Welle angeordnet sein. Dadurch kann das Wälzlager an der vom Zahnrad abgewandten Seite axial gesichert werden.
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Gemäß einer Weiterbildung kann die Welle aus einem Material mit geringerer oder höherer Festigkeit ausgebildet sein als das Zahnrad. Bei Ausgestaltung der Welle mit geringerer Festigkeit ist eine erhebliche Kosteneinsparung möglich, da die Welle einen maßgeblichen Anteil der Wellenanordnung bzw. des Getriebes ausmacht. Im Konkreten kann die Welle aus Eisen, einer Eisenlegierung oder aus Stahl ausgebildet sein, bspw. aus un- und niedriglegiertem Baustahl. Optional kann die Welle mittels eines Nachbehandlungsverfahrens optimiert werden. Eine Ausgestaltung der Welle mit höherer Festigkeit kann ggf. zu Kosten- und Gewichtsvorteilen sowie zu einem vergleichsweise kleinen Bauraum beitragen. Bspw. kann das Zahnrad aus Kunststoff und die Welle aus Stahl ausgebildet sein, bspw. aus einem höherlegierten Stahl.
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Gemäß einer Weiterbildung kann das (relativ zur Welle bzw. zum Aufnahmeabschnitt separat ausgebildete) Zahnrad stoffschlüssig, formschlüssig und/oder kraftschlüssig mit dem Aufnahmeabschnitt verbunden sein. Damit ist eine konstruktiv einfache und zuverlässige Verbindung von Zahnrad und Welle möglich. Eine stoffschlüssige Verbindung trägt zu einer einfachen Fertigung mit kurzer Durchlaufzeit bei, da ein stoffschlüssiger Fügevorgang, bspw. Schweißen, Löten, Kleben, relativ einfach in einen Fertigungsprozess integriert werden und ein Fügevorgang in kurzer Zeit abgeschlossen werden kann. Auf vergleichsweise aufwändiges thermisches Fügen der Komponenten kann verzichtet werden.
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Gemäß einer Weiterbildung kann das Zahnrad im Wege einer stoffschlüssigen Verbindung am Aufnahmeabschnitt verschweißt sein, wobei die Schweißung stirnseitig am freien Ende am Aufnahmeabschnitt ausgebildet sein kann. Durch Schweißen lässt sich eine konstruktiv einfache und stabile Verbindung der Komponenten erzielen, wobei eine drehfeste Kopplung und eine axiale Sicherung der Komponenten erreicht werden kann. Die stirnseitige Schweißung erlaubt eine gute Zugänglichkeit für das Schweißen. Die Schweißung kann an oder in der Trennfuge zwischen Aufnahmeabschnitt und Zahnrad angeordnet sein. Die Schweißung kann als (vollständig umlaufender) Kreisring (Schweißring) oder als ein oder mehrere Ringabschnitte ausgebildet sein. Ein zusätzlicher Schweißring kann bspw. bei einem Keep-Schweißverfahren notwendig sein.
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Gemäß einer Weiterbildung kann im Lagerabschnitt der Welle an dem dem Aufnahmeabschnitt zugewandten Ende eine Nut mit einem darin eingesetzten Sicherungsring ausgebildet sein, die das Wälzlager (axial) gegen den Aufnahmeabschnitt abstützt. Somit kann an dieser Stelle eine Lagerschulter in Form eines Wellenabsatzes vermieden werden. Neben Materialeinsparung an der Welle ist eine flexible Montage möglich. Axial zwischen Aufnahmeabschnitt und Lagerabschnitt kann ein Absatz ausgebildet sein, der ggf. als ein doppelter Absatz ausgebildet ist (radialer Übergang von Aufnahmeabschnitt zu Lagerabschnitt in zwei Stufen).
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Gemäß einer Weiterbildung können der Lagerabschnitt und der Aufnahmeabschnitt an einem (radial zur Welle ausgerichteten) Absatz (axial) unmittelbar aneinander angrenzen, wobei das Wälzlager und das Zahnrad derart am Absatz positioniert sind, dass das Wälzlager und das Zahnrad axial (zumindest abschnittsweise) aneinander anliegen. Somit kann ein Abschnitt des Zahnrades, bspw. dessen Verzahnung, eine Anlageschulter für das Wälzlager bilden. Das Wälzlager kann mittels eines Lagerrings, insbesondere einem Lagerinnenring, stirnseitig am Zahnrad anliegen. Mit anderen Worten stützt sich eine Stirnfläche einer Verzahnung des Zahnrades auf die Stirnfläche des Innenrings des Wälzlagers. Somit ist eine weitere Einsparung von Bauraum und Gewicht möglich, da die Welle axial verkürzt werden kann. Es sind keine separate Fügeelemente wie bspw. ein Sicherungsring erforderlich. Ein Fügen bzw. Schweißen des Zahnrades kann nach Montage des Wälzlagers an der Welle erfolgen.
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Die eingangs genannte Aufgabe wird auch durch ein Getriebe mit den Merkmalen des nebengeordneten Anspruchs gelöst. Hinsichtlich der damit erzielbaren Vorteile wird auf die diesbezüglichen Ausführungen zur Wellenanordnung verwiesen.
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Das Getriebe weist ein Gehäuse und eine am oder im Gehäuse angeordnete Wellenanordnung wie oben beschrieben auf.
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Das Gehäuse des Getriebes kann eine oder mehrere Wandungen aufweisen, in der oder in denen jeweils eine oder mehrere Lagerabschnitte zur Aufnahme eines Wälzlagers ausgebildet sind. Neben einem oder mehreren Wälzlagern kann können im Getriebe auch Dichtelemente wie bspw. Radialwellendichtringe vorgesehen sein.
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Das Getriebe kann Teil einer Antriebsvorrichtung bilden, die neben dem Getriebe einen Motor aufweist, der mit dem Getriebe gekoppelt ist und das Getriebe antreiben kann. Bei dem Motor kann es sich bspw. um einen Elektromotor handeln, so dass die Antriebsvorrichtung einen Elektroantrieb, bspw. in Form einer elektrischen Achse („E-Achse“) ausbildet. Das Getriebe bzw. die Wellenanordnung bilden insoweit Teil eines solchen Elektroantriebs.
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Ebenfalls denkbar ist, dass es sich bei dem Motor um einen Verbrennungsmotor handelt. Die Antriebsvorrichtung würde dann einen Verbrennerantrieb ausbilden. Ebenso ist denkbar, dass es sich bei dem Motor um eine Kombination aus Verbrennungsmotor und Elektromotor handelt. Die Antriebsvorrichtung würde dann einen Hybridantrieb ausbilden.
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Zur weiteren Ausgestaltung des Getriebes können die im Zusammenhang mit der Wellenanordnung beschriebenen Maßnahmen dienen.
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Die eingangs genannte Aufgabe wird auch durch ein Verfahren zum Herstellen eines Getriebes mit den Merkmalen des nebengeordneten Anspruchs gelöst. Hinsichtlich der damit erzielbaren Vorteile wird auf die diesbezüglichen Ausführungen zur Wellenanordnung verwiesen.
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Das Verfahren dient zum Herstellen eines Getriebes wie voranstehend beschrieben.
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Gemäß einer Weiterbildung kann das Zahnrad auf den Aufnahmeabschnitt aufgeschoben und an diesem drehfest befestigt werden und das Wälzlager kann auf den Lagerabschnitt der Welle aufgeschoben oder alternativ am oder im Gehäuse des Getriebes montiert werden, wonach die Welle bzw. die gebildete Wellenanordnung Welle mit Zahnrad und optional mit Wälzlager) am oder im Gehäuse des Getriebes montiert wird. Indem Welle, Wälzlager und Zahnrad vor einem Einbau der Wellenanordnung im Getriebegehäuse montiert werden, kann das Getriebe bzw. das Gehäuse des Getriebes während der Montage einfacher saubergehalten werden. Dies reduziert das Risiko von Beschädigungen. Ebenfalls denkbar ist es, das Wälzlager am oder im Gehäuse des Getriebes zu montieren und die Welle mit bereits auf der Welle angebrachtem Zahnrad am oder im Gehäuse bzw. am Wälzlager zu montieren.
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Zur Montage kann die Wellenanordnung in das Getriebegehäuse eingesetzt und Wälzlager in den dafür vorgesehenen Lagerabschnitten in Wandungen des Getriebes eingebaut werden. Es können Radialwellendichtringe eingebaut werden.
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Gemäß einer Weiterbildung kann alternativ das Wälzlager auf den Lagerabschnitt der Welle aufgeschoben und die Welle am oder im Gehäuse des Getriebes montiert werden, wonach das Zahnrad auf den Aufnahmeabschnitt aufgeschoben und drehfest an diesem befestigt wird. Je nach vorhandenem Bauraum im Getriebegehäuse und Dimensionierung von Welle, Wälzlager und/oder Zahnrad kann durch Montage des Zahnrades nach einem Einbau von Welle und Wälzlager gff. eine einfacher handzuhabende Montage erreicht werden.
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Zur weiteren Ausgestaltung des Verfahrens können die im Zusammenhang mit der Wellenanordnung beschriebenen Maßnahmen dienen, die sich auch in verfahrensmäßiger Hinsicht lesen lassen.
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Nachfolgend werden mögliche Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
- 1 eine Wellenanordnung für ein Getriebe in einer schematischen und geschnittenen Teilansicht; und
- 2 eine Ausgestaltungsmöglichkeit der Wellenanordnung aus 1 in einer schematischen und geschnittenen Teilansicht.
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Ein (in den Figuren lediglich angedeutetes) Getriebe trägt in 1 insgesamt das Bezugszeichen 100. Das Getriebe 100 weist ein Gehäuse 102 (lediglich angedeutet) und eine am oder im Gehäuse 102 angeordnete Wellenanordnung 10 auf. Die Wellenanordnung 10 wird nachfolgend näher beschrieben.
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Die Wellenanordnung 10 für das Getriebe 100 weist eine Welle 12, ein Wälzlager 14 und ein Zahnrad 16 auf. Die Welle 12 erstreckt sich entlang einer Axialrichtung 18. Bei der Welle 12 kann es sich bspw. um eine Eingangswelle des Getriebes 100 handeln. Bei dem Zahnrad 16 kann es sich um ein Ritzel handeln. Das Zahnrad 16 ist separat zur Welle 12 ausgebildet. Das Zahnrad 16 weist eine Verzahnung 17 auf. Das Wälzlager 14 weist einen Innenring 15, einen Außenring 19 und dazwischen angeordnete Wälzkörper 21 auf.
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Die Welle 12 weist einen Lagerabschnitt 20 auf, auf dem das Wälzlager 14 sitzt. Die Welle 12 weist zudem einen Aufnahmeabschnitt 22 auf, auf dem das Zahnrad 16 sitzt. Der Aufnahmeabschnitt 22 ist zum Lagerabschnitt 20 benachbart angeordnet und zu diesem abgesetzt ausgeführt. Der Aufnahmeabschnitt 22 bildet ein freies Ende 24 der Welle 12 und das Zahnrad 16 ist drehfest am Aufnahmeabschnitt 22 befestigt.
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Im Beispiel ist am freien Ende 24 der Welle 12 keine Lagerung vorgesehen. Die axiale Länge des Aufnahmeabschnitts 22 und des Zahnrades 16 stimmen im Beispiel miteinander überein. An der vom Zahnrad 16 abgewandten Seite des Wälzlagers 14 kann an der Welle 12 bspw. eine Anlageschulter ausgebildet sein (nicht dargestellt), die das Wälzlager 14 gegen Verschieben sichert.
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Die Welle 12 ist im Beispiel aus einem Material mit geringerer Festigkeit ausgebildet als das Zahnrad 16. Die Welle 12 kann aus Eisen, einer Eisenlegierung oder aus Stahl ausgebildet sein, bspw. aus un- und niedriglegiertem Baustahl.
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Das Zahnrad 16 ist stoffschlüssig mit dem Aufnahmeabschnitt 22 verbunden. Im Beispiel ist das Zahnrad 16 am Aufnahmeabschnitt 22 verschweißt, wobei die Schweißung 26 stirnseitig am freien Ende 24 der Welle 12 bzw. des Aufnahmeabschnitts 22 ausgebildet ist. Die Schweißung 26 ist an oder in der Trennfuge 28 zwischen Aufnahmeabschnitt 22 und Zahnrad 16 angeordnet. Die Schweißung 26 kann wie im Beispiel als vollständig umlaufender Kreisring („Schweißring“) oder als ein oder mehrere Ringabschnitte (nicht dargestellt) ausgebildet sein.
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Im Lagerabschnitt 20 der Welle 12 ist im Beispiel an dem dem Aufnahmeabschnitt 22 zugewandten Ende eine Nut 30 mit einem darin eingesetzten Sicherungsring 32 ausgebildet, die das Wälzlager 14 axial gegen den Aufnahmeabschnitt 22 abstützt. Axial zwischen Aufnahmeabschnitt 22 und Lagerabschnitt 20 ist ein Absatz 34 ausgebildet, der optional als doppelter Absatz ausgebildet sein kann (radialer Übergang von Aufnahmeabschnitt 22 zu Lagerabschnitt 20 in zwei Stufen).
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2 zeigt eine Ausgestaltungsmöglichkeit des Getriebes 100 bzw. der Wellenanordnung 10. Gleiche oder funktional gleiche Elemente sind mit identischen Bezugszeichen versehen, so dass zur Vermeidung von Wiederholungen auf die obigen Ausführungen verwiesen wird.
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Bei der vorliegenden Wellenanordnung 10 wird auf die Nut 30 und den Sicherungsring 32 verzichtet. Stattdessen grenzen der Lagerabschnitt 20 und der Aufnahmeabschnitt 22 an einem insbesondere radial zur Welle 12 ausgerichteten Absatz 36 entlang der Axialrichtung 18 unmittelbar aneinander an.
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Das Wälzlager 14 und das Zahnrad 16 sind derart am Absatz 36 positioniert, dass das Wälzlager 14 und das Zahnrad 16 axial abschnittsweise aneinander anliegen. Somit kann ein Abschnitt des Zahnrades 16, bspw. dessen Verzahnung 17, eine Anlageschulter 38 für das Wälzlager 14 bilden. Das Wälzlager 14 liegt mittels eines Lagerrings, insbesondere mittels des Innenrings 15, stirnseitig am Zahnrad 16 an. Mit anderen Worten stützt sich eine Stirnfläche der Verzahnung 17 des Zahnrades 16 auf die Stirnfläche des Innenrings 15 des Wälzlagers 14.
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Die Herstellung des Getriebes 100 kann erfolgen wie oben beschrieben.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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