DE19623773A1 - Zahnrad - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Zahnrad, insbesondere für ein Geschwindig­ keits-Wechselgetriebe in einem Kraftfahrzeug, gemäß dem Oberbegriff des Pa­ tentanspruches 1.

Ein derartiges Zahnrad zeigt beispielsweise die EP 0 251 243 B1 anhand eines Schwungrades an einer Brennkraftmaschine, bei dem die radial aus­ gerichtete Scheibe und der daran anschließende äußere Zahnkranz aus Dickblech in Umformtechnik hergestellt sind. Parallel zur Scheibe und an dieser anliegend ist eine Stützscheibe aus dünnem Blech angeordnet, die an den in den Fußkreis der Verzahnung mündenden Zahnflanken des Zahn­ kranzes unter Vorspannung fest anliegt. Zweck dieser Stützscheibe ist eine Dämpfung der Betriebsgeräusche des Zahnrades.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Zahnrad insbesondere für Geschwindig­ keits-Wechselgetriebe in Kraftfahrzeugen vorzuschlagen, welches bei einer robusten Konstruktion leichter und fertigungstechnisch günstiger herstellbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den weiteren Patentansprüchen angeführt.

Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, zu der die Nabe und den Zahnkranz verbindenden Scheibe eine Stützscheibe vorzusehen, die beabstandet zu der Scheibe zumindest an dem Zahnkranz befestigt ist und diesen radial, aber auch in Umfangsrichtung tangential versteift. Bevorzugt ist dabei die Stützscheibe unter Bildung eines geschlossenen Hohlraumes auf die Nabe aufgesetzt. Daraus resultiert eine besonders leichte und trotzdem robuste Konstruktion mit ausreichender Steifigkeit des Zahnkranzes.

Bevorzugt kann die Stützscheibe mit einer keilförmigen Außenverzahnung in Umfangsrichtung formschlüssig in den Zahnkranz eingreifen, wodurch eine weitere Erhöhung der Steifigkeit des Zahnrades insgesamt erzielbar ist. Die Außenverzahnung der Stützscheibe kann beispielsweise durch Stanzen fer­ tigungstechnisch einfach hergestellt sein.

Zur Erzielung besonders günstiger Fertigungskosten können alle Elemente des Zahnrades einschließlich der Stützscheibe aus Blech, insbesondere Dickblech, durch entsprechendes Umformen hergestellt sein, wobei die Ver­ zahnung des Zahnkranzes anschließend oberflächengehärtet und geschlif­ fen werden kann.

Die Bauteile des Zahnrades können durch Verpressen, Umbördeln und be­ vorzugt durch Schweißen, insbesondere Kondensatorentladungsschweißen, miteinander verbunden werden. Insbesondere letztere Schweißart hat sich als besonders günstig und praktikabel erwiesen, weil nahezu verzugsfreie Schweißungen bei kurzen Bearbeitungszeiten erzielbar sind.

Bei Zahnrädern mit an diesen angeordneten Kupplungsverzahnungen zum synchronisierten Schalten der Gänge z. B. eines Schaltgetriebes in einem Kraftfahrzeug können diese Kupplungsverzahnungen in baulich einfacher Weise an die Stützscheibe angeformt sein. Ggf. können die Stützscheibe, die Kupplungsverzahnung und der Zahnkranz eine Baueinheit bilden, die mit der radial verlaufenden Scheibe und der Nabe des Zahnrades wie vorste­ hend beschrieben verbunden sind.

Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im folgenden mit weiteren Einzelheiten näher erläutert. Die schematische Zeichnung zeigt in

Fig. 1 einen Querschnitt durch ein hälftig bis zu seiner Drehachse darge­ stelltes Zahnrad aus Dickblech mit einer Stützscheibe;

Fig. 2 eine teilweise Ansicht X des Zahnrades nach Fig. 1;

Fig. 3 einen Querschnitt durch zwei Zahnräder eines Geschwindig­ keits-Wechselgetriebes eines Kraftfahrzeuges, wobei ein Zahnrad mit einer zusätzlichen Kupplungsverzahnung versehen ist und oberhalb und unterhalb seiner Drehachse alternative Ausführungsformen aufweist.

Das in den Fig. 1 und 2 dargestellte, ringförmige Zahnrad 10 (es ist nur die obere Hälfte dargestellt) setzt sich aus einer Nabe 12, einer radial verlau­ fenden Scheibe 14, einem Zahnkranz 16 mit über dessen Umfang einge­ formten Zähnen 18 und einer axial zur Scheibe 14 beabstandeten Stütz­ scheibe 20 zusammen. Das Zahnrad 10 ist über eine Keilverzahnung 22 auf einer Welle 24 eines Geschwindigkeits-Wechselgetriebes für ein Kraftfahr­ zeug befestigt und bildet im Zusammenwirken mit einem weiteren, nicht dar­ gestellten Zahnrad auf einer weiteren Welle eine Übersetzungsstufe.

Die Nabe 12, die Scheibe 14 und der Zahnkranz 16 sind durch Umformen in mehreren Verfahrensschritten und Kalibrierformen der Zähne 18 einstückig U-förmig aus Dickblech (z. B. 5 mm Wandstärke) gefertigt, wobei in einem Ziehvorgang auch die Keilverzahnung 22 der Nabe 12 hergestellt ist.

In dem Zahnkranz 16 an dessen freiem Ringabschnitt 16 a und an der Nabe 12 sind in einer einheitlichen Drehebene Ringschultern 26, 28 eingeformt, an denen die mit einer keilförmigen Außenverzahnung 30 (vgl. Fig. 2) verse­ hene Stützscheibe 20 zur Bildung eines axialen Anschlages und eines defi­ nierten Hohlraumes 29 anliegt. Die Außenverzahnung 30 greift dabei form­ schlüssig in die radial nach innen weisenden Zahnhohlräume der Zähne 18 des Zahnkranzes 16 ein.

Maßlich ist die durch Stanzen aus einem Dickblech hergestellte Stütz­ scheibe 20 mit Überdeckung hergestellt und wird sowohl auf die Nabe 12 sowie in den Zahnkranz 16 eingepreßt. Sie ist zusätzlich durch Umbördeln der Innenkante 16 b des Zahnkranzes 16 axial gesichert. Die Stützscheibe könnte aber auch durch Löten oder Schweißen stoffschlüssig mit der Nabe 12 und/oder den Zahnkranz 16 verbunden sein.

In der Fig. 3 sind zwei Zahnräder 34, 36 dargestellt, wobei das Zahnrad 34 im wesentlichen gleich dem Zahnrad 10 ausgeführt ist, so daß nur die we­ sentlichen Unterschiede erläutert sind.

So ist das auf der Welle 38 befestigte Zahnrad 34 herkömmlich aus Stahl gefertigt, jedoch mit einer im Querschnitt U-förmigen Gestaltung. Der freie Ringabschnitt des Zahnkranzes 16′ ist über eine eingepreßte Ringscheibe 40 versteift, die auf der Nabe 12′ aufgesetzt und im axialen Abstand zur Scheibe 14′ unter Bildung des geschlossenen Hohlraumes 29 angeordnet ist.

Die aus Dickblech hergestellte, einen rotationssymmetrischen Innen- und Außenumfang aufweisende Stützscheibe 40 ist durch Kondensatorentla­ dungsschweißen mit der Nabe 12′ bzw. dem Zahnkranz 16′ stoffschlüssig verbunden. Charakteristisch für dieses Verfahren sind die sehr kurzen Schweißzeiten von 0,002 bis 0,02 s, Schweißenergien bis 12 kWs, Spitzenströme bis 200 kA und die damit verbundene örtlich sehr eng begrenzte Schweißzone, die häufig keine Anlauffarbe in unmittelbarer Nähe zeigt. Die Schweißstelle wird in bekannter Weise durch Ringbuckel oder Flachbuckel (Flachschulteransätze) entsprechend fixiert.

Das Zahnrad 36 ist in der oberen und unteren Zeichnungshälfte in zwei un­ terschiedlichen Ausführungen dargestellt. Einheitlich ist es als sogenanntes Schaltrad mit seiner axial verlängerten Nabe 42 über eine Wälzlagerung 44 (Nadellager) auf der Welle 38 drehbar gelagert und kann mittels einer drehfest mit dem Zahnrad 36 verbundenen Kupplungsverzahnung 46 über eine herkömmliche Synchronkupplung 48 mit der Welle 38 gekuppelt wer­ den. Axial ist das Zahnrad 36 zwischen dem wellenfesten Mitnehmerkörper 50 der Synchronkupplung 48 und dem wellenfesten Zahnrad 34 mit gerin­ gem Laufspiel gehalten.

Gemäß der oberen Zeichnungshälfte ist die Nabe 42 einstückig mit der Scheibe 14′′ und dem Zahnkranz 16′′ ausgebildet, wobei diese Baueinheit geschmiedet, gegossen, im Drückverfahren und!oder spannabhebend gefer­ tigt sein kann.

Die in das Zahnrad 36 eingesetzte Stützscheibe 54 aus Dickblech weist ei­ nen ringförmigen, axial verlaufenden Fortsatz 56 auf, an dem die wiederum radial auslaufende Kupplungsverzahnung 46 angeformt ist. Die Stützscheibe 54 kann wie in der Fig. 1 und 2 beschrieben formschlüssig und zusätzlich durch Kondensatorentladungsschweißen stoffschlüssig mit dem Zahnkranz 16′′ verbunden sein. Der Fortsatz 56 ist auf die Nabe 42 aufgepreßt und kann ggf. ebenfalls mit dieser verschweißt sein.

Bei der Ausführungsform nach der unteren Zeichnungshälfte ist die Nabe 42′ einstückig nur mit der Scheibe 14′′′ ausgebildet, während die Stützscheibe 58 einstückig mit dem Fortsatz 56′, der Kupplungsverzahnung 46 und dem Zahnkranz 60 aus Dickblech in Umformtechnik hergestellt ist.

Die Verbindung zwischen dem Zahnkranz 60 und der Scheibe 14′′′ ist wie­ derum durch Schweißen und ggf. formschlüssig hergestellt, während zwi­ schen dem Fortsatz 56′ und der Nabe 42′ ein Preßsitz ausreichend sein kann.

Nach dem Herstellen der Zahnräder 10 bzw. 34 oder 36 (in der Ausführung gemäß oberer oder unterer Zeichnungshälfte) werden die Zähne 18 des Zahnkranzes 16 in bekannter Weise oberflächengehärtet und geschliffen. Das so gebildete Zahnrad ist aufgrund der zumindest teilweise einsetzbaren Umformtechnik kostengünstig herstellbar und weist durch den geschlosse­ nen Hohlraum 29 eine leichte Konstruktion bei einer hohen Steifigkeit auf.

Anstelle einer U-förmigen Nabe-Scheibe-Zahnkranz-Konstruktion könnte auch eine T-förmige Konstruktion vorteilhaft sein, wobei dann beide entge­ gengesetzt der Scheibe liegende Zahnkranzenden mit Stützscheiben ent­ sprechend versteift ausgeführt sein können.

Claims (10)

1. Zahnrad, insbesondere für ein Geschwindigkeits-Wechselgetriebe in ei­ nem Kraftfahrzeug, mit einem Zahnkranz, einer Nabe und einer Zahn­ kranz und Nabe verbindenden Scheibe, gekennzeichnet durch zumindest eine Stützscheibe (20; 40, 54, 58) die beabstandet zur Scheibe (14) den Zahnkranz (16; 60) zumindest radial versteift.

2. Zahnrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stütz­ scheibe (20; 40, 54, 58) unter Bildung eines Hohlraumes (29) auf die Nabe (12; 42) aufgesetzt ist.

3. Zahnrad nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützscheibe (20) mit einer keilförmigen Verzahnung (30) in Umfangsrich­ tung formschlüssig in den Zahnkranz (16) eingreift.

4. Zahnrad nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Zahnkranz (16, 60), die Scheibe (14, 54, 58) und die Nabe (12, 42) im Querschnitt U-förmig ausgebildet sind und daß die zu­ mindest eine Stützscheibe (20; 40, 54, 58) am freien Ringabschnitt (16a) des Zahnkranzes (16, 60) angeordnet ist.

5. Zahnrad nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß der Zahnkranz (16) und/oder die Scheibe (14) und/oder die Nabe (12) und/oder die Stützscheibe (20; 40, 54, 58) aus Blech in Umformtechnik hergestellt sind.

6. Zahnrad nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß an die Stützscheibe (54, 58) eine Kupplungsverzah­ nung (46) angeformt ist, die mit einer Synchronkupplung (48) zusam­ menwirkt.

7. Zahnrad nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungs­ verzahnung (46), die Stützscheibe (58) und der Zahnkranz (60) einstückig gefertigt und mit der Nabe (42′) und der Scheibe (14′′′) verbunden sind.

8. Zahnrad nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Nabe (12), die Scheibe (14), der Zahnkranz (16) und/oder die Stützscheibe (20) aus Dickblech umgeformt bzw. gefertigt sind.

9. Zahnrad nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Nabe (12, 42), die Scheibe (14), der Zahnkranz (16, 60) und/oder die Stützscheibe (20, 40, 54, 58) durch Schweißen zu ei­ ner Baueinheit verbunden sind.

10. Zahnrad nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Bauteile durch Kondensatorentladungsschweißen miteinander verbunden sind.