DE102021204274A1

DE102021204274A1 - Hohlrad für einen Planetenradsatz eines Automatgetriebes eines Kraftfahrzeugs, Verbindungsanordnung mit dem Hohlrad sowie Fertigungsverfahren zur Herstellung des Hohlrads

Info

Publication number: DE102021204274A1
Application number: DE102021204274.0A
Authority: DE
Inventors: Patrick Klein
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2021-04-29
Filing date: 2021-04-29
Publication date: 2022-11-03

Abstract

Es wird ein Hohlrad 2 für einen Planetenradsatz eines Automatgetriebes eines Kraftfahrzeugs, mit einem Mitnahmeabschnitt 5 zur Mitnahme eines Zylindertopfs 3, wobei der Mitnahmeabschnitte 5 eine stirnseitige Kronenverzahnung 6 mit einer Vielzahl von Kronenzähnen 7 aufweist, mit einem Zählringabschnitt 10 zur Abtastung durch einen Drehzahlsensor, wobei der Zählringabschnitt 10 eine umfangsseitige Zählverzahnung 11 mit einer Vielzahl von Zählzähnen 12 aufweist, vorgeschlagen, wobei jedem Kronenzahn 7 genau zwei Zählzähne 11 zugeordnet sind, wobei sich jeweils ein Zählzahn 11 in Verlängerung zu einer Zahnflanke 17 des zugehörigen Kronenzahns 7 erstreckt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Hohlrad für einen Planetenradsatz eines Automatgetriebes eines Kraftfahrzeugs mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung eine Verbindungsanordnung mit dem Hohlrad sowie ein Fertigungsverfahren zur Herstellung des Hohlrads.
Aus dem Stand der Technik sind Automatgetriebe in Planetenbauweise bekannt, welche Drehzahlsensoren zum Abgreifen einer Drehzahl von rotierenden Bauteilen verwenden, um Schaltvorgänge komfortabel abzustimmen und umzusetzen. Zur Erfassung der erforderlichen Drehzahl ist üblicherweise ein drehfest mit dem rotierenden Bauteil, vorzugsweise dem Hohrad, verbundener Signal- oder Drehzahlgeber vorgesehen, dem ein feststehender Drehzahlsensor gegenüberliegt, um die Drehzahl an dem Drehzahlgeber abzugreifen. Beispieleisweise ist der Drehzahlgeber durch einen Sensorring mit einer umlaufenden Sensorverzahnung oder eine direkt an dem Hohlrad ausgebildete Sensorverzahnung gebildet.
Beispielsweise offenbart die Druckschrift DE 10 2018 216 062 B3 ein Hohlrad eines Planetenradsatzes eines Automatgetriebes eines Kraftfahrzeugs, wobei das Hohlrad an seinem Außendurchmesser eine erste und eine zweite Verzahnung aufweist, die unterschiedlich ausgeführt sind, wobei die erste Verzahnung als Mitnahmeverzahnung für ein anderes Bauteil ausgeführt ist und die zweite Verzahnung als Signalgeberrad für einen Drehzahlsensor ausgebildet ist und vor der ersten Verzahnung bearbeitet ist, wobei die erste und zweite Verzahnung die gleiche Anzahl an Zähnen aufweisen und wobei die Mittellängsachse jedes Zahnes der ersten Verzahnung parallel zur Mittellängsachse jeweils eines Zahnes der zweiten Verzahnung verläuft.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Hohlrad der eingangs genannten Art vorzuschlagen, welches sich durch einen robusteren Aufbau und eine verbesserte Drehzahlerfassung auszeichnet. Ferner ist es eine Aufgabe der Erfindung eine Verbindungsanordnung mit dem Hohlrad sowie ein Fertigungsverfahren zur Fertigung des Hohlrads vorzuschlagen.
Diese Aufgabe wird durch ein Hohlrad mit den Merkmalen des Anspruchs 1, eine Verbindungsanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 12 sowie ein Fertigungsverfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 13 gelöst. Weitere erfindungsgemäße Ausgestaltungen und Vorteile gehen aus den entsprechenden Unteransprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung und beigefügten Figuren hervor.
Gegenstand der Erfindung ist ein Hohlrad, welches für einen Planetenradsatz eines Automatgetriebes eines Kraftfahrzeugs ausgebildet und/oder geeignet ist. Insbesondere weist das Hohlrad an seinem Innenumfang eine Innenverzahnung, vorzugsweise eine Schrägverzahnung auf, welche zum kämmenden Eingriff mit den Planetenrädern des Planetenradsatzes dient.
Das Hohlrad weist einen Mitnahmeabschnitt auf, welcher zur Mitnahme eines Zylindertopfs, insbesondere des Automatgetriebes, ausgebildet und/oder geeignet ist. Insbesondere dient der Mitnahmeabschnitt zur Momenten- und/oder Axialkraftabstützung zwischen Hohlrad und Zylindertopf. Der Mitnahmeabschnitt weist hierzu eine stirnseitige Kronenverzahnung mit einer Vielzahl von Kronenzähnen auf. Bevorzugt dient die Kronenverzahnung zum lösbaren formschlüssigen Verbinden des Hohlrads in Umlaufrichtung und/oder in axialer Richtung in Bezug auf die Drehachse mit einer entsprechenden Gegenverzahnung des Zylindertopfs. Insbesondere ist die Kronenverzahnung an einer axialen Stirnseite am Außendurchmesser des Hohlrads angeordnet, wobei die Kronenzähne in einer axialen Richtung in Bezug auf eine Hauptdrehachse ausgerichtet sind. Die Kronenverzahnung bildet bevorzugt einen integralen Bestandteil des Hohlrads.
Das Hohlrad weist einen Zählringabschnitt auf, welcher zur Abtastung durch einen Drehzahlsensor ausgebildet und/oder geeignet ist. Insbesondere ist der Drehzahlsensor als ein Inkrementalgeber, vorzugsweise als ein Zahnradgeber, ausgebildet. Der Zählringabschnitt weist hierzu eine umfangsseitige Zählverzahnung mit einer Vielzahl von Zählzähnen auf, welcher durch den Drehzahlsensor abtastbar sind. Insbesondere bildet die Zählverzahnung somit eine Maßverkörperung, um eine Winkelveränderung und/oder eine Drehrichtung bei einer Rotation des Hohlrads um die Hauptdrehachse zu erfassen. Insbesondere ist die Zählverzahnung an einem Außenumfang des Hohlrades ausgebildet, wobei die Zählzähne in Umfangsrichtung gleichmäßig beabstandet und/oder verteilt sind. Die Zählverzahnung bildet bevorzugt einen integralen Bestandteil des Hohlrads.
Im Rahmen der Erfindung wird vorgeschlagen, dass jedem Kronenzahn genau zwei Zählzähne zugeordnet sind. Insbesondere weist das Hohlrad somit eine Anzahl von n-Kronenzähnen und eine Anzahl von 2n-Zählzähnen auf. Anders ausgedrückt weist das Hohlrad doppelt so viele Zählzähne wie Kronenzähne auf. Dabei erstreckt sich jeweils ein Zählzahn in Verlängerung zu einer Zahnflanke des zugehörigen Kronenzahns. Insbesondere erstrecken sich die Zählzähne in axialer Verlängerung in Bezug auf eine Mittellinienachse des jeweiligen Kronenzahns zu den Zahnflanken. Vorzugsweise erstreckt sich jeweils ein Zählzahn in axialer Verlängerung zu einer Zahnflanke. Anders ausgedrückt, ist jede Zahnflanke in axialer Richtung durch einen Zählzahn verlängert.
Es wird somit ein Hohlrad vorgeschlagen, welches im Vergleich zum Stand der Technik eine höhere Anzahl an Zählzähnen bei gleichbleibender oder geringerer Anzahl an Kronenzähnen aufweist. Durch die erfindungsgemäße Zählverzahnung kann somit die Sensorauflösung erhöht werden, wodurch ein Loslaufen des Hohlrads bzw. einer Welle zeitiger erkannt werden kann und somit die Signalverfügbarkeit im stillstandsnahen Drehzahlbereich verbessert wird. Dadurch kann ein Anfahrvorgang in Fahrerwunschrichtung zeitiger gestartet werden und die Qualität des Gangeinlegens erhöht werden. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass durch die Verlängerung der Zahnflanken der Kronenzähne durch die Zählzähne, die Kronenzähne deutlich robuster ausgeführt werden können. Zudem können bei einer reduzierten Anzahl der Kronenzähne, die Kronenzähne in Umfangsrichtung breiter ausgebildet werden, sodass die Robustheit der Kronenverzahnung weiter verbessert werden kann.
In einer konkreten Ausführung ist vorgesehen, dass jeder Zählzahn eine Mittellängsachse definiert und jede Zahnflanke eine Zahnflankenebene definiert, wobei die Zählzähne derart zu der jeweils zugehörigen Zahnflanke angeordnet sind, dass sich deren Mittellängsachse in der Zahnflankenebene erstreckt. Anders ausgedrückt, sind die Zählzähne in einer radialen Draufsicht mittig zu der jeweils zugehörigen Zahnflanke bzw. der Zahnflankenebene angeordnet. Insbesondere sind die Mittellängsachsen der Zählzähne parallel und/oder gleichgerichtet zu der Mittellinienachse der Kronenzähne ausgerichtet. Durch die symmetrische Anordnung der Zählzähne in Bezug auf die Zahnflanken kann die Bearbeitung des Hohlrads im Rahmen der Fertigung vereinfacht werden, da keine oder nur wenige Zwischenräume zwischen Kronenverzahnung und Zählverzahnung gebildet werden. Es wird somit ein Hohlrad vorgeschlagen, welches sich durch eine einfachere und kostengünstigere Fertigung auszeichnet.
In einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass jeweils eine Kopffläche des Kronenzahns und eine Kopffläche der beiden zugehörigen Zählzähne in einer gemeinsamen Kopfflächenebene liegen. Alternativ oder optional ergänzend liegen die Kronenzähne und die Zählzähne auf einem gemeinsamen Kopfkreisdurchmesser. Anders ausgedrückt, weisen die Kronenverzahnung und die Zählverzahnung den gleichen Außendurchmesser auf. Durch das Angleichen der Kopfflächen der Kronenzähne an die Kopffläche der Zählzähne können die Kronenzähne in Bezug auf ihre radiale Höhe größer ausgebildet werden, sodass in einer Einbausituation eine höhere radiale Überdeckung der Kronenverzahnung mit der Gegenverzahnung umgesetzt werden kann und somit die Flächenpressung reduziert wird. Des Weiteren kann durch das Angleichen der Kopfflächen der Fertigungsprozess weiter vereinfacht werden. Es wird somit ein Hohlrad vorgeschlagen, welches sich durch eine robustere Ausgestaltung und zudem durch eine einfachere Fertigung auszeichnet.
In einer weiteren konkreten Umsetzung ist vorgesehen, dass jeweils ein Kronenzahn und die jeweils zwei zugehörigen Zählzähne aus einem gemeinsamen Materialabschnitt gefertigt sind. Insbesondere schließen sich die beiden Zählzähne in axialer Richtung in Bezug auf die Mittellängsachse unmittelbar bzw. ohne Unterbrechung an den Kronenzahn an. Besonders bevorzugt sind die Kronenzähne und die jeweils zugehörigen Zählzähne einstückig, z.B. aus einem Guss gefertigt. Durch die einstückige Ausführung der Kronen- und Zählverzahnung kann die Kronenverzahnung deutlich robuster ausgestaltet werden, da die Zählzähne zugleich zur Verstärkung der Kronenzähne, z.B. in der Art einer Verstärkungsrippe dienen.
In einer weiteren Konkretisierung ist vorgesehen, dass die Kronenverzahnung und die Zählverzahnung je Kronenzahn jeweils einen gemeinsamen Trennbereich aufweisen, wobei die beiden Zählzähne je Kronenzahn durch den Trennbereich in Umlaufrichtung voneinander beabstandet sind. Insbesondere ist der Trennbereich im Rahmen eines Fertigungsverfahrens in den gemeinsamen Materialabschnitt eingebracht, um die beiden Zählzähne je Kronenzahn zu bilden. Vorzugsweise ist durch den Trennbereich eine Zahnlücke zwischen zwei benachbarten Zählzähnen eines Kronenzahns gebildet. Besonders bevorzugt sind jeweils die zueinander benachbarten Zählzähne zweier benachbarter Kronenzähne durch einen weiteren Trennbereich, insbesondere zur Bildung weiterer Zahnlücken, in Umlaufrichtung voneinander beabstandet. Vorzugsweise folgt in Umlaufrichtung gesehen somit auf jeden Trennbereich ein weiterer Trennbereich. Die Trennbereiche und die weiteren Trennbereiche sind vorzugsweise fertigungstechnisch in einem Fertigungsschritt gefertigt. Bevorzugt weisen die beiden Trennbereiche die gleiche Breite, Form und/oder Tiefe auf. Im Speziellen definieren die Trennbereiche und/oder die weiteren Trennbereiche eine Lückenweite, welche mindestens oder genau halb so groß wie eine Lückenweite zwischen zwei Kronenzähnen. Durch die Trennbereiche kann die Zählverzahnung besonders einfach, insbesondere in einem einzigen Fertigungsschritt, gefertigt werden.
In einer ersten konkreten Ausführung ist vorgesehen, dass die Trennbereiche als durchgehende Trennbereiche ausgebildet sind, welche die Kronenverzahnung und die Zählverzahnung in axialer Richtung in Bezug auf die Mittellinienachse der Kronenzähne vollständig durchsetzen. Insbesondere durchsetzen die Trennbereiche jeweils einen Kronenzahn in axialer Richtung in Bezug auf dessen Mittellinienachse. Anders ausgedrückt, sind die Zahnlücken zwischen zwei Zählzähnen eines Kronenzahns in axialer Richtung in Bezug auf die Mittellinienachse des Kronenzahns betrachtet durchgängig ausgebildet. Die Trennbereiche sind somit besonders einfach zu fertigen, sodass die Produktivität bei hohen Stückzahlen deutlich gesteigert werden kann.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass die durchgehenden Trennbereiche mittels Tubusräumen oder Wälzfräsen gefertigt sind. Insbesondere wird beim Tubusräumen, auch als Topfräumen bekannt, das Werkstück, insbesondere ein Hohlradrohling, in einer Hubrichtung durch ein Räumwerkzeug mit nach innen gerichteten Schneiden gedrückt, um die Trennbereiche und insbesondere die weiteren Trennbereiche in einem Fertigungsschritt zu erzeugen. Insbesondere bildet beim Wälzfräsen das Werkstück, insbesondere ein Hohlradrohling, mit einem Wälzfräser, insbesondere eine ein- oder mehrgängige Schnecke, ein Art Schneckengetriebe, wobei der Wälzfräser rotiert und parallel zur Achse des Werkstücks, insbesondere zur Hauptdrehachse des Hohlrads, verfährt, um die Trennbereiche und insbesondere die weiteren Trennbereiche zu erzeugen.
In einer alternativen Ausführung ist vorgesehen, dass die Trennbereiche als auslaufende Trennbereiche ausgebildet sind, welche die Zählverzahnung in axialer Richtung in Bezug auf eine Mittellängsachse der Kronenzähne vollständig durchsetzen und im Bereich der Kronenverzahnung über einen Radius in radialer Richtung nach außen auslaufen. Vorzugsweise laufen die Trennbereiche in einem Übergangsbereich von der Zählverzahnung auf die Kronenverzahnung über den Radius aus. Insbesondere durchsetzen die Trennbereiche den jeweiligen Kronenzahn in axialer Richtung in Bezug auf dessen Mittellinienachse nicht oder nur teilweise. Anders ausgedrückt, sind die Zahnlücken zwischen zwei Zählzähnen eines Kronenzahns in axialer Richtung in Bezug auf die Mittelängsachse des Kronenzahns betrachtet begrenzt oder geschlossen. Durch das gezielte Auslaufen der Trennbereiche im Bereich des jeweiligen Kronenzahns kann die Stabilität der Kronenzähne erhöht werden, da die Kronenzähne somit größtenteils im Vollmaterial gefertigt sind.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass die auslaufenden Trennbereiche durch Wälzfräsen, wie bereits zuvor beschrieben, gefertigt sind. Insbesondere wird der Wälzfräser dabei jedoch nur so weit in axialer Richtung in Bezug auf die Achse des Werkstücks, insbesondere entlang der Hauptdrehachse des Hohlrads, verfahren, bis die Zählzähne gebildet sind bzw. die Trennbereiche im Bereich der Kronenzähne auslaufen. Insbesondere ist der Radius durch einen Eintritt bzw. Auslauf des Wälzfräser gebildet.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft eine Verbindungsanordnung zwischen einem Zylindertopf und einem Hohlrad, wie dies bereits zuvor beschrieben wurde, wobei der Zylindertopf eine zu der Kronenverzahnung komplementäre Gegenverzahnung zum lösbaren formschlüssigen Verbinden des Zylindertopfs mit dem Hohlrad aufweist. Insbesondere sind das Hohlrad und der Zylindertopf in Bezug auf die Hauptdrehachse koaxial zueinander angeordnet. Die Kronenverzahnung und die Gegenverzahnung stehen dabei derart miteinander in Eingriff, dass durch die gebildete Verzahnung eine tangentiale, radiale und/oder axiale Kraftabstützung umgesetzt wird. Bevorzugt sind das Hohlrad und der Zylindertopf in axialer Richtung miteinander lösbar über einen Sicherungsring verbunden. Hierzu weisen die Kronenverzahnung und die Gegenverzahnung bzw. deren Zähne an ihrem Innendurchmesser eine umlaufende, insbesondere unterbrochene Nut auf, wobei durch das Zusammenstecken der Verzahnungspartner eine gemeinsame über den Umfang der Verzahnung verlaufende Sprengringnut gebildet wird, in welche der Sicherungsring montiert ist.
In einer Konkretisierung wird vorgeschlagen, dass eine Zahnflankenfläche der Kronenverzahnung des Hohlrads größer oder gleich einer Zahnflankenfläche der Gegenverzahnung des Zylindertopfs ist. Alternativ und/oder optional ergänzend wird vorgeschlagen, dass die Zahnflankenflächen der Kronenverzahnung des Hohlrads an der Gegenverzahnung des Zylindertopfs in Umfangsrichtung vollflächig aneinander anliegen und/oder anlegbar sind. Insbesondere ist vorgesehen, dass die Zahnflankenflächen der Kronenverzahnung und der Gegenverzahnung in axialer sowie radialer Richtung zu mehr als 90%, vorzugsweise mehr als 95%, im Speziellen zu 100% in Überdeckung stehen. Insbesondere kann durch die hohe Überdeckung der Zahnflankenflächen der Flächenverlust bei einer reduzierten Anzahl von Kronenzähnen ausgeglichen werden bzw. die Flächenpressung zwischen der Kronenverzahnung und der Gegenverzahnung reduziert werden.
In einer weiteren konkreten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass ein Kopfkreisdurchmesser der Kronenverzahnung größer oder gleich einem Kopfkreisdurchmesser der Gegenverzahnung ist. Insbesondere weisen die Zahnflanken der Kronenzähne in radialer Richtung eine größere radiale Erstreckung als die Gegenverzahnung auf. Durch die Vergrößerung der Zahnflankenflächen in radialer Richtung kann das Hohlrad, insbesondere die Kronenverzahnung, deutlich widerstandsfähiger gegen Verformungen ausgebildet sein. Zudem kann aufgrund der geringeren Flächenpressung die Zähnezahl der Kronenverzahnung und somit die zu bearbeitenden Zahnlücken der Kronenverzahnung reduziert werden. Dadurch kann zum einen die Werkzeugstandzeit erhöht und zum anderen die Taktzeit reduziert werden.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft ein Fertigungsverfahren zur Herstellung eines Hohlrads, wie dies bereits beschrieben wurde, bzw. einer Verbindungsanordnung, wie diese bereits beschrieben wurde, bei dem:

- ein Hohlradrohling mit einem Mitnahmeabschnitt und einem Zählringabschnitt bereitgestellt wird;
- die Zählzähne der Zählverzahnung durch Einbringen eines Trennbereichs in den Zählringabschnitt mittels eines Trennverfahren hergestellt werden.

Insbesondere sind die Kronenzähne und die zugehörigen Zählzähne jeweils aus einem gemeinsamen Materialabschnitt gebildet, wobei die Trennbereiche mittels des Trennverfahrens in die Materialabschnitte eingebracht werden. Vorzugsweise werden die Trennbereiche und die weiteren Trennbereiche zur Bildung der Zahnlücken zwischen den einzelnen Zählzähnen gemeinsam in einem Fertigungsschritt mittels des Trennverfahrens, insbesondere zeitgleich auf der gleichen Bearbeitungsmaschine mit dem gleichen Werkzeug eingebracht.
In einer konkreten Umsetzung werden die Kronenverzahnung mittels Schlagdrehen, Zahnformfräsen oder Wälzfräsen und die Zählverzahnung mittels Tubusräumen oder Wälzfräsen, wie bereits zuvor beschrieben, hergestellt. Insbesondere ist unter Schlagdrehen ein spanabhebendes Fertigungsverfahren zu verstehen, wobei sich einerseits das Werkstück, insbesondere der Hohlradrohling, und andererseits ein spanhebendes Werkzeug jeweils um eine eigene Achse drehen und relativ zueinander bewegt werden. Insbesondere ist unter Zahnformfräsen ein spanhebendes Fertigungsverfahren zu verstehen, bei dem ein spanhebendes Werkzeug, z.B. ein Messerkopf mit mehreren Schneidmessern, um eine Achse rotiert wird und relativ zu dem Werkstück bewegt wird, um das gewünschte Zahnprofil bzw. Zahnlückenprofil herzustellen, wobei das Werkstück selbst stationär verbleibt. Insbesondere wird die Kronenverzahnung in einem ersten Fertigungsschritt und die Zählverzahnung in einem zweiten Fertigungsschritt hergestellt, wobei die beiden Fertigungsschritte zeitlich versetzt sind.
In einer weiteren Konkretisierung ist vorgesehen, dass der Zylindertopf als ein Aluminiumdruckgussteil ausgebildet ist, wobei die Gegenverzahnung im Druckgussverfahren hergestellt wird. Insbesondere kann die Gegenverzahnung durch Druckgießen an dem Zylindertopf hergestellt werden, wobei die Gegenverzahnung nach dem Druckgießen eine sogenannte „net shape“ Geometrie aufweist. Dabei ist „net shape“ dahingehend zu verstehen, dass die Gegenverzahnung nach dem Druckgießen ohne weitere Nachbearbeitung die gewünschte Endkontur aufweist. Dadurch kann das Zerspanungsvolumen im Fertigungsprozess reduziert und die Taktzeit erhöht werden.
Alternativ wird die Gegenverzahnung mittels eines Trennverfahrens hergestellt. Insbesondere kann die Gegenverzahnung durch eine Drehbearbeitung aus einem Vollmaterial oder einer im Druckgussverfahren vorgeformten Verzahnungsgeometrie hergestellt werden. Vorzugsweise wird im Druckgussverfahren eine Gegenverzahnung mit geschlossenem Außendurchmesser gegossen, wobei die einzelnen Zähne der Gegenverzahnung mittels des Trennverfahrens offengelegt werden. Beispielsweise sind die Zähne der Gegenverzahnung nach dem Druckgießen über Verbindungsabschnitte umlaufend miteinander verbunden, welche im Rahmen des Trennverfahrens entfernt werden müssen. Dadurch kann die Stabilität der Zähne der Gegenverzahnung beim Gießen erhöht werden.
Es sei darauf hingewiesen, dass der Zylindertopf, insbesondere die in dem Fertigungsprozess hergestellte Gegenverzahnung zur Verbindung mit dem beschriebenen Hohlrad, insbesondere der Kronenverzahnung ausgebildet ist. Alternativ kann der Zylindertopf, insbesondere die in dem Fertigungsprozess hergestellte Gegenverzahnung jedoch auch zur Verbindung mit einem konventionellen Hohlrad, insbesondere ohne Zählverzahnung, ausgebildet sein.
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand der Zeichnungen weiter erläutert. Es zeigen:

1 eine Explosionsdarstellung einer Verbindungsanordnung mit einem Zylindertopf und einem Hohlrad als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung;
2 eine Schnittdarstellung der Verbindungsanordnung der 1 in einem Montagezustand;
3 eine Detailansicht des Hohlrads der Verbindungsanordnung gemäß 1;
4 eine weitere Schnittdarstellung der Verbindungsanordnung der 1 ;
5 eine perspektivische Darstellung einer alternativen Ausführung des Hohlrads;
6 eine Detailansicht des Zylindertopfs gemäß 1 ;
7 eine weitere Detailansicht einer alternativen Ausführung des Zylindertopfs gemäß 1 ;
8 die Verbindungsanordnung in gleicher Darstellung wie 2;
9 eine Schnittdarstellung einer alternativen Verbindungsanordnung mit dem Zylindertopf und einem weiteren Hohlrad.

1 zeigt in einer perspektivischen Ansicht eine Explosionsdarstellung einer Verbindungsanordnung 1 mit einem Hohlrad 2 und einem Zylindertopf 3 als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. Beispielsweise ist das Hohlrad 2 für einen Planetenradsatz eines Automatgetriebes ausgebildet, wobei das Hohlrad 2 hierzu an seinem Innenumfang eine als Schrägverzahnung ausgebildet Innenverzahnung 4 trägt, welche abwälzend mit den Planetenrädern des Planetenradsatzes in Eingriff bringbar ist. Das Hohlrad 2 und der Zylindertopf 3 sind in Bezug auf eine Hauptdrehachse 100 koaxial zueinander angeordnet und stehen in Umlaufrichtung um die Hauptdrehachse 100 drehfest miteinander in Eingriff.
Das Hohlrad 2 weist hierzu einen Mitnahmeabschnitt 5 auf, welcher zur Mitnahme des Zylindertopfs 3 dient. Hierzu weist der Mitnahmeabschnitt 5 eine stirnseitig an dem Hohlrad 2 ausgebildete Kronenverzahnung 6 mit einer Vielzahl von Kronenzähnen 7 auf, welche mit einer am Zylindertopf 3 ausgebildeten, komplementären Gegenverzahnung 8 mit einer Vielzahl von Kronenzähnen 9 in Eingriff steht.
Das Hohlrad 2 weist zudem einen Zählringabschnitt 10 auf, welcher zur Abtastung durch einen Drehzahlsensor dient. Hierzu weist der Zählringabschnitt 10 eine umfangsseitige Zählverzahnung 11 mit einer Vielzahl von Zählzähnen 12 auf. Die Zählzähne 12 sind über den Außenumfang des Hohlrads 2 gleichmäßig verteilt angeordnet, wobei die Zählzähne 12 in Umfangsrichtung in abwechselnder Reihenfolge durch Trennbereiche 13 und weitere Trennbereiche 14 beabstandet sind. Dabei sind je Kronenzahn 7 jeweils zwei Zählzähne 12 zugeordnet, sodass die Zählverzahnung 11 doppelt so viele Zählzähne 12 wie Kronenzähne 7 aufweist. Beispielsweise weist die Kronenverzahnung 6 n=30 Kronenzähne 7 und die Zählverzahnung 11 n=60 Zählzähne 12 auf.
Durch die Erhöhung der Zähnezahl der Zählverzahnung 11 kann die Sensorauflösung erhöht werden, um ein Loslaufen einer mit der Verbindungsanordnung 1 in Wirkverbindung stehende Welle zeitig zu erkennen. Des Weiteren kann durch die erhöhte Zähnezahl eine zeitigere und genauere Signalverfügbarkeit im stillstandsnahen Drehzahlbereich erreicht werden, um einen Anfahrvorgang in Fahrerwunschrichtung zeitiger starten zu können und die Qualität des Gangeinlegens zu erhöhen.
2 zeigt einen Längsschnitt durch die Verbindungsanordnung 1 in einem Montagezustand entlang der Hauptdrehachse 100 durch einen der Zähne 9 der Gegenverzahnung 8. Die Kronenverzahnung 6 und die Gegenverzahnung 8 sind in axialer Richtung in Bezug auf die Hauptdrehachse 100 über einen Sicherungsring 15, z.B. ein Sprengring, gesichert. Hierzu weisen sowohl die Zähne 7 der Kronenverzahnung 6 als auch die Zähne 9 der Gegenverzahnung 8 an ihrem Innenumfang jeweils eine Nut auf, welche gemeinsam eine umlaufende, radiale Sicherungsringnut 16 bilden, in welche der Sicherungsring 15 montiert ist.
3 zeigt eine Detailansicht des Hohlrads 2 aus 1. Die Zählzähne 12 definieren jeweils eine Mittellängsachse 101, wobei sich die Zählzähne 12 jeweils in axialer Verlängerung zu den Zahnflanken 17 der Kronenzähne 7 erstrecken. Insbesondere definieren die Zahnflanken 17 jeweils eine Zahnflankenebene 102, wobei die Zählzähne 12 derart zu den Kronenzähnen 7 angeordnet sind, dass sich die Mittellängsachse 101 jeweils eines Zählzahns 12 in der Zahnflankenebene 102 einer jeweils zugehörigen Zahnflanke 17 erstreckt. Insbesondere ist somit jeder Zählzahn 12 mittig zu der zugehörigen Zahnflanke 17 angeordnet.
Dabei sind jeweils ein Kronenzahn 7 und die beiden zugehörigen Zählzähne 12 aus einem gemeinsamen Materialabschnitt gefertigt. Hierzu werden die Trennbereiche 13 durch ein Trennverfahren, z.B. mittels Wälzfräsen, in den Materialabschnitt eingebracht, um die beiden Zählzähne 12 zu formen. Insbesondere sind jeweils die beiden Zählzähne 12 mit dem zugehörigen Kronenzahn 7 einstückig, insbesondere unterbrechungsfrei, verbunden. Anders ausgedrückt, schließen sich die beiden Zählzähne 12 in axialer Richtung in Bezug auf die jeweilige Mittellängsachse 101 unmittelbar an die Zahnflanke 17 des Kronenzahns 7 an. Es wird somit ein besonders stabiles und einfach zu fertigendes Hohlrad 2 vorgeschlagen. Insbesondere durch die einstückige Ausführung der Kronen- und der Zählverzahnung 6, 11 kann die Kronenverzahnung 7 deutlich robuster ausgeführt werden, da die Zählzähne 12 zugleich die Funktion von Verstärkungsrippen übernehmen können.
4 zeigt einen weiteren Längsschnitt durch die Verbindungsanordnung 1 in einem Montagezustand entlang der Hauptdrehachse 100 durch einen der Kronenzähne 7 der Kronenverzahnung 6. Die Trennbereiche 13 sind in dieser Ausführung durch Wälzfräsen hergestellt, wobei die Trennbereiche 13 als auslaufende Nuten ausgebildet sind, welche die Zählverzahnung 11 in axialer Richtung in Bezug auf die Mittellängsachse 101 vollständig durchsetzen und im Bereich der Kronenverzahnung 6 über einen Radius 18 in radialer Richtung nach außen auslaufen. In Draufsicht betrachtet, wie z.B. in der 3 zu sehen, sind die Kronenzähne 7 somit größtenteils aus einem Vollmaterial gefertigt, wobei die Trennbereiche 13 und die weiteren Trennbereiche 14 zur Bildung von Zahnlücken sich hauptsächlich zwischen den Zählzähnen 12 erstrecken. Der Radius 18 wird dabei durch einen gezielten Einlauf bzw. Austritt des Wälzfräsers erzeugt. Es wird somit eine Kronenverzahnung 6 vorgeschlagen, welche sich durch eine hohe Stabilität der Kronenzähne 7 auszeichnet.
5 zeigt in einer perspektivischen Ansicht eine alternative Ausführung des Hohlrads 2 als ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung. In dieser Ausführung sind die Trennbereiche 13 als durchgehende Nuten ausgebildet, welche die Kronenverzahnung 6 und die Zählverzahnung 11 in axialer Richtung in Bezug auf die Mittellängsachse 101 der Kronenzähne 7 vollständig durchsetzen. Die Trennbereiche 13 und die weiteren Trennbereiche 14 werden hierzu beispielsweise mittels Tubusräumen oder Wälzfräsen hergestellt. Dadurch kann eine hohe Produktivität bei hohen Stückzahlen erreicht werden.
Die 6 und 7 zeigen jeweils in einer Detailansicht zwei unterschiedliche Ausführungsvarianten des Zylindertopfs 3, wie dieser bereits zuvor beschrieben wurde. Der Zylindertopf 3 ist beispielsweise mittels Druckguss, vorzugsweise Aluminiumdruckguss gefertigt. In 6 ist die Gegenverzahnung 8 im Druckgussverfahren als „net shape“ Geometrie hergestellt, wobei die Gegenverzahnung 8 die fertige Endkontur oder zumindest eine endkonturnahe Form aufweist. Dadurch kann die Herstellung des Zylindertopfs deutlich verbessert werden, da aufgrund des geringeren Zerspanungsvolumens die Taktzeit reduziert werden kann. In 7 ist die Gegenverzahnung 8 mit einem geschlossenen Außendurchmesser hergestellt, wobei die Zähne 9 der Gegenverzahnung mittels Drehbearbeitung freigelegt werden. Dadurch kann die Stabilität der Zähne 9 während des Druckgussverfahrens erhöht werden.
8 zeigt die Verbindungsanordnung 1 in gleicher Darstellung wie 2. Dabei ist aus der 8 ersichtlich, dass die Kronenzähne 6 und die Zählzähne 12 auf einem gemeinsamen Kopfkreisdurchmesser liegen. Insbesondere liegen die Kronenzähne 6 und die Zählzähne 12 jeweils mit ihrer Kopffläche 19 in einer gemeinsamen Kopfflächenebene 103. Durch das Angleichen der Kopfflächen 19 kann zum einen das Hohlrad 2 einfacher gefertigt werden und zum anderen der Außendurchmesser der Kronenverzahnung 6 vergrößert werden.
Dabei ist der Kopfkreisdurchmesser der Kronenverzahnung 6 größer als ein Kopfkreisdurchmesser der Gegenverzahnung 8, sodass die Kronenverzahnung 6 in radialer Richtung über die Gegenverzahnung 8 geringfügig übersteht. Alternativ kann der Kopfkreisdurchmesser der Gegenverzahnung 8 jedoch auch abschnittsweise größer oder gleich dem Kopfkreisdurchmesser der Kronenverzahnung 7 ausgeführt werden, wie dies in der 8 durch eine gestrichelte Linie angedeutet ist. Durch den vergrößerten Außendurchmesser kann die radiale Überdeckung zwischen den Kronenverzahnung 6 und der Gegenverzahnung 8 erhöht werden. Bevorzugt weisen die Zahnflanken 17 der Kronenverzahnung 6 eine größere Zahnflankenfläche 21 als die Zahnflanken 20 der Gegenverzahnung 8 auf, wobei die Zahnflankenflächen 21 der Kronenverzahnung 6 und der Gegenverzahnung 8 in Umfangsrichtung vollflächig aneinander anliegen und/oder zu 100% überlappen.
Die Kronenverzahnung 6 und die Gegenverzahnung 8 sind in axialer Richtung in Bezug auf die Hauptachse 100 jeweils über eine Anlagefläche 27. Zwischen den Schrägflächen 22 ist ein Freiraum vorgesehen, so dass diese sich nicht berühren. Die Schrägflächen dienen dazu, die Verzahnungslänge zu vergrößern, um die mechanische Spannung im Kronenzahn 9 des Zylindertopfs 3 zu reduzieren und die Flächenpressung zu verringern. Beispielsweise weisen die Anlageflächen 27 der Kronen- und der Gegenverzahnung 6, 8 einen Winkel von größer 40 Grad auf. In alternativen Ausführungen kann der Winkel der Schrägflächen 22 jedoch auch flacher ausgeführt werden, wie dies in 8 durch die gestrichelte Darstellung angedeutet ist.
Aufgrund der hohen radialen Überdeckung zwischen der Kronen- und der Gegenverzahnung 6, 8 kann die Flächenpressung reduziert werden, wobei wiederum aufgrund der geringeren Flächenpressung pro Zahn, die Anzahl der Kronenzähne 7 reduziert werden kann. Dadurch können die Kronenzähne hinsichtlich ihrer Breite in Umfangsrichtung und ihrer Höhe in radialer Richtung vergrößert werden, wodurch allgemein die Kronenverzahnung 6 robuster ausgestaltet werden kann und das Hohlrad 2 widerstandsfähiger gegen Verformungen während des Fertigungsablaufs ist. Ein weiter Vorteil besteht zudem darin, dass durch die reduzierte Anzahl der Kronenzähne 7 eine geringere Anzahl von den zwischen den Kronenzähnen 7 ausgebildeten Zahnlücken bearbeitet werden müssen, wodurch die Werkzeugstandzeit erhöht und die Taktzeit reduziert werden kann. Weitere Vorteile bestehen zudem in der Reduzierung der Spürbarkeit des Flankenwechsels beim Kraftschlussaufbau während der Drehrichtungsumkehr, Qualitätserhöhung der Funktionen: Reversieren, Gangeinlegen bei schlupfender Kupplung B bzw. IAE oder Bremse bzw. integriertem Anfahrelement sowie Performancesteigerung beim Anfahren nach Drehrichtungswechsel.
9 zeigt eine weiter Verbindungsanordnung 23 mit dem Zylindertopf 3 und einem weiteren Hohlrad 24, wobei das weitere Hohlrad 24 als ein konventionelles Hohlrad, insbesondere ohne Zählverzahnung, ausgebildet ist. Das Hohlrad 24 steht über eine Kronenverzahnung 25 mit einer Vielzahl von Kronenzähnen 26 mit der Gegenverzahnung 8 des Zylindertopfs 3 in Eingriff. Der Zylindertopf 3 ist dabei wie in den 6 und 7 als Druckgussteil gefertigt, wobei die Zylindertöpfe 3 der Verbindungsanordnung 1 und der weiteren Verbindungsanordnung 23 als Gleichteile ausgebildet sind. Der Zylindertopf 3 kann somit für alle Varianten einer Baugröße eingesetzt werden. Insbesondere weist die Kronenverzahnung 25 des weiteren Hohlrads 24 die gleiche Anzahl an Kronenzähnen 26 wie die Kronenverzahnung 6 des Hohlrads 2 auf. Beispielsweise können die Kronenverzahnungen 6, 25 mittels Schlagdrehen (insbesondere Zykloidenfräsen), Zahnformfräsen oder Wälzfräsen hergestellt sein.
Bezugszeichenliste

1: Verbindungsanordnung
2: Hohlrad
3: Zylindertopf
4: Innenverzahnung
5: Mitnahmeabschnitt
6: Kronenverzahnung
7: Kronenzähne
8: Gegenverzahnung
9: Kronenzähne
10: Zählringabschnitt
11: Zählverzahnung
12: Zählzähne
13: Trennbereiche
14: weitere Trennbereiche
15: Sicherungsring
16: Sicherungsnut
17: Zahnflanken
18: Radius
19: Kopfflächen
20: Zahnflanken
21: Zahnflankenflächen
22: Schrägflächen
23: weitere Verbindungsanordnung
24: weiteres Hohlrad
25: Kronenverzahnung
26: Kronenzähne
27: Anlageflächen
100: Hauptdrehachse
101: Mittellängsachse
102: Zahnflankenebene
103: Kopfflächenebene

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 102018216062 B3 [0003]

Claims

Hohlrad (2) für einen Planetenradsatz eines Automatgetriebes eines Kraftfahrzeugs, mit einem Mitnahmeabschnitt (5) zur Mitnahme eines Zylindertopfs (3), wobei der Mitnahmeabschnitte (5) eine stirnseitige Kronenverzahnung (6) mit einer Vielzahl von Kronenzähnen (7) aufweist, mit einem Zählringabschnitt (10) zur Abtastung durch einen Drehzahlsensor, wobei der Zählringabschnitt (10) eine umfangsseitige Zählverzahnung (11) mit einer Vielzahl von Zählzähnen (12) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass jedem Kronenzahn (7) genau zwei Zählzähne (11) zugeordnet sind, wobei sich jeweils ein Zählzahn (11) in Verlängerung zu einer Zahnflanke (17) des zugehörigen Kronenzahns (7) erstreckt.
Hohlrad (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Zählzahn (12) eine Mittellängsachse (101) definiert und jede Zahnflanke (17) eine Zahnflankenebene (102) definiert, wobei die Zählzähne (12) derart zu der jeweils zugehörigen Zahnflanke (17) angeordnet sind, dass sich deren Mittellängsachse (101) in der Zahnflankenebene (102) erstreckt.
Hohlrad (2) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils eine Kopffläche (19) eines Kronenzahns (7) und eine Kopffläche (19) der beiden zugehörigen Zählzähne (12) in einer gemeinsamen Kopfflächenebene (103) liegen und/oder dass die Kronenzähne (7) und die Zählzähne (12) auf einem gemeinsamen Kopfkreisdurchmesser liegen.
Hohlrad (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils ein Kronenzahn (7) und die jeweils zwei zugehörigen Zählzähne (12) aus einem gemeinsamen Materialabschnitt gefertigt sind.
Hohlrad (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kronenverzahnung (6) und die Zählverzahnung (11) je Kronenzahn (7) jeweils einen gemeinsamen Trennbereich (13) aufweisen, wobei die beiden Zählzähne (12) je Kronenzahn (7) durch den Trennbereich (13) in Umlaufrichtung voneinander beabstandet sind.
Hohlrad (2) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennbereiche (13) als durchgehende Trennbereiche ausgebildet sind, welche die Kronenverzahnung (6) und die Zählverzahnung (11) in axialer Richtung vollständig durchsetzen.
Hohlrad (2) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die durchgehenden Trennbereiche (13) mittels Tubusräumen oder Wälzfräsen gefertigt ist.
Hohlrad (2) nach Anspruch 5, durch gekennzeichnet, dass die Trennbereiche (13) als auslaufende Trennbereiche ausgebildet sind, welche die Zählverzahnung (11) in axialer Richtung vollständig durchsetzen und im Bereich der Kronenverzahnung (6) über einen Radius (18) in radialer Richtung nach außen auslaufen.
Hohlrad (2) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die auslaufenden Trennbereiche (13) durch Wälzfräsen gefertigt sind.
Verbindungsanordnung (1) zwischen einem Zylindertopf (3) und einem Hohlrad (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Zylindertopf (3) eine zu der Kronenverzahnung (6) komplementäre Gegenverzahnung (8) zum lösbaren formschlüssigen Verbinden des Zylindertopfs (3) mit dem Hohlrad (2) aufweist.
Verbindungsanordnung (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zahnflankenfläche (21) der Kronenverzahnung (6) des Hohlrads (2) größer oder gleich einer Zahnflankenfläche (21) der Gegenverzahnung (8) des Zylindertopfs (3) ist und/oder dass die Zahnflankenflächen (21) der Kronenverzahnung (6) des Hohlrads (2) und der Gegenverzahnung (8) des Zylindertopfs (3) in Umfangsrichtung vollflächig aneinander anliegen und/oder anlegbar sind.
Verbindungsanordnung (1) nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kopfkreisdurchmesser der Kronenverzahnung (6) größer oder gleich einem Kopfkreisdurchmesser der Gegenverzahnung (9) ist.
Fertigungsverfahren zur Herstellung eines Hohlrads (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 und/oder einer Verbindungsanordnung (1) nach einem der Ansprüche 10 bis 12 bei dem: - ein Hohlradrohling mit einem Mitnahmeabschnitt (5) und einem Zählringabschnitt (10) bereitgestellt wird; - die Zählzähne der Zählverzahnung durch Einbringen eines Trennbereichs in den Zählringabschnitt (10) mittels eines Trennverfahren hergestellt werden.
Fertigungsverfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Kronenverzahnung mittels Schlagdrehen, Zahnformfräsen oder Wälzfräsen hergestellt wird und/oder dass die Zählverzahnung mittels Tubusräumen oder Wälzfräsen hergestellt wird.
Fertigungsverfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylindertopf (3) als ein Druckgussteil ausgebildet ist, wobei die Gegenverzahnung mittels eines Druckgussverfahren hergestellt wird und/oder dass die Gegenverzahnung mittels eines Trennverfahrens hergestellt wird.