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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Zahnrades, das beidseits mit Zapfenabschnitten zur Drehlagerung versehen wird, in welche jeweils mehrere längsverlaufende Schmiermittelnuten eingebracht werden. Außerdem betrifft die Erfindung auch ein auf diese Weise hergestelltes Zahnrad, welches vorzugsweise als Planetenrad eines Planetengetriebes verwendet wird. Ferner wird ein Stirnraddifferential mit zumindest einem als erfindungsgemäßes Zahnrad ausgebildetes Planetenrad vorgeschlagen.
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Das Einsatzgebiet der vorliegenden Erfindung erstreckt sich vornehmlich auf kraftfahrzeugtechnische Anwendungen, bei denen das erfindungsgemäße Zahnrad im Rahmen zapfengelagerter Getriebekonzepte zum Einsatz kommt, insbesondere Stirnraddifferentiale, Stufenplanetenradsätze für Planetengetriebe oder auch normale Stirnradgetriebe. Das erfindungsgemäße Zahnrad eignet sich insbesondere für eine als Gleitlagerung ausgebildete Drehlagerung.
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Stand der Technik
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Aus der
DE 10 2011 087 578 A1 geht ein gattungsgemäßes Zahnrad hervor, welches einen mittleren, vorzugsweise schrägverzahnten, Stirnradabschnitt aufweist, an dem koaxial beidseitig zylindrische Zapfenabschnitte für eine Gleitlagerung angeformt sind. Dieses Zahnrad wird hier als Planetenrad für eine Getriebeeinheit, insbesondere für ein Stirnraddifferential, eingesetzt. Die Zapfenabschnitte weisen im Bereich der Mantelfläche mehrere diesbezüglich längsverlaufende und in äquidistanten Abständen zueinander angeordnete Schmiermittelnuten auf. Die Schmiermittelnuten werden im Rahmen der Gleitlagerung als Ölfangtaschen genutzt, um die Gleitlagerstelle mit Schmieröl zu versorgen. Die längsverlaufenden Schmiermittelnuten besitzen hierfür einen konkaven Nutquerschnitt und sind außerhalb der Verzahnung des Stirnradabschnitts separat durch ein entsprechendes Werkzeug in die Mantelfläche der Zapfenabschnitte einzubringen. Das Zahnrad wird samt Zapfenabschnitte vorzugsweise umformtechnisch durch Fließpressen gefertigt. Hierfür ist der jeweilige Durchmesser der Zapfenabschnitte kleiner als der Fußkreisdurchmesser der Verzahnung ausgebildet. Dadurch entsteht für die Verzahnung eine Störkontur, so dass die Schmiermittelnut bei diesem Stand der Technik nicht spanend hergestellt werden kann, oder zumindest nur mit nicht unerheblichem Abstand zur Stirnseite der Verzahnung. Dies beschränkt im Falle einer spanend nachträglichen Einbringung der Schmiermittelnuten in die Mantelfläche der Zapfenabschnitte wiederum die Nutlänge. Ferner ist keine direkte Förderung des Schmierstoffs aus dem Bereich der Verzahnung in die Schmiermittelnuten möglich.
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein gattungsgemäßes Zahnrad sowie ein Verfahren zur Herstellung desselben dahingehend weiter zu verbessern, dass eine fertigungstechnisch einfache Einbringung von Schmiermittelnuten im Bereich der Zapfenabschnitte ermöglicht wird, welche eine zuverlässige Schmiermittelversorgung der Lagerstelle gestatten.
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Offenbarung der Erfindung
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Die Aufgabe wird verfahrenstechnisch durch Anspruch 1 gelöst. Hinsichtlich eines hierdurch hergestellten Zahnrads wird separat auf Anspruch 4 verwiesen. Der Anspruch 8 gibt eine vorzugsweise Verwendung des erfindungsgemäßen Zahnrades an und der Anspruch 9 widmet sich als bevorzugte Ausführungsform einem Stirnraddiffential mit einem erfindungsgemäßen Zahnrad als Planetenrad.
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Das erfindungsgemäße Zahnrad umfasst einen mittleren Stirnradabschnitt, an dem koaxial beidseitig zylindrische Zapfenabschnitte zur Drehlagerung angeformt sind, welche in deren Mantelfläche spanend eingebrachte und dem direkten Verlauf der Verzahnungsnutböden extrapolierend folgende Schmiermittelnuten aufweisen.
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Ein derartig erfindungsgemäßes Zahnrad lässt sich durch folgende Fertigungsschritte hergestellen:
- a) Zunächst wird durch Trennen, Umformen und/oder Urformen ein in der Hüllgeometrie zylindrischer Zahnradrohkörper mit durchgehend gerader oder schräger Verzahnung zur Bildung eines Stirnrades erzeugt;
- b) Nachfolgend wird durch endseitiges Spanen des Zahnradrohkörpers die beidseitigen Zapfenabschnitte derart materialabtragend erzeugt, dass
- c) der Durchmesser der Zapfenabschnitte größer als der Fußkreisdurchmesser der Verzahnung ausgebildet wird.
- d) dabei werden in der Mantelfläche der Zapfenabschnitte dem Verlauf der Verzahnungsnut oben folgende Schmiermittelnuten erzeugt.
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Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann der vorstehende Schritt b) alternativ auch vor dem Schritt a) durchgeführt werden. Somit können also auch zuerst die Zapfenabschnitte erzeugt werden, ehe die Verzahnung gefertigt wird.
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Als Verzahnungsnutboden wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung der Nutbodenbereich verstanden, welcher sich zwischen benachbarten Zähnen einer Verzahnung ergibt und den Boden der sogenannten Zahnlücke im Zahnfußbereich bildet. Damit weisen die Schmiermittelnuten eine Geometrie auf, welche der Geometrie der Verzahnungsnutböden folgt, da diese mit demselben Werkzeug hergestellt sind. Somit wird während der Herstellung des Zahnradrohkörpers mit gerader oder schräger Verzahnung im Falle einer Fertigung durch Spanen beispielsweise ein hierfür vorgesehener Wälzfräser als Werkzeug über die komplette Länge des Zahnradrohkörpers samt der dann vorzugsweise später noch abzudrehenden Zapfenabschnitte geführt.
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In vorteilhafter Weise entstehen die Schmiermittelnuten in den Zapfenabschnitten somit direkt bei der Herstellung der Verzahnung. Außerdem wird durch die Durchgängigkeit der Schmiermittelnuten von der Verzahnung zum Zapfenabschnitt Schmierstoff direkt vom Zahnfußbereich in die Schmiermittelnut und damit in die Lagerstelle geführt. Vorteilhaft für die Förderwirkung des Schmierstoffs in die Lagerstelle wirkt sich ein schrägverzahnter Stirnradabschnitt aus, da hier in jeweils einer Drehrichtung des Zahnrades durch die axiale Kraftkomponente der Schrägverzahnung der Schmierstoff besonders zielgerichtet zur Schmierstelle befördert wird.
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Im Hinblick auf eine zuverlässige Schmierstoffversorgung wird gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Zahnrads empfohlen, dieses mit einer sogenannten Pfeilverzahnung zu versehen, bei welcher in Vorzugsdrehrichtung zu beiden Zapfenabschnitten hin eine große Schmierstoffmenge gefördert wird.
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Es sei explizit darauf hingewiesen, dass der Zahnradrohkörper nicht allein trenntechnisch durch Spanen aus einem Rundvollprofil, insbesondere durch Wälzfräsen, hergestellt werden kann. Alternativ hierzu ist es auch möglich, den Zahnradrohkörper beispielsweise auch urformtechnisch durch beispielsweise Pulversintern, umformtechnisch durch beispielsweise Fließpressen oder dergleichen geeignete Zahnradherstellungsverfahren zu erzeugen. Als fertigungstechnische Randbedingung ist allerdings zu beachten, dass die beidseitigen Zapfenabschnitte nachträglich durch Spanen, vorzugsweise durch Längs- und Runddrehen, des Zahnradrohkörpers erzeugbar sind.
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Herstellungsbedingt entspricht die Anzahl der Schmiermittelnuten vorzugsweise der Anzahl der Verzahnungsnutböden der Verzahnung. Es ist jedoch auch denkbar, nur einige der Verzahnungsgeometrien durchgängig über die gesamte Länge des Zahnradrohkörpers auszubilden, so dass die Anzahl der Schmiermittelnuten auch kleiner als die Anzahl der Verzahnungsnutböden sein kann. Vorzugsweise ist die Mindestanzahl der Schmiermittelnuten nach dem Schmierstoffbedarf der Lagerstelle zu konzipieren.
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Ebenfalls herstellungsbedingt entspricht die Nuttiefe der einzelnen Schmiermittelnuten vorzugsweise dem Fußkreis der Verzahnung. Hierdurch muss auch beispielsweise ein Verzahnungswerkzeug im Bereich der Zapfenabschnitte nicht anders zugestellt werden als im Bereich des mittleren Stirnbandabschnitts, was die Herstellung ebenfalls vereinfacht.
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Vorzugsweise lässt sich das erfindungsgemäße Zahnrad als Planetenrad eines Planetengetriebes einsetzen, welches beispielsweise ein Stirnraddifferential sein kann, dessen Planetenträger mit zumindest einem solchen Planetenrad bestückt ist, um mit zumindest einem Sonnenrad in Zahneingriff zu stehen. Da die im Kraftfahrzeugbereich eingesetzten Stirnraddifferentiale überwiegend vergleichsweise langsam drehend betrieben werden, ist die Lagerstelle des Planetenrads gegenüber dem Planetenträger vorzugsweise als Gleitlagerstelle ausgebildet.
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Figurenliste
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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 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Zahnrads,
- 2 eine Seitenansicht auf das Zahnrad gemäß 1,
- 3 eine Stirnflächenansicht des Zahnrads gemäß 1,
- 4 ein schematisches Flussdiagramm zur Illustrierung des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens, und
- 5 eine schematische Ansicht eines Stirnraddifferentials mit erfindungsgemäßen Zahnrädern als Planetenrädern.
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Gemäß 1 besteht ein erfindungsgemäß hergestelltes Zahnrad aus einem mittleren Stirnradabschnitt 1, an dem koaxial beidseitig zylindrische Zapfenabschnitte 2a und 2b einstückig angeformt sind. Der mittlere Stirnradabschnitt 1 ist mit einer geraden Verzahnung 3 versehen, welche hier nach Art einer Evolventenverzahnung ausgebildet ist. Die beidseitigen Zapfenabschnitte 2a und 2b sind Bestandteil einer - nicht weiter dargestellten - Gleitlagerstelle zur Drehlagerung. Die Zapfenabschnitte 2a und 2b weisen jeweils mehrere in Längsrichtung verlaufende Schmiermittelnuten 4 (exemplarisch) auf.
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Gemäß 2 folgen die in die Mantelfläche der beiden Zapfenabschnitte 2a und 2b eingebrachten Schmiermittelnuten 4 den Verlauf von Verzahnungsnutböden 5, der bei diesem Ausführungsbeispiel geraden Verzahnung 3 des Stirnradabschnitts 1.
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Wie aus 3 ersichtlich ist, entspricht die Anzahl der Schmiermittelnuten 4 der Anzahl der Verzahnungsnutböden 5 der Verzahnung 3. Ersichtlicherweise entspricht die Nuttiefe der Schmiermittelnuten 4 auch dem Fußkreis der Verzahnung 3.
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Hinsichtlich 4 erfolgt die Herstellung des vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Zahnrades, indem in einem Schritt a durch Trennen, Umformen oder Urformen ein in der Hüllgeometrie zylindrischer Zahnradrohkörper 10 erzeugt wird, der eine durchgehend gerade Verzahnung zur Bildung eines Stirnrades aufweist.
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Im Schritt b wird durch endseitiges Spanen des Zahnradrohkörpers 10 die beidseitigen Zapfenabschnitte des Zahnrads materialabtragend erzeugt. Dies erfolgt hier durch den symbolisch angedeuteten Drehmeißel, welcher in Folge der durch Pfeil angedeuteten Vorschub- und Zustellbewegung den Zahnradrohkörper 10 per Längs- und Runddrehen entsprechend bearbeitet.
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Dabei wird gemäß Schritt c der Durchmesser der so erzeugten Zapfenabschnitte dz größer als der Fußkreisdurchmesser dF der Verzahnung ausgebildet.
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Hierdurch wird gemäß Schritt d in der Mantelfläche der Zapfenabschnitt dem Verlauf der Verzahnungsnutböden folgende Schmiermittelnuten erzeugt, wie auch in der vorhergehenden 1 illustriert ist.
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Gemäß 5 werden die so erzeugten Zahnräder gemäß einer beispielhaften Anordnung im Rahmen eines Stirnraddifferentials als Planetenräder 100 eingesetzt, welche beidseits mit einem Planetenträger 200 drehgelagert sind. Dabei wirken die beidseitigen Zapfenabschnitte 2a und 2b des Planetenrades 100 als Gleitlagerstellen mit dem Planetenträger 200 zusammen. Das exemplarisch dargestellte Planetenrad 100 des Stirnraddifferential steht mit einem exemplarisch zentralen Sonnenrad 300 in Eingriff. Während das Sonnenrad 300 die Antriebseite des Stirnraddifferential bildet, bildet der Planetenträger 200 dessen Abtriebseite.
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Die Erfindung ist nicht beschränkt auf das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel. Es sind vielmehr auch Abwandlungen hiervon denkbar, welche vom Schutzbereich der nachfolgenden Ansprüche mit umfassen. So ist es beispielsweise auch möglich, ein schrägverzahntes Zahnrad zu nutzen. In diesem Falle würden die von dessen Verzahnungsnutböden ausgehenden Schmiermittelnuten leicht schräg über Zapfenabschnitte verlaufen, ohne dass dies die erfindungsgemäße Wirkung beeinträchtigt. Ferner kann der Zahnradrohkörper neben einer trenntechnischen Herstellung durch Spanen auch ur- oder umformtechnisch hergestellt werden, beispielsweise durch Fließpressen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Stirnradabschnitt
- 2
- Zapfenabschnitt
- 3
- Verzahnung
- 4
- Schmiermittelnut
- 5
- Verzahnungsnutboden
- 10
- Zahnradrohkörper
- 100
- Planetenrad
- 200
- Planetenträger
- 300
- Sonnenrad
- dZ
- Zapfenabschnittdurchmesser
- dF
- Fußkreisdurchmesser
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011087578 A1 [0003]
