DE3425600A1

DE3425600A1 - Hohlwelle

Info

Publication number: DE3425600A1
Application number: DE19843425600
Authority: DE
Inventors: Hans-Ulrich 7000 Stuttgart Lilienfein; Erich R. 7110 Öhringen Müller
Original assignee: ZWN Zahnradwerk Neuenstein GmbH and Co
Current assignee: ZWN Zahnradwerk Neuenstein GmbH and Co
Priority date: 1984-07-06
Filing date: 1984-07-11
Publication date: 1986-01-16
Also published as: EP0186695A1; WO1986000677A1; EP0188468A1; WO1986000674A1

Description

Hohlwelle
Die Erfindung bezieht sich auf eine Hohlwelle für Stufengetriebe von Kraftfahrzeugen mit über ihre Länge gestuftem Durchmesser, wobei eine Mehrzahl von Zahnrädern in Bereichen unterschiedlichen Durchmessers formschliissig mit dem Wellenmantel verbunden sind.
Eine derartige Hohlwelle ist aus der DE-PS 29 14 657 bekannt.
Die bekannte Hohlwelle wird durch Umformen als ein Hohlkörper hergestellt, wobei der Wellenmantel mit Außenverzahnungen versehen ist, wie dies ebenfalls an sich von Vollmaterial-Getriebewellen für Kraftfahrzeuggetriebe bekannt ist.
Die Außenverzahnungen des hohlen Wellenmantels dienen dazu, um einen Formschluß mit Zahnrädern herzustellen, die im Nabenbereich mit einer entsprechenden Innenverzahnung versehen sind und auf die Hohlwelle, deren Stufendurchmesser von der Wellenmitte nach außen abnimmt, aufgesteckt werden.
Eine solche Außenverzahnung, die als Kurzverzahnung ausgebildet ist, stellt jedoch einen erheblichen Kostenfaktor bei der Herstellung derartiger Wellen dar, weil eine relativ aufwendige Bearbeitung erforderlich ist. Außerdem ist die Kurzverzahnung ein sensibler Bereich, weil an dieser Stelle die Kraftübertragung vom eigentlichen Wellenkörper auf die Zahnräder stattfindet. Bereits geringfügige Fehler in der Kurzverzahnung, die aufgrund der relativ aufwendigen Fertigung relativ häufig auftreten, führen daher bereits zu einer Ausschußproduktion.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Hohlwelle der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, daß ohne Einbußen an Punktion und Qualität des Formschlusses zwischen Wellenkörper und Zahnrädern eine einfachere Fertigung möglich wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Wellenmantel mindestens im Bereich des Formschlusses als Polygonprofil ausgebildet ist.
Der Vorteil der erfindungsgemäßen Hohlwelle liegt im wesentlichen darin, daß das als Mitnahmeprofil dienende Polygonprofil am rohen Wellenkörper bis auf das Schleifaufmaß vorgefertigt werden kann. Eine aufwendige Vorbearbeitung entfällt damit und der Wellenkörper muß lediglich noch fertiggeschliffen werden. Versuche haben ergeben, daß derartige Hohlwellen sich bestens als Hauptwellen, Vorgelegewellen und Abtriebswellen von Kraftfahrzeuggetrieben eignen.
In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung besitzt das Polygonprofil die Gestalt eines regelmäßigen Vielecks. Im einfachsten Fall kann das Vieleck dabei ein gleichseitiges Dreieck sein. Die besonders einfache Form des gleichseitigen Dreiecks gewährleistet einerseits einen hinreichenden Formschluß, andererseits ist die Fertigung aufgrund der einfachen Form ebenfalls unkompliziert.
Sind in weiterer Ausgestaltung der Erfindung die Ecken des Vielecks abgerundet, ergibt sich eine weitere Vereinfachung der Montage und eine Herabsetzung der Gefahr des Verkantens oder Beschädigens der Getriebeteile beim Montieren.
In weiterer bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung besteht die Hohlwelle aus einem Verbundwerkstoff, vorzugsweise aus einem Verbund eines Stahlrohres mit Kunststoff oder aus einem Stahlskelett mit einem Kunststoff. Dabei können insbesondere auch die Lagersitze aus Kunststoff bestehen.
Diese Maßnahmen haben den Vorteil, daß eine beträchtliche Gewichtseinsparung beim Getriebe erzielt werden kann, beispielsweise je nach Größe und Ausführung zwischen 0,5 und 2 Kilogramm pro Getriebe. Außerdem hat die Verwendung von Verbundwerkstoffen den Vorteil, daß die Massenträgheit des Getriebes verringert wird, hierdurch erhöht sich das Beschleurligungsvermögen des Kraftfahrzeuges, außerdem können Geräusche gedämpft werden und schließlich ergeben sich auch niedrigere Herstellungskosten des Getriebes.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausgesstaltung der Erfindung besteht die Hohlwelle aus einem hochfrequenzgehärteten und anschließend induktiv angelassenen Material.
Diese Maßnahme hat den wesentlichen Vorteil, daß die Hochfrequenz-Induktionshärtung innerhalb einer flexiblen Fertigungsstraße erfolgen kann, ohne daß der Materialfluß in eine separate Härterei ausgesteuert werden muß, wie dies seither beim Einsatzhärten der Fall war. Durch das Aussteuern des Materialflusses in eine separate Pertigungseinrichtung entstanden zudem lange Transportwege und ein erheblicher Zeitverlust, weil das Einsatzhärten wesentlich mehr Zeit beansprucht als das Hochfrequenzhärten. Auf diese Weise ist es möglich, innerhalb einer Fertigungslinie die Dauer des Materialdurchflusses von bisher 30 Arbeitstagen auf maximal 2 Arbeitstage zu reduzieren, wenn man die Hochfrequenzhärtung mit ihren sehr kurzen Aufheizzeiten in das Pertigungsverfahren einbindet. Darüberhinaus gestattet das Hochfrequenzhärten eine individuelle Einstellung auf die jeweils vorliegende Charge unter Prozeßsteuerbedingungen, so daß insgesamt die Möglichkeiten verbessert werden, die Fertigung zu automatisieren. Schließlich gestattet die Hochfrequenzhärtung auch, Teile gezielt zu härten, so daß keine unnötige Massenerwärm-ung stattfindet und insgesamt Energie eingespart wird.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung der beigefügten Zeichnung.
Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen: Fig. la einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Hohlwelle mit aufgesetzten Zahnrädern; Fig. 1b einen Schnitt durch eine Hohlwelle nach dem Stand der Technik; Fig. 2 Schnitte durch die Hohlwelle gemäß Fig. la bis 5 entlang den Linien II-II bzw. III-III bzw. IV-IV bzw. V-V.
in Fig. 1 bezeichnet 10 insgesamt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Hohlwelle. Die Hohlwelle 10 besteht aus einem Wellenmantel 11, der einen Hohlraum 12 umschlieBt.
Man erkennt, daß die Hohlwelle 10 über ihre Länge mit gestuftem Durchmesser ausgebildet ist und zwar nimmt der Durchmesser von einer im mittleren axialen Bereich der Hohlwelle 10 angeordneten Ringschulter 18 nach beiden Enden hin ab, so daß Zahnräder 13, 14 von der einen Seite der Ringschulter 18 und Zahnräder 15, 16 von der anderen Seite der Ringschulter 18 auf die Welle aufgeschoben werden könrien.
Fig. 1b zeigt, wie der Formschluß zwischen den Zahnrädern 13 bis 16 nach dem Stand der Technik hergestellt wurde. Hierzu war der Wellenmantel 11 mit einer als Kurzverzahnung 17 ausgebildeten Außenverzahnung versehen und die Zahnräder 13 bis 16 hatten in ihrem Nabenbereich eine entsprechend gestaltete Innenverzahnung.
Im Gegensatz hierzu sieht die erfindungsgemäße Hohlwelle vor, den Wellenmantel 11 mindestens im Bereich des Formschlusses zwischen dem Wellenmantel 11 und den Zahnrädern 13 bis 16 mit einem Polygonprofil 20, 21, 22, 23 zu versehen, dessen Gestalt man in den Fig. 2 bis 5 erkennen kann.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel besitzen die Polygonprofile 20 sämtlich das Querschnittsprofil eines gleichseitigen Dreiecks mit abgerundeten Ecken. Es versteht sich jedoch, daß statt dieses speziellen Polygons auch andere, beispielsweise unregelmäßige Polygone verwendet werden können, die Form des gleichseitigen Dreiecks mit abgerundeten Ecken ist jedoch besonders einfach in der Herstellung und garantiert einen ausreichenden Formschluß.
Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die Zahnräder im Bereich der Bohrung mit einem Innenprofil zu versehen, um einen guten Formschluß mit der Hohlwelle zu erhalten. Die Zahnräder werden in die Preßform zur hydraulischen Umformung des Rohrabschnittes eingelegt.
Das Material des Wellenmantels 11 kann ein üblicher Stahl sein, erfindungsgemäß ist jedoch weiterhin vorgesehen, als Material einen Verbundwerkstoff, vorzugsweise einen Verbund aus einem Stahlrohr und einem Kunststoff zu verwenden. Auch kann ein Stahlskelett mit Kunststoff Verwendung finden. Bei einem derartigen Verbundwerkstoff können zweckmäßigerweise die Lagersitze an den Enden der Hohlwelle 10 aus Kunststoff bestehen um die Reibung und den Wartungsbedarf herabzusetzen.
Am Getriebe können zur Körperschallabkopplung an mehrschichtigen Rohrskeletten mehrere Verbundwerkstoffe verwendet werden, z.B.
Stahl/Kunststoff/Stahl Stahl/Bitumen/Stahl Stahl/Keramik/Stahl.
Sofern die Hohlwelle 10 lediglich aus Stahl besteht, kann man sie im Gegensatz zum seither verwendeten Einsatzhärten erfindungsgemäß durch Hochfrequenz härten und anschließend induktiv anlassen. Hierdurch werden insbesondere die Oberflächen, die besonderen mechanischen Belastungen ausgesetzt sind, gehärtet während im übrigen die Welle und gegebenenfalls auch die Zahnräder die erforderliche Zähigkeit behalten.
Die Erfindung läßt sich bei der Herstellung von Getriebe-Hauptwellen mit Formschluß zu dem Synchronkörper (Sprachgebrauch: Führungsmuffen) anwenden.
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Claims

Patentansprüche 1. ohlwelle für Stufengetriebe von Kraftfahrzeugen mit über ihrer Länge gestuftem Durchmesser, wobei eine Mehrzahl von Zahnrädern (13 bis 16) in Bereichen unterschiedlichen Durchmessers formschlüssig mit dem Wellenmantel (11) verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Wellenmantel (11) mindestens im Bereich des Formschlusses als Polygonprofil (20 bis 23) ausgebildet ist.
ohlwelle nach Anpruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Polygonprofil (20 bis 23) die Gestalt eines regelmäßigen Vielecks besitzt.
Hohlwelle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das regelmäßige Vieleck ein gleichseitiges Dreieck ist.
4. Hohlwelle nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ecken des Vielecks abgerundet sind.
5. Hohlwelle nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einenl Verbundwerkstoff, vorzugsweise aus einem Verbund eines Stahlrohres mit Kunststoff besteht.
6. Hohlwelle nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbundwerkstoff aus einem Stahlskelett mit einem Kunststoff besteht.
Hohlwelle nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagersitze aus Kunststoff bestehen.
Hohlwelle nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einem hochfrequenzgehärteten und anschließend induktiv angelassenen Material besteht.
9. Hohlwelle nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie zwecks Körperschallisolierung aus drei- oder mehrschichtigen Verbundwerkstoffen besteht.
10. Hohlwellen, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnräder ein Innenprofil zwecks Formschluß besitzen und daß diese Zahnräder durch Einlegen in das Umformpreßwerkzeug für die Welle mit dieser formschlüssig verbunden werden.