EP0186695A1 - Hohlwelle - Google Patents

Hohlwelle

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Publication number
EP0186695A1
EP0186695A1 EP85903215A EP85903215A EP0186695A1 EP 0186695 A1 EP0186695 A1 EP 0186695A1 EP 85903215 A EP85903215 A EP 85903215A EP 85903215 A EP85903215 A EP 85903215A EP 0186695 A1 EP0186695 A1 EP 0186695A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
hollow shaft
shaft according
plastic
gears
polygon
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP85903215A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Erich R. MÜLLER
Hans-Ulrich Lilienfein
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ZWN Zahnradwerk Neuenstein GmbH and Co
Original Assignee
ZWN Zahnradwerk Neuenstein GmbH and Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ZWN Zahnradwerk Neuenstein GmbH and Co filed Critical ZWN Zahnradwerk Neuenstein GmbH and Co
Publication of EP0186695A1 publication Critical patent/EP0186695A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H57/00—General details of gearing
    • F16H57/0018—Shaft assemblies for gearings
    • F16H57/0025—Shaft assemblies for gearings with gearing elements rigidly connected to a shaft, e.g. securing gears or pulleys by specially adapted splines, keys or methods
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C3/00—Shafts; Axles; Cranks; Eccentrics
    • F16C3/02—Shafts; Axles
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D1/00—Couplings for rigidly connecting two coaxial shafts or other movable machine elements
    • F16D1/06—Couplings for rigidly connecting two coaxial shafts or other movable machine elements for attachment of a member on a shaft or on a shaft-end
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H55/00—Elements with teeth or friction surfaces for conveying motion; Worms, pulleys or sheaves for gearing mechanisms
    • F16H55/02—Toothed members; Worms
    • F16H55/14—Construction providing resilience or vibration-damping

Definitions

  • the invention relates to a hollow shaft for multi-step transmissions of motor vehicles with a diameter stepped over their length, wherein a plurality of gear wheels in areas of different diameters are positively connected to the shaft jacket.
  • a hollow shaft is known from DE-PS 29 14 657.
  • the known hollow shaft is produced by shaping as a hollow body, the shaft jacket being provided with external toothing, as is also known per se from solid material transmission shafts for motor vehicle transmissions.
  • the external toothing of the hollow shaft casing serves to produce a positive connection with gear wheels which are provided with corresponding internal toothing in the hub area and are plugged onto the hollow shaft, the step diameter of which decreases from the center of the shaft to the outside.
  • Such external toothing which is designed as a short toothing, represents a considerable cost factor in the production of such shafts, because a relatively complex machining is required.
  • the short toothing is a sensitive area because this is where the power transmission from the actual shaft body to the gears takes place. Even minor errors in the short toothing, which occur relatively frequently due to the relatively complex production, therefore already lead to reject production.
  • the invention is therefore based on the object of developing a hollow shaft of the type mentioned in such a way that simpler manufacture is possible without sacrificing puncture and the quality of the positive connection between the shaft body and the gear wheels.
  • This object is achieved in that the corrugated sheath is designed as a polygonal profile at least in the area of the positive connection.
  • the advantage of the hollow shaft according to the invention lies essentially in the fact that the polygonal profile serving as a driving profile can be prefabricated on the raw shaft body down to the grinding allowance. This eliminates the need for extensive preprocessing and the shaft body only has to be finish-ground. Tests have shown that hollow shafts of this type are ideally suited as main shafts, countershafts and output shafts of motor vehicle transmissions.
  • the polygon profile has the shape of a regular polygon.
  • the polygon can be an equilateral triangle.
  • the particularly simple shape of the equilateral triangle on the one hand ensures a sufficient form fit, on the other hand the production is also uncomplicated due to the simple shape.
  • the corners of the polygon are rounded, there is a further simplification of the assembly and a reduction in the risk of canting or damage to the gear parts during assembly.
  • the hollow shaft consists of a composite material, preferably a composite of a steel tube with plastic or a steel skeleton with a plastic.
  • the bearing seats can also be made of plastic.
  • the hollow shaft consists of a high-frequency hardened and then inductively tempered material.
  • Figure 1a shows a cross section through a hollow shaft according to the invention with attached gears.
  • FIG. 1b shows a section through a hollow shaft according to the prior art
  • Fig. 2 sections through the hollow shaft according to Fig. 1a to 5 along the lines II-II or III-III or IV-IV or V-V.
  • FIG. 1 10 designates an exemplary embodiment of a hollow shaft according to the invention.
  • the hollow shaft 10 consists of a shaft jacket 11 which encloses a cavity 12. It can be seen that the hollow shaft 10 is formed with a stepped diameter over its length, namely the diameter of an annular shoulder 18 arranged in the central axial region of the hollow shaft 10 decreases towards both ends, so that gear wheels 13, 14 from one side of the annular shoulder 18 and gears 15, 16 can be pushed onto the shaft from the other side of the annular shoulder 18.
  • Fig. 1b shows how the positive connection between the gears 13 to 16 was made according to the prior art.
  • the shaft jacket 11 was provided with an external toothing formed as a short toothing 17 and the gearwheels 13 to 16 had an appropriately designed internal toothing in their hub area.
  • the hollow shaft according to the invention provides for the shaft jacket 11 to be provided with a polygonal profile 20, 21, 22, 23, at least in the area of the positive connection between the shaft jacket 11 and the gear wheels 13 to 16, the shape of which is shown in FIGS. 2 to 5 can recognize.
  • the polygon profiles 20 all have the cross-sectional profile of an equilateral triangle with rounded corners.
  • polygons can also be used instead of this special polygon, but the shape of the equilateral triangle with rounded corners is particularly simple to manufacture and guarantees a sufficient form fit.
  • gears are provided with an inner profile in the area of the bore in order to obtain a good positive fit with the hollow shaft.
  • the gears are inserted into the press mold for the hydraulic shaping of the pipe section.
  • the material of the shaft jacket 11 can be a conventional steel, but according to the invention it is also provided that a composite material, preferably a composite of a steel tube and a plastic, is used as the material. Also a steel skeleton with plastic can be used. In the case of such a composite material, the bearing seats at the ends of the hollow shaft 10 can expediently consist of plastic in order to reduce the friction and the need for maintenance.
  • the hollow shaft 10 consists only of steel, in contrast to the case hardening used since then, it can be hardened according to the invention by high frequency and then inductively tempered. As a result, in particular the surfaces which are exposed to particular mechanical loads are hardened, while the shaft and possibly also the gearwheels retain the required toughness.
  • the invention can be used in the manufacture of main transmission shafts with positive locking to the synchronizer body (usage: guide sleeves).

Landscapes

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  • Shafts, Cranks, Connecting Bars, And Related Bearings (AREA)

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 formschlüssig 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 Beschleunigungsvermögen 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 Fertigungseinrichtung 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 Fertigungsverfahren 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 Hochfrequenz härtung auch, Teile gezielt zu härten, so daß keine unnötige Massenerwärmung 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. 1a 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. 1a 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 umschließt. 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 können. 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 GetriebeHauptwellen mit Formschluß zu dem Synchronkörper (Sprachgebrauch: Führungsmuffen) anwenden.

Claims

Patentansprüche
1. Hohlwelle 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.
2. Hohlwelle nach Anpruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Polygonprofil (20 bis 23) die Gestalt eines regelmäßigen Vielecks besitzt.
3. 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 einem 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.
7. Hohlwelle nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagersitze aus Kunststoff bestehen.
8. 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.
EP85903215A 1984-07-06 1985-07-03 Hohlwelle Withdrawn EP0186695A1 (de)

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DE3424908 1984-07-06
DE3424908 1984-07-06
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DE19843425600 DE3425600A1 (de) 1984-07-06 1984-07-11 Hohlwelle

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DE (1) DE3425600A1 (de)
WO (2) WO1986000674A1 (de)

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