DE102022206906A1

DE102022206906A1 - Zahnrad und Verfahren zur Herstellung eines Zahnrades

Info

Publication number: DE102022206906A1
Application number: DE102022206906.4A
Authority: DE
Inventors: Florian Lanz; Tobias Miller; Tomislav Kardum; Christof Freidhof; Stephan Leiermann; Dennis Bast; Thomas Goebel; Uwe Fehr; Siegfried Selbherr; Robert Stadler; Joerg Jakob
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2022-07-06
Filing date: 2022-07-06
Publication date: 2024-01-11

Abstract

Es wird ein Zahnrad (13) mit drehmomentübertragender Außenverzahnung (14) mit wenigstens drei Schlitzen (17a bis 17c) beschrieben, die sich in radialer Richtung (R) von einer Nabe (18) in Richtung eines Fußkreisdurchmessers (df) der Außenverzahnung (14) und in Umfangsrichtung (U) zwischen Segmenten (25a bis 25c) erstrecken. Die Segmente (25a bis 25c) sind in den Umfangsbereichen des Zahnrades (13) über Verbindungsbereiche (26a bis 26c) fest miteinander verbunden, in denen jeweils die Schlitze (17a bis 17c) vorgesehen sind. Die Verbindungsbereiche (26a bis 26c) sind zumindest radial innerhalb des Teilkreisdurchmessers (d) der Außenverzahnung (14) und radial außerhalb der Schlitze (17a bis 17c) vorgesehen. Alternativ hierzu oder zusätzlich dazu können die Verbindungsbereiche (26a bis 26c) an der Außenseite (28a, 28b) des Zahnrades (13) vorgesehen sein und die Schlitze (17a bis 17c) radial innerhalb des Fußkreisdurchmessers (df) in Umfangsrichtung (U) der Au-ßenverzahnung (14) übergreifen. Zusätzlich wird ein Verfahren zur Herstellung eines Zahnrades (13) vorgeschlagen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Zahnrad mit drehmomentübertragender Außenverzahnung gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher definierten Art. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Zahnrades.
Aus der DE 10 2020 201 495 A1 sind ein Zahnrad, ein Stirnradgetriebe mit diesem Zahnrad sowie ein Automatikgetriebe mit diesem Stirnradgetriebe bekannt. Dabei umfasst das Zahnrad eine Außenverzahnung, die in Umfangsrichtung gesehen an zumindest drei Stellen auf ganzer Zahnbreite derart unterbrochen ist, dass die Au-ßenverzahnung an keiner dieser zumindest drei Stellen eine Zahnlücke aufweist. Jede Unterbrechung der Außenverzahnung ist als Schlitz ausgebildet, der sich ausgehend vom Zahnfuß radial nach innen erstreckt. Die Geometrien der Schlitze werden an eine Eigenfrequenz des Zahnrades angepasst, die in einem vordefinierten Drehzahlbereich vorliegt. Dieses derart geräuschoptimierte Zahnrad eignet sich besonders als Zwischenrad eines dreirädrigen Stirnradgetriebes, das für den Antrieb einer achsparallel zu einer Eingangswelle eines Automatikgetriebes angeordneten Ölpumpe eingesetzt wird.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Zahnrad mit einer drehmomentübertragenden Außenverzahnung zur Verfügung zu stellen, das während der Herstellung der Außenverzahnung die dafür erforderliche Bauteilsteifigkeit aufweist, und dessen Bauteilsteifigkeit nach der Herstellung der Außenverzahnung auf einfache und kostengünstige Art und Weise so einstellbar ist, dass es im Betrieb gute akustische Eigenschaften aufweist. Des Weiteren liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein einfach durchführbares Verfahren zur Herstellung eines solchen Zahnrades zur Verfügung zu stellen.
Diese Aufgabe wird mit einem Zahnrad und mit einem Verfahren gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1 bzw. 11 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Das erfindungsgemäße Zahnrad weist eine drehmomentübertragende Außenverzahnung mit wenigstens drei Schlitzen auf. Die Schlitze erstrecken sich in radialer Richtung von einer radial innenliegenden Nabe in Richtung eines in Bezug auf die Nabe radial außenliegenden Fußkreisdurchmessers der Außenverzahnung.
Erfindungsgemäß sind die Segmente in den Umfangsbereichen des Zahnrades, in den jeweils die Schlitze vorgesehen sind, über Verbindungsbereiche fest miteinander verbunden.
Dabei können die Verbindungsbereiche zumindest radial innerhalb des Teilkreisdurchmessers der Außenverzahnung und radial außerhalb der Schlitze vorgesehen sein.
Alternativ hierzu können die Verbindungsbereiche an der Außenseite des Zahnrades vorgesehen sein oder zusätzlich zu den vorgenannten Verbindungsbereichen können weitere Verbindungsbereiche an der Außenseite des Zahnrades vorgesehen sein und die Schlitze radial innerhalb des Fußkreisdurchmessers in Umfangsrichtung der Außenverzahnung übergreifen.
Bekannterweise sind die Steifigkeiten der Bauteile, die an einem akustisch zu optimierenden Zahneingriff direkt oder auch indirekt beteiligt sind, maßgeblich für die Entstehung von geräuschverursachenden Schwingungen. Daher ist das erfindungsgemäße Zahnrad bereits vor der Herstellung der Außenverzahnung mit Geometrien der Schlitze ausführbar, die an eine Eigenfrequenz des Zahnrades angepasst sind, die in einem vordefinierten Drehzahlbereich vorliegt. Dabei ist die Anpassung derart, dass geräuschverursachende Schwingungen in diesem vordefinierten Drehzahlbereich unterbleiben bzw. dass geräuscherzeugenden Schwingungen in Zahneingriff entgegengewirkt wird.
Die Bauteilsteifigkeit des Zahnrades gemäß der vorliegenden Erfindung wird durch die Verbindungsbereiche, über die die Segmente des Zahnrades im Bereich der Schlitze fest miteinander verbunden sind, so eingestellt, dass die Herstellung der Au-ßenverzahnung in gewünschter Art und Weise durchführbar ist.
Nach der Herstellung der Außenverzahnung sind die Verbindungsbereiche zwischen den Segmenten mit geringem Aufwand lösbar bzw. entfernbar. Ohne die Verbindungsbereiche weist das Zahnrad nach der Herstellung der Außenverzahnung eine Bauteilsteifigkeit auf, die geräuscherzeugenden Schwingungen im Zahneingriff entgegenwirkt.
Die Verbindungsbereiche können jeweils in einem radial äußeren Umfangsbereich des Zahnrades vorgesehen sein, der die Außenverzahnung aufweist. Zusätzlich können die Verbindungsbereiche in radialer Richtung zwischen dem Teilkreisdurchmesser der Außenverzahnung und einem radial inneren Umfangsbereich des Zahnrades verlaufen.
Bei einer solchen Ausführungsform ist das erfindungsgemäße Zahnrad einerseits über die Verbindungsbereiche mit einer für die Herstellung der Außenverzahnung erforderlichen Bauteilsteifigkeit ausführbar. Andererseits sind die Verbindungsbereiche nach der vollständigen Herstellung der Außenverzahnung mit geringem Aufwand entfernbar, um die Bauteilsteifigkeit des Zahnrades im erforderlichen Umfang herabzusetzen.
Ist die Wandstärke des radial äußeren Umfangsbereiches größer als die Wandstärke des radial inneren Umfangsbereiches, dann ist das erfindungsgemäße Zahnrad auf einfache Art und Weise belastungsgerecht dimensionierbar und mit einem möglichst geringen Eigengewicht ausführbar.
Die Wandstärke des Zahnrades entspricht bei einer einfach herstellbaren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Zahnrades in den Verbindungsbereichen wenigstens annähernd der Wandstärke des radial inneren Umfangsbereiches.
Der äußere Umfangsbereich weist in den Verbindungsbereichen zwischen den Segmenten bei einer ebenfalls einfach herstellbaren Ausführungsform jeweils kerbartige Vertiefungen auf. Die kerbartige Vertiefungen können von den Außenseiten des Zahnrades in axialer Richtung des Zahnrades aufeinander zugerichtet verlaufen. Dabei sind die Verbindungen zwischen den Segmenten nach der Herstellung der Au-ßenverzahnung des erfindungsgemäßen Zahnrades auf einfache Art und Weise durch Anlegen von Biegekräften am Zahnrad lösbar bzw. aufbrechbar.
Die Verbindungsbereiche können jeweils im radial äußeren Umfangsbereich des Zahnrades vorgesehen sein und in radialer Richtung zwischen dem Fußkreisdurchmesser und dem radial inneren Umfangsbereich des Zahnrades verlaufen. Das Zahnrad weist dadurch auf konstruktiv einfache Art und Weise während der Herstellung der Außenverzahnung die dafür erforderliche höhere Bauteilsteifigkeit auf und ist anschließend mit der für die Vermeidung der geräuscherzeugenden Schwingungen vorteilhaft geringeren Bauteilsteifigkeit ausführbar. Dabei ist besonders von Vorteil, dass die Verbindungsbereiche lediglich geringe Abmessungen aufweisen und mit geringem fertigungstechnischen Aufwand lösbar bzw. trennbar sind.
Bei einer einfach herstellbaren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Zahnrades entspricht die Wandstärke des Zahnrades in den Verbindungsbereichen wenigstens annähernd der Wandstärke des radial äußeren Umfangsbereiches.
Wenn die Schlitze in Aussparungen des radial inneren Umfangsbereiches münden, treten in diesem Bereich des Zahnrades lediglich geringe Kerbspannungen auf.
Die Schlitze können jeweils auf der Höhe des Fußkreisdurchmessers der Außenverzahnung im Bereich eines Zahnzwischenraumes der Außenverzahnung in die Au-ßenverzahnung münden. Dann weist die Außenverzahnung an keiner der Mündungsbereiche der Schlitze eine Zahnlücke auf. Dann kann sich ein an der Außenverzahnung abwälzender Gegenzahn eines Gegenzahnrades, das mit dem Zahnrad in Zahneingriff steht, an beiden Zahnflanken der Außenverzahnung abwälzen, die zu der jeweiligen Unterbrechung unmittelbar benachbart sind.
Sind die Verbindungsbereiche und die Segmente aus dem gleichen Material hergestellt, ist das erfindungsgemäße Zahnrad mit geringem Fertigungsaufwand herstellbar.
Des Weiteren wird ein Verfahren zur Herstellung eines Zahnrades vorgeschlagen, während dem zunächst ein kreisförmiger Grundkörper mittels Sintern oder Schmieden hergestellt wird. Der Grundkörper umfasst wenigstens drei Segmente, die sich in Umfangsrichtung des Zahnrades erstrecken. Dabei sind die Segmente über Verbindungsbereiche in Umfangsrichtung miteinander verbunden und jeweils bereichsweise im Bereich von radial verlaufenden Schlitzen voneinander getrennt.
Nach der Herstellung des Grundkörpers wird eine drehmomentübertragende Außenverzahnung erzeugt. Im Anschluss daran wird der Grundkörper mit der Außenverzahnung gehärtet. Nach dem Härten wird der Grundkörper zumindest im Bereich der Au-ßenverzahnung mittels Schleifen oder Honen bearbeitet, um eine möglichst exakte Verzahnung herzustellen.
Während eines daran anschließenden Fertigungsschrittes werden die Verbindungen zwischen den Segmenten in den Verbindungsbereichen getrennt, um das Zahnrad mit einer gewünscht niedrigen Bauteilsteifigkeit zur Verfügung zu stellen. Damit ist die Bauteilsteifigkeit des Zahnrades an eine Eigenfrequenz des Zahnrades anpassbar, die in einem vordefinierten Drehzahlbereich vorliegt, um geräuscherzeugenden Schwingungen im Zahneingriff entgegenzuwirken.
Dabei besteht die Möglichkeit, dass die Verbindungen zwischen den Segmenten über die Verbindungsbereiche durch Anlegen von Biegekräften an den Segmenten des Zahnrades aufgebrochen werden.
Mit anderen Worten wird das Zahnrad nach der Herstellung der gehärteten Außenverzahnung in mehrere, relativ weich miteinander verbundene Teilsegmente aufgebrochen, um beispielsweise Schwingungen zu dämpfen. Dabei ist eine tangentiale Übertragung von Kräften zwischen den Segmenten bzw. in Umfangsrichtung von einem Segment auf ein benachbartes Segment aufgrund des nach dem Aufbrechen der Segmente entstehenden sogenannten Nullspaltes zwischen den benachbarten Segmenten möglich.
Während der Bruchverformung des Zahnrades wird in den Verbindungsbereichen eine maximale Dehnung überschritten. Die an die Verbindungsbereiche angrenzenden Bereiche des Zahnrades bzw. die Segmente werden dabei nur elastisch, d.h. nicht plastisch, verformt.
Das Zahnrad weist nach der Herstellung der gehärteten Außenverzahnung in den Verbindungsbereichen sogenannte Sollbruchstellen auf. Die Sollbruchstellen des Zahnrades sind nach der Herstellung der gehärteten Außenverzahnung des Zahnrades mit geringem Fertigungsaufwand derart beanspruchbar, dass die Verbindungsbereiche aufbrechen und das Zahnrad im späteren Betrieb eine geringere Bauteilsteifigkeit aufweist als während der Herstellung der Außenverzahnung.
Alternativ hierzu oder kumulativ dazu besteht auch die Möglichkeit, die Verbindungen zwischen den Segmenten über die Verbindungsbereiche durch spanende Bearbeitung zu entfernen. Dabei kann es vorgesehen sein, dass die Verbindungsbereiche mittels Bohren, Sägen oder dergleichen getrennt werden.
Sind die Verbindungsbereiche jeweils außenseitig am Zahnrad als sogenannte Brücken ausgeführt, die die Schlitze jeweils in Umfangsrichtung übergreifen, können die Verbindungsbereiche mittels Drehen oder Fräsen auf einfache Art und Weise abgedreht oder mittels Fräsen entfernt werden.
Dann weist das Zahnrad zwischen den Segmenten und insbesondere im Bereich der Außenverzahnung jeweils einen definierten und sich in Umfangsrichtung erstreckenden Spalt auf. Im Bereich der Außenverzahnung ist dann zwischen den Segmenten keine tangentiale Kraftübertragung möglich, was vorteilhaft ist, wenn im Betrieb des Zahnrades tangentiale Schwingungen auftreten.
Des Weiteren besteht auch die Möglichkeit, die die Verbindungen zwischen den Segmenten über die Verbindungsbereiche durch Laserschneiden zu lösen.
Die Erfindung ist nicht auf die angegebene Kombination der Merkmale der unabhängigen Ansprüche oder der hiervon abhängigen Ansprüche beschränkt. Es ergeben sich darüber hinaus Möglichkeiten, einzelne Merkmale, auch soweit sie aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsformen oder unmittelbar aus der Zeichnung hervorgehen, miteinander zu kombinieren. Die Bezugnahme der Ansprüche auf die Zeichnungen durch Verwendung von Bezugszeichen soll den Schutzumfang der Ansprüche nicht beschränken.
Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, anhand der Zeichnung näher erläutert.
Dabei zeigt:

1 ein beispielhaftes Antriebsstrangschema eines Kraftfahrzeuges mit einem Automatikgetriebe, umfassend ein Stirnradgetriebe mit einem Zahnrad;
2a eine dreidimensionale Einzeldarstellung einer ersten Ausführungsform des Zahnrades des Stirnradgetriebes gemäß 1;
2b eine vergrößerte Ansicht eines in 2a näher gekennzeichneten Bereiches Ilb;
2c eine dreidimensionale Einzelansicht des Zahnrades gemäß 2a in einem Betriebszustand, in dem das Zahnrad mit Biegekräften beaufschlagt ist;
2d eine Seitenansicht eines in 2c näher gekennzeichneten Bereiches IId;
3 eine weitere Ausführungsform des Zahnrades des Stirnradgetriebes gemäß 1; und
4 eine weitere Ausführungsform des Zahnrades des Stirnradgetriebes gemäß 1.

1 zeigt eine stark vereinfachte Darstellung eines Antriebsstranges 1a eines Fahrzeuges 1. Der Antriebsstrang 1a des Kraftfahrzeuges 1 umfasst ein Antriebsaggregat 2, das über ein Automatikgetriebe 4 mit einer Antriebsachse 3 in Wirkverbindung steht. Das Automatikgetriebe 4 weist ein mit dem Antriebsaggregat 2 verbindbares oder wirkverbundenes antreibbares Anfahrelement 5 und eine Gangwechselvorrichtung 6 auf. Die Gangwechselvorrichtung 6 ist eingangsseitig über eine Getriebeeingangswelle 7 mit dem Anfahrelement 5 und ausgangsseitig über eine Getriebeausgangswelle 8 mit der Antriebsachse 3 verbunden.
Zur Ölversorgung von hier nicht näher dargestellten Kupplungen und Schmierstellen der Gangwechselvorrichtung 6 ist eine Ölpumpe 9 vorgesehen, die achsparallel zur Getriebeeingangswelle 7 angeordnet ist. Für den Antrieb der Ölpumpe 9 ist ein Stirnradgetriebe 10 vorgesehen, das ein drehfest mit der Getriebeeingangswelle 7 verbundenes Antriebs-Zahnrad 11, ein drehfest mit einer Pumpenwelle 20 verbundenes Abtriebs-Zahnrad 12 sowie ein im Kraftfluss zwischen dem Antriebs-Zahnrad 11 und dem Abtriebs-Zahnrad 12 angeordnetes Zwischenrad 13 aufweist. Das Zwischenrad 13 ist mit seiner Nabe 18 drehbar an einem Gehäuse 21 des Automatikgetriebes 4 gelagert.
2a zeigt eine dreidimensionale Einzelansicht einer ersten Ausführungsform des Zwischenrades 13 des Stirnradgetriebes 10. Das Zwischenrad 13, das nachfolgend auch als Zahnrad bezeichnet wird, weist eine drehmomentübertragende Außenverzahnung 14 auf. Die Außenverzahnung 14 ist als eine gradverzahnte Stirnradverzahnung ausgebildet. Das in 2a dargestellte Zahnrad 13 stellt eine Zwischenfertigungsstufe dar und ist mit drei Schlitzen 17a bis 17c ausgeführt. Dabei zeigt 2b einen in 2a näher gekennzeichneten Bereich IIb, der neben dem Schlitz 17a auch einen Teil der Außenverzahnung 14 und eine Aussparung 22 eines radial inneren Umfangsbereiches 23 des Zahnrades 13 umfasst.
In radialer Richtung R nach außen schließt sich an den radial inneren Umfangsbereich 23 ein radial äußerer Umfangsbereich 24 an, an dem außenseitig die Außenverzahnung 14 vorgesehen ist. Die Schlitze 17a bis 17c münden in der in 2b näher gezeigten Art und Weise jeweils in eine Aussparung 22a, 22b bzw. 22c des radial inneren Bereiches 23 und verlaufen in radialer Richtung R von den Aussparungen 22a bis 22c jeweils bis zum radial äußeren Umfangsbereich 24. Damit unterteilen die Schlitze 17a bis 17c den radial inneren Umfangsbereich 23 des Zahnrades 13 in Segmente 25a bis 25c, die sich in Umfangsrichtung U erstrecken.
In radialer Richtung R nach außen schließen sich an die Schlitze 17a bis 17c jeweils Verbindungsbereiche 26a bis 26c der Segmente 25a bis 25c an. In den Verbindungsbereichen 26a bis 26c ist die Wandstärke des Zahnrades 13 im Wesentlichen gleich der Wandstärke des radial inneren Umfangsbereiches 23. Die Wandstärke des radial inneren Umfangsbereiches 23 ist kleiner als die Wandstärke des radial äußeren Umfangsbereiches 24. Dabei ist der radial äußere Umfangsbereich 24 in den Verbindungsbereichen 26a bis 26c jeweils im Bereich beider axialer Außenseiten 28a, 28b mit kerbartigen Vertiefungen 27a1, 27a2 und 27b1, 27b2 und 27c1, 27c2 ausgeführt, die von den Außenseiten 28a und 28b des Zahnrades 13 in axialer Richtung X aufeinander zu gerichtet verlaufen. Die kerbartigen Vertiefungen 27a1 bis 27c2 erstrecken sich jeweils vom Übergang zwischen dem radial inneren Umfangsbereich 23 und dem radial äußeren Umfangsbereich 24 in radialer Richtung R nach außen bis zum Teilkreisdurchmesser d der Außenverzahnung 14. 2d zeigt einen in 2c näher gekennzeichneten Bereich IId in einer vergrößerten Ansicht, wobei der Bereich IId den Verbindungsbereich 26a sowie die kerbartigen Vertiefungen 27a1 und 27a2 umfasst.
Während der Herstellung des Zahnrades 13 wird zunächst ein Grundkörper mittels Sintern oder Schmieden hergestellt. Der Grundkörper ist bereits mit der inneren Nabe 18, dem radial inneren Umfangsbereich 23 mit den Aussparungen 22a bis 22c, mit dem radial äußeren Umfangsbereich 24 sowie mit den Schlitzen 17a bis 17c und mit den Verbindungsbereichen 26a bis 26c ausgeführt. Im Anschluss daran wird mittels an sich bekannter Herstellverfahren die Außenverzahnung 14 außenseitig am radial äußeren Umfangsbereich 24 hergestellt. Daran anschließend wird der Grundkörper mit der Außenverzahnung 14 gehärtet.
Um während des Härteprozesses auftretende Verzüge am Grundkörper und insbesondere im Bereich der Außenverzahnung 14 ausgleichen zu können, erfolgt nach dem Härteprozess ein sogenanntes hartes Nachbearbeiten der Außenverzahnung 14. Während dem harten Nachbearbeiten wird die Außenverzahnung 14 bzw. werden deren Zähne mittels Schleifen und/oder Honen bearbeitet, um die Außenverzahnung 14 mit einer hohe Verzahnungsqualität zur Verfügung stellen zu können.
Nach der finalen Bearbeitung der Außenverzahnung 14 wird das Zahnrad 13 in der in 2c dargestellten Art und Weise durch Anlegen von Biegekräften verformt. Während der Verformung des Zahnrades 13 werden die Verbindungsbereiche 26a bis 26c über deren Bruchgrenze hinaus verformt. Die Verbindungsbereiche 26a bis 26c wirken während der Verformung des Zahnrades 13 als sogenannte Sollbruchstellen und es kommt zum Bruch der Verbindungsbereiche 26a bis 26c. Die übrigen Bereiche des Zahnrades 13 werden von den Biegekräften lediglich elastisch verformt.
Das bedeutet, dass durch das Anlegen der Biegekräfte eine Bruchverformung des Zahnrades 13 gemäß 2a erzeugt wird und dabei die Verbindungen zwischen den Segmenten 25a bis 25c in den Verbindungsbereichen 26a bis 26c gelöst werden.
Durch die vorbeschriebene Vorgehensweise zur Herstellung des Zahnrades 13 wird erreicht, dass das Zahnrad 13 während der Fertigung der Außenverzahnung 14 eine höhere Bauteilfestigkeit aufweist als im späteren Betrieb, in dem sich das Zahnrad 13 im Zahneingriff mit dem Antriebs-Zahnrad 11 und mit dem Abtriebs-Zahnrad 12 befindet. Durch das Aufbrechen der Verbindungsbereiche 26a bis 26c umfasst das Zahnrad 13 mehrere, relativ weiche Teilsegmente 25a bis 25c, die in radialer Richtung R nach außen ausgehend von den Aussparungen 22a bis 22c bis in die Zahnzwischenräume der Außenverzahnung 14 in Umfangsrichtung U voneinander getrennt sind. Durch diese partielle Trennung der Segmente 25a bis 25c wird eine Bauteilsteifigkeit des Zahnrades 13 erzielt, die im Vergleich zur Bauteilsteifigkeit des Zahnrades 13 während der Herstellung der Außenverzahnung 14 niedriger bzw. weicher ist. Dadurch werden beispielsweise im Betrieb des Stirnradgetriebes 10 auftretende Schwingungen des Zahnrades 13 gedämpft und unerwünschte Betriebsgeräusche vermieden.
3 zeigt eine 2a entsprechende Darstellung einer zweiten Ausführungsform des Zahnrades 13a, das sich lediglich in Teilbereichen vom Zahnrad 13 konstruktiv unterscheidet und dessen Herstellprozess lediglich in einigen Fertigungsschritten vom Herstellprozess des Zahnrades 13 abweicht. Bei dem Zahnrad 13a erstrecken sich die Schlitze 17a bis 17c in radialer Richtung R von den Aussparungen 22a bis 22c nach außen bis in die Zahnzwischenräume der Außenverzahnung 14 und münden im Fußkreisdurchmesser df der Außenverzahnung 14. Die Verbindungsbereiche 26a bis 26c sind bei dem Zahnrad 13a auf der Außenseite 28a des Zahnrades 13a als sogenannte Brücken ausgeführt, die die Schlitze 17a bis 17c jeweils radial innerhalb des Fußkreisdurchmessers df in Umfangsrichtung U der Außenverzahnung 14 übergreifen und die Segmente 25a bis 25c jeweils fest miteinander verbinden. Damit ist das Zahnrad 13a während der Herstellung der Außenverzahnung 14 über die brückenartigen Verbindungsbereiche 26a bis 26c mit einer gewünscht hohen Bauteilsteifigkeit ausgeführt, obwohl sich die Schlitze 17a bis 17c von den Aussparungen 22a bis 22c bis in die Außenverzahnung 14 erstrecken.
Das Zahnrad 13a wird vorteilhafterweise mittels Sintern hergestellt. Nach der Außenbearbeitung des gesinterten Grundkörpers und damit nach der finalen Herstellung der Außenverzahnung 14 können die brückenartigen Verbindungsbereiche 26a bis 26c mittels Drehen auf einfache Art und Weise entfernt werden. Dadurch werden die Segmente 25a bis 25c nach der Herstellung der Außenverzahnung 14partiell voneinander getrennt und das Zahnrad 13a in relativ weiche Teilsegmente aufgeteilt, um Schwingungen im Betrieb des Zahnrades 13a zu dämpfen.
Dabei weist das Zahnrad 13a zwischen den Segmenten 25a bis 25c jeweils Schlitze 17a bis 17c mit definierten Spaltbreiten auf, die sich in radialer Richtung R von den Aussparungen 22a bis 22c bis in die Zahnzwischenräume der Außenverzahnung 14 erstrecken. Aufgrund der definierten Spaltbreiten ist keine tangentiale bzw. in Umfangsrichtung U gerichtete Übertragung von Kräften zwischen den Segmenten 25a bis 25c möglich, die während des Zahneingriffs zwischen dem Zahnrad 13a und den Zahnrädern 11 und 12 auftreten. Jedoch ermöglichen die definierten Spaltbreiten der Schlitze 17a bis 17c die Dämpfung tangentialer Schwingungen während des Zahneingriffes des Zahnrades 13 mit den Zahnrädern 11 und 12.
Die brückenartigen Verbindungsbereiche 26a bis 26c des Zahnrades 13a gemäß 3 können lediglich auf einer der Außenseiten 28a oder 28b zum Verbinden der Segmente 25a bis 25c vorgesehen sein. Zusätzlich besteht auch die Möglichkeit, sowohl auf der Außenseite 28a als auch auf der Außenseite 28b jeweils brückenartige Verbindungsbereiche vorzusehen. Die beidseits vorgesehenen Verbindungsbereiche können in radialer Richtung R zueinander versetzt an den Außenseiten 28a und 28b angeordnet sein, um die jeweils darunterliegenden Schlitze 17a bis 17c in gewünschter Art und Weise mittels Sintern oder Schmieden herstellen zu können.
4 zeigt einen Teilbereich eines Zahnrades 13b in einer dreidimensionalen Seitenansicht, wobei in 4 lediglich die beiden Schlitze 17a und 17b sowie der Verbindungsbereich 26a gezeigt sind. Das Zahnrad 13b unterscheidet sich von den vorstehend näher beschriebenen Zahnrädern 13 und 13a nur in Teilbereichen. Aus diesem Grund wird in der nachfolgenden Beschreibung zu 4 im Wesentlichen lediglich auf die Unterschiede zwischen dem Zahnrad 13b und den Zahnrädern 13 und 13a näher eingegangen und bezüglich der grundsätzlichen konstruktiven Ausführung und Herstellung des Zahnrades 13b auf die vorstehende Beschreibung zu 2 bis 3 verwiesen.
Vor der Herstellung der Außenverzahnung 14 wird der Grundkörper des Zahnrades 13b entweder mittels Schmieden oder Sintern hergestellt. Die Schlitze 17a und 17b des Zahnrades 13b erstrecken sich in radialer Richtung R von den Aussparungen 22a und 22b bis in den radial äußeren Umfangsbereich 24. Nach der Herstellung der Außenverzahnung 14 sind in radialer Richtung R zwischen dem Zahnfußbereich der Außenverzahnung 14 und den Schlitzen 17a und 17b jeweils die Verbindungsbereiche 26a vorgesehen, wobei 4 lediglich den Verbindungsbereich 26a zeigt. Die Wandstärke des Zahnrades 13b entspricht in den Verbindungsbereichen 26a des Zahnrades 13b im Wesentlichen der Wandstärke des radial äußeren Umfangsbereiches 24.
Nach dem Härten und der finalen Endbearbeitung der Außenverzahnung 14 werden die Verbindungsbereiche 26a des Zahnrades 13b mittels Bohren entfernt. Diese Fertigungsstufe des Zahnrades 13b ist in 4 dargestellt, die das Zahnrad 13b ohne den Verbindungsbereich 26b zeigt. Dann sind die Segmente 25a bis 25c ausgehend von den Aussparungen 22a bis 22c bis zum Fußkreisdurchmesser df der Außenverzahnung 14 voneinander getrennt und das Zahnrad 13b ist partiell in relativ weiche Teilsegmente aufgeteilt. Dadurch sind wieder Schwingungen im Betrieb des Stirnradgetriebes 10 auf einfache Art und Weise dämpfbar.
Auch das Zahnrad 13b weist jeweils radial außerhalb der Aussparungen 22a bis 22c die bis in die Außenverzahnung 14 hineinreichenden Schlitze 17a, 17b auf, die jeweils durch eine definierte Spaltbreite gekennzeichnet sind. Dadurch ist eine tangentiale Kraftübertragung zwischen den Segmenten 25a bis 25c im Bereich der Außenverzahnung 14 nicht möglich. Im Betrieb des Stirnradgetriebes 10 in Umfangsrichtung U wirkende Schwingungen sind dann in gewünschter Art und Weise dämpfbar.
Bezugszeichen

1: Kraftfahrzeug
1 a: Antriebsstrang
2: Antriebsaggregat des Kraftfahrzeugs
3: Antriebsachse des Kraftfahrzeugs
4: Automatikgetriebe des Kraftfahrzeugs
5: Anfahrelement des Automatikgetriebes
6: Gangwechselvorrichtung des Automatikgetriebes
7: Getriebeeingangswelle
8: Getriebeausgangswelle
9: Ölpumpe des Automatikgetriebes
10: Stirnradgetriebe zum Antrieb der Ölpumpe
11: Antriebs-Zahnrad des Stirnradgetriebes
12: Abtriebs-Zahnrad des Stirnradgetriebes
13, 13a, 13b: Zahnrad, Zwischenrad des Stirnradgetriebes
14: Außenverzahnung des Zahnrads 13, 13a, 13b
17a bis 17c: Schlitz
18: Nabe des Zahnrads 13, 13a, 13b
20: Pumpenwelle
21: Gehäuse des Automatikgetriebes
22a bis 22c: Aussparung
23: radial innerer Umfangsbereich
24: radial äußerer Umfangsbereich
25a bis 25c: Segment
26a bis 26c: Verbindungsbereich
27a1 bis 27c2: kerbartige Vertiefung
28a, 28b: axiale Außenseite des Zahnrades 13, 13a, 13b
d: Teilkreisdurchmesser
df: Fußkreisdurchmesser
R: radiale Richtung
U: Umfangsrichtung
X: axiale Richtung

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 102020201495 A1 [0002]

Claims

Zahnrad (13; 13a; 13b) mit drehmomentübertragender Außenverzahnung (14) mit wenigstens drei Schlitzen (17a bis 17c), die sich in radialer Richtung (R) von einer Nabe (18) in Richtung eines Fußkreisdurchmessers (df) der Außenverzahnung (14) und in Umfangsrichtung (U) zwischen Segmenten (25a bis 25c) erstrecken, dadurch gekennzeichnet, dass die Segmente (25a bis 25c) in den Umfangsbereichen des Zahnrades (13; 13a; 13b), in den jeweils die Schlitze (17a bis 17c) vorgesehen sind, über Verbindungsbereiche (26a bis 26c) fest miteinander verbunden sind, wobei die Verbindungsbereiche (26a bis 26c) zumindest radial innerhalb des Teilkreisdurchmessers (d) der Außenverzahnung (14) und radial außerhalb der Schlitze (17a bis 17c) vorgesehen sind und/oder die Verbindungsbereiche (26a bis 26c) an der Außenseite (28a, 28b) des Zahnrades (13a) vorgesehen sind und die Schlitze (17a bis 17c) radial innerhalb des Fußkreisdurchmessers (df) in Umfangsrichtung (U) der Außenverzahnung (14) übergreifen.
Zahnrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsbereiche (26a bis 26c) jeweils in einem radial äußeren Umfangsbereich (24) des Zahnrades (13b) vorgesehen sind, der die Außenverzahnung (14) aufweist, und in radialer Richtung (R) zwischen dem Teilkreisdurchmesser (d) und einem radial inneren Umfangsbereich (23) des Zahnrades (13b) verlaufen.
Zahnrad nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass, die Wandstärke des radial äußeren Umfangsbereiches (24) größer ist als die Wandstärke des radial inneren Umfangsbereiches (23).
Zahnrad nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass, die Wandstärke des Zahnrades (13) in den Verbindungsbereichen (26a bis 26c) wenigstens annähernd der Wandstärke des radial inneren Umfangsbereiches (23) entspricht.
Zahnrad nach wenigstens einem der vorstehend genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der äußere Umfangsbereich (24) in den Verbindungsbereichen (26a bis 26c) zwischen den Segmenten (25a bis 25c) jeweils kerbartige Vertiefungen (27a1 bis 27c2) aufweist, die von den Außenseiten (28a, 28b) des Zahnrades (13) in axialer Richtung (X) aufeinander zu gerichtet verlaufen.
Zahnrad nach wenigstens einem der vorstehend genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsbereiche (26a bis 26c) jeweils im radial äußeren Umfangsbereich (24) des Zahnrades (13b) vorgesehen sind und in radialer Richtung (R) zwischen dem Fußkreisdurchmesser (df) und dem radial inneren Umfangsbereich (23) des Zahnrades (13b) verlaufen.
Zahnrad nach wenigstens einem der vorstehend genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandstärke des Zahnrades (13b) in den Verbindungsbereichen (26a bis 26c) wenigstens annähernd der Wandstärke des radial äußeren Umfangsbereiches (24) entspricht.
Zahnrad nach wenigstens einem der vorstehend genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlitze (17a bis 17c) in Aussparungen (22a bis 22c) des radial inneren Umfangsbereiches (23) münden.
Zahnrad nach wenigstens einem der vorstehend genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlitze (17a bis 17c) jeweils auf der Höhe des Fußkreisdurchmessers (df) der Außenverzahnung (14) im Bereich eines Zahnzwischenraumes der Außenverzahnung (14) in die Außenverzahnung (14) münden.
Zahnrad nach wenigstens einem der vorstehend genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsbereiche (26a bis 26c) und die Segmente (25a bis 25c) aus dem gleichen Material hergestellt sind.
Verfahren zur Herstellung eines Zahnrades (13; 13a; 13b) mit folgenden Verfahrensschritten: - Herstellen eines kreisförmigen Grundkörpers mittels Sintern oder Schmieden, der wenigstens drei Segmente (25a bis 25c) umfasst, die sich in Umfangsrichtung (U) erstrecken, über Verbindungsbereiche (26a bis 26c) in Umfangsrichtung (U) miteinander verbunden sind und jeweils bereichsweise im Bereich von radial verlaufenden Schlitzen (17a bis 17c) voneinander getrennt sind; - Erzeugen einer drehmomentübertragenden Außenverzahnung (14); - Härten des Grundkörpers nach der Fertigung der Außenverzahnung (14); - Schleifen oder Honen des gehärteten Grundkörpers zumindest im Bereich der Au-ßenverzahnung (14); und - Trennen der Verbindungen der Segmente (25a bis 25c) in den Verbindungsbereichen (26a bis 26c).
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungen der Segmente (25a bis 25c) über die Verbindungsbereiche (26a bis 26c) nach dem Schleifen oder Honen gelöst werden.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungen der Segmente (25a bis 25c) über die Verbindungsbereiche (26a bis 26c) durch Anlegen von Biegekräften an den Segmenten (25a bis 25c) des Zahnrades (13) aufgebrochen werden.
Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungen der Segmente (25a bis 25c) über die Verbindungsbereiche (26a bis 26c) durch spanende Bearbeitung entfernt werden.
Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungen der Segmente (25a bis 25c) über die Verbindungsbereiche (26a bis 26c) durch Laserschneiden gelöst werden.