DE102022201500B3 - Splined shaft with two running gears - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Zahnwelle mit zwei Laufverzahnungen, umfassend eine Welle 1 mit einer Rotationsachse 2 einer ersten Laufverzahnung 4 und einem Bund 3 und ein Stirnrad 11 mit einer zweiten Laufverzahnung 12 und einer Nabe 13. Die Nabe 13 ist mit dem Bund 3 radial verschweißt. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung einer Zahnwelle mit zwei Laufverzahnungen.The invention relates to a splined shaft with two running gears, comprising a shaft 1 with an axis of rotation 2, a first running gear 4 and a collar 3 and a spur gear 11 with a second running gear 12 and a hub 13. The hub 13 is radially welded to the collar 3. The invention also relates to a method for producing a splined shaft with two running gears.
Description
Die Erfindung betrifft eine Zahnwelle mit zwei Laufverzahnungen, wobei eine der Laufverzahnungen monolithisch an einer Welle ausgebildet ist und die zweite Laufverzahnung sich an einem Stirnrad befindet, das mit der Welle verschweißt ist.The invention relates to a splined shaft with two running gears, one of the running gears being formed monolithically on a shaft and the second running gear being located on a spur gear which is welded to the shaft.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Zahnwelle.The invention also relates to a method for producing such a splined shaft.
Aus dem Stand der Technik sind Zahnwellen mit zwei Laufverzahnungen bekannt bei denen die Laufverzahnungen jeweils auf einem Stirnrad ausgebildet sind und die beiden Stirnräder drehfest zueinander auf einer Welle angeordnet sind. Das bedeutet, dass zwei Stirnräder und eine Welle separat hergestellt werden und nach deren Fertigstellung miteinander verbunden werden.Splined shafts with two running gears are known from the prior art, in which the running gears are each formed on a spur gear and the two spur gears are arranged on a shaft in a rotationally fixed manner with respect to one another. This means that two spur gears and a shaft are manufactured separately and connected to each other after their completion.
Bekannt sind auch derartige Zahnwellen bei denen eine der beiden Laufverzahnungen oder auch beide Laufverzahnungen monolithisch an einer Welle ausgebildet sind. D.h. dass die Laufverzahnungen aus einem einzigen Halbzeug hergestellt sind. Durch die damit einhergehende Reduzierung der Einzelteile wird die Fertigung der Zahnwelle deutlich günstiger und die Montage wird vereinfacht.Splined shafts of this type are also known in which one of the two running gears or else both running gears are formed monolithically on a shaft. This means that the gear teeth are made from a single semi-finished product. Due to the associated reduction in the individual parts, the production of the splined shaft is significantly cheaper and the assembly is simplified.
Eine Zahnwelle mit zwei Laufverzahnungen vollständig in monolithischer Bauweise herzustellen, hat den Vorteil, dass sie aus einem gleichen Halbzeug entstehen, z.B. durch Urformen. Die beiden Laufverzahnungen haben entsprechend gleiche Materialeigenschaften und es bedarf keiner nachträglichen Montage. Das Halbzeug durch Urformen herzustellen, hat den Vorteil, dass das eingesetzte Material nahezu vollständig für die Zahnwelle genutzt wird und bei Material abtragenden Nacharbeiten von Oberflächen, z.B. für die Lagersitze und die funktionswirksamen Zahnflächen der Laufverzahnungen, nur ein geringer Materialabtrag erforderlich ist. Indem wenigstens eine der Laufverzahnungen monolithisch mit der Welle hergestellt wird, ist die resultierende Zahnwelle stabiler im Vergleich zur Fertigung in Einzelteilen, wie eingangs erwähnt. Ferner vereinfachen sich die für die Zahnwelle ergebenden Toleranzketten, da die monolithisch an der Welle ausgebildete Laufverzahnung keine Toleranzen zur Welle einbringt, die beim Fügen eines mit der Laufverzahnung versehenen Stirnrades mit der Welle eingebracht werden.Manufacturing a splined shaft with two running gears entirely in a monolithic design has the advantage that they are made from the same semi-finished product, e.g. by primary moulding. The two gear teeth have the same material properties and no subsequent assembly is required. Producing the semi-finished product through archetypes has the advantage that the material used is used almost entirely for the splined shaft and only a small amount of material is removed when reworking surfaces that remove material, e.g. for the bearing seats and the functionally effective tooth surfaces of the running gears. By making at least one of the splines monolithic with the shaft, the resulting splined shaft is more stable compared to being manufactured in separate parts as mentioned above. Furthermore, the tolerance chains resulting for the toothed shaft are simplified, since the running teeth formed monolithically on the shaft do not introduce any tolerances to the shaft that are introduced when a spur gear provided with the running teeth is joined to the shaft.
Eine Zahnwelle mit zwei Laufverzahnungen monolithisch herzustellen ist allerdings schwierig, da Freigang der Fräs- und Schleifwerkzeuge zur Herstellung der Laufverzahnung auf der Getriebewelle oft nicht gegeben ist. Die Werkzeuge können in Abhängigkeit der Ausgestaltung der Laufverzahnungen mit diesen kollidieren.However, it is difficult to monolithically produce a splined shaft with two running gears, since there is often no clearance for the milling and grinding tools to produce the running gears on the gear shaft. Depending on the design of the running teeth, the tools can collide with them.
So darf die Zahnwelle keine Hinterschneidungen aufweisen und die Materialdicke und die Materialverteilung über die Zahnwelle sollte nicht zu sehr voneinander abweichen, um das Entstehen von Spannungen beim erkalten des Materials zu vermeiden.The splined shaft must not have any undercuts, and the material thickness and material distribution over the splined shaft should not deviate too much from one another in order to avoid stresses occurring when the material cools.
Aufgrund dieser Einschränkungen findet man in der Praxis daher eher Zahnwellen mit zwei Laufverzahnungen, bei denen eine Laufverzahnung monolithisch an einer Welle ausgebildet ist und sich die zweite Laufverzahnung an einem separaten Stirnrad befindet, welches mit der Welle fest verbunden ist. Eine derartige Zahnwelle ist in der
Es ist die Aufgabe der Erfindung eine bauraumoptimierte Zahnwelle mit zwei Laufverzahnungen zu finden.It is the object of the invention to find a space-optimized splined shaft with two running gears.
Es ist auch die Aufgabe der Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer bauraumoptimierten Zahnwelle zu finden.It is also the object of the invention to find a method for producing a space-optimized splined shaft.
Die Aufgabe wird für eine Zahnwelle mit zwei Laufverzahnungen, umfassend eine Welle mit einer Rotationsachse und einer ersten Laufverzahnung und ein Stirnrad mit einer zweiten Laufverzahnung und einer Nabe gelöst. Dabei sind an der Welle zwischen der ersten Laufverzahnung und einem ersten Ende der Welle ein erster Lagersitz und ein erster axialer Anschlag zur Montage eines ersten Lagers auf der Welle vorhanden. Darüber hinaus ist einem zweiten Ende der Welle zugewandt, ein zweiter Lagersitz und ein zweiter axialer Anschlag zur Montage eines zweiten Lagers auf der Welle vorhanden sind und es ist auf der Welle ein Nabensitz ausgebildet, auf dem die Nabe angeordnet.The object is achieved for a toothed shaft with two running gears, comprising a shaft with an axis of rotation and a first running gear and a spur gear with a second running gear and a hub. A first bearing seat and a first axial stop for mounting a first bearing on the shaft are present on the shaft between the first running toothing and a first end of the shaft. In addition, facing a second end of the shaft, there is a second bearing seat and a second axial stop for mounting a second bearing on the shaft, and a hub seat is formed on the shaft on which the hub is placed.
Es ist erfindungswesentlich, dass auf der Welle ein Bund ausgebildet ist, an den der Nabensitz mittelbar über einen Freistich angrenzt und die Nabe mit dem Bund radial verschweißt ist.It is essential to the invention that a collar is formed on the shaft, to which the hub seat is indirectly adjacent via an undercut and the hub is radially welded to the collar.
Vorteilhaft grenzt der zweite axiale Anschlag unmittelbar an den Nabensitz an.Advantageously, the second axial stop is directly adjacent to the hub seat.
Außerdem ist es von Vorteil, wenn der Nabensitz eine größere Länge aufweist als die Nabe in Richtung der Rotationsachse lang ist.In addition, it is advantageous if the hub seat has a greater length than the hub is long in the direction of the axis of rotation.
Für eine hohe Güte der Schweißverbindung entspricht eine durch den Bund gebildete Ringfläche in ihrer Größe vorteilhaft einer durch die Nabe gebildeten und am Bund anliegenden Ringfläche.For a high quality of the welded joint, an annular surface formed by the collar advantageously corresponds in size to an annular surface formed by the hub and lying against the collar.
Vorteilhaft für eine kurze Baulänge der Zahnwelle ist der zweite Lagersitz innerhalb des Stirnrades angeordnet.The second bearing seat is arranged inside the spur gear, which is advantageous for a short overall length of the splined shaft.
Eine Getriebeanordnung für eine elektrisch antreibbare Achse, mit einer erfindungsgemäßen Zahnwelle, ist von Vorteil.A gear arrangement for an electrically drivable axle with a toothed shaft according to the invention is advantageous.
Auch ist eine elektrisch antreibbare Achse für ein Kraftahrzeug mit einer Getriebeanordnung, eine erfindungsgemäße Zahnwelle aufweisend, von Vorteil.An electrically drivable axle for a motor vehicle with a gear arrangement having a toothed shaft according to the invention is also advantageous.
Entsprechend ist ein Kraftfahrzeug mit einer elektrisch antreibbaren Achse, eine Getriebeanordnung mit einer erfindungsgemäßen Zahnwelle aufweisend, vorteilhaft.Accordingly, a motor vehicle with an electrically drivable axle, having a gear arrangement with a toothed shaft according to the invention, is advantageous.
Die Aufgabe für ein Verfahren zum Herstellen einer Zahnwelle mit zwei Laufverzahnungen wird durch folgende Verfahrensschritte gelöst.
- • Zur Verfügung stellen einer Welle, mit einer ersten Laufverzahnung und einem Bund, sowie eines Stirnrads, mit einer Nabe und einer zweiten Laufverzahnung.
- • Aufschieben des Stirnrades auf die Welle bis die Nabe an dem Bund anliegt und
- • Herstellen einer radialen Schweißverbindung unter Wirkung eines axial wirkenden Anpressdruckes und radialer Zuführung eines Schweißdrahtes.
- • Providing a shaft with a first running gear and a collar, and a spur gear with a hub and a second running gear.
- • Slide the spur gear onto the shaft until the hub is in contact with the collar and
- • Creation of a radial welded connection under the effect of an axial contact pressure and radial feed of a welding wire.
Nachfolgend wird die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierzu zeigt:
-
1 ein vereinfachtes Schnittbild einer Zahnwelle.
-
1 a simplified sectional view of a splined shaft.
Eine erfindungsgemäße Zahnwelle mit zwei Laufverzahnungen ist in
Durch eine radiale Schweißverbindung 18 des Stirnrades 11 mit der Welle1 bedarf es in axialer Richtung der Rotationsachse 2 keinen Bauraumbedarf für die Schweißverbindung und die Zahnwelle kann vergleichsweise kürzer ausgeführt werden, bei einer Anordnung des zweiten Lagersitzes 9 unmittelbar an den Nabensitz 14 angrenzend und damit einer Anordnung der beiden Lagersitze 5, 8 mit maximalen Abstand zueinander, was für eine bestmögliche Lagerung der Zahnwelle von Vorteil ist.A radial
Die radiale Schweißverbindung 18 des Stirnrades 11 mit der Welle 1 hat zudem den Vorteil, dass beim Schweißen eine radiale Schweißdrahtzuführung einfacher umzusetzen ist.The radial welded
Auch ist eine radial ausgeführte Schweißnaht besser zugängig für Prüfeinrichtungen zur Schweißnahtprüfung.A radial weld seam is also more accessible for test facilities for weld seam inspection.
Zudem entsteht eine vergleichsweise stabilere Schweißnaht als bei einer axialen Schweißnahtherstellung, da der Bund 3 beliebig gestaltet werden kann. Das Entstehen von Schweißeigenspannungen beim Erstarren wird reduziert, womit die Zahnwelle eine vergleichsweise höhere Prozessfähigkeit aufweist.In addition, a comparatively more stable weld seam is produced than with an axial weld seam production, since the
Zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Zahnwelle wird die Welle 1, wie sie oben beschrieben wurde, bevorzugt durch Urformen, hergestellt, mit einer Außenkontur, die an ihren Funktionsflächen ein geringes Übermaß aufweist. Die Funktionsflächen sind die Laufflächen der Zähne der Laufverzahnungen 4, 12 und die Oberflächen der axialen Anschläge 6, 8 der Lagersitze 5, 9 und des Nabensitzes 14. Die Funktionsflächen werden durch wenigstens ein abtragendes Verfahren bearbeitet, um eine vorgegebene Oberflächenqualität zu erhalten. Anschließend ist die Welle 1 fertig hergestellt und es wird von ihrem zweiten Ende 16 her das Stirnrad 11 auf die Welle 1 aufgeschoben, bis zum Anschlag an den Bund 3. Unter einem axial auf das Stirnrad 11 wirkenden Anpressdruck und radialer Zuführung eines Schweißdrahtes wird eine radiale Schweißverbindung 18 gebildet, bei der das Stirnrad 11 und die Welle 1 über die Nabe 13 und den Bund 3 miteinander verschweißt werden.To produce a splined shaft according to the invention, the
BezugszeichenlisteReference List
- 11
- WelleWave
- 22
- Rotationsachseaxis of rotation
- 33
- BundFederation
- 44
- erste Laufverzahnungfirst gear teeth
- 55
- erster Lagersitzfirst camp seat
- 66
- erster axialer Anschlagfirst axial stop
- 77
- erstes Lagerfirst camp
- 88th
- zweiter axialer Anschlagsecond axial stop
- 99
- zweiter Lagersitzsecond bearing seat
- 1010
- zweites Lagersecond camp
- 1111
- Stirnradspur gear
- 1212
- zweiter Laufverzahnungsecond running gear
- 1313
- Nabehub
- 1414
- Nabensitzhub seat
- 1515
- erstes Endefirst end
- 1616
- zweites Endesecond end
- 1717
- FreistichFreeway
- 1818
- radiale Schweißverbindungradial welded joint
Claims (9)
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US2759376A (en) | 1953-08-17 | 1956-08-21 | Napier & Son Ltd | Epicyclic transmission gearing having a floating sun pinion mounting |
US20190101190A1 (en) | 2017-10-03 | 2019-04-04 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Double helical gear and method of welding double helical gear |
-
2022
- 2022-02-14 DE DE102022201500.2A patent/DE102022201500B3/en active Active
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