WO2007014537A1 - Getriebe, insbesondere für kfz sowie welle bzw. wellen hierfür und verfahren zur herstellung solcher wellen - Google Patents

Getriebe, insbesondere für kfz sowie welle bzw. wellen hierfür und verfahren zur herstellung solcher wellen Download PDF

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WO2007014537A1
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shaft
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tubular
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Manfred Vogel
Volker SZENTMIHÁLYI
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Neumayer Tekfor Gmbh
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    • F16D1/0858—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 with clamping hub; with hub and longitudinal key with radial clamping between the mating surfaces of the hub and shaft due to the elasticity of the hub (including shrink fits)
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Definitions

  • the invention relates to a transmission, in particular for motor vehicles, with at least two torque transmitting shafts, such as main or output shaft, countershaft or the like, with at least one fixed and for direct torque transmission from the gear to the shaft and vice versa provided thereon gear, as well to methods of making such waves.
  • a known method for producing such waves is that they are produced in one piece together with the above-mentioned gears initially as forging blank. This is followed by a complex processing of the various functional sections, such as the toothing areas for the synchronization devices, the bearing seats, the bearing raceways and the thread. For example, for each of the individual processing steps, the entire relatively large and bulky part must be transported and handled at the various processing points or machines and it must be used for all sections a uniform, relatively high-quality and therefore expensive material, but also a compromise solution represents, because not the optimal functional materials can be used for the individual workstations or sections.
  • These previous waves are not only, as already mentioned, in the Manufacture very complex, but also relatively expensive, have a high weight and are cumbersome to handle. In addition, such waves significantly limit the design latitude of a transmission, especially if two such gears are provided on the shaft, since no relatively rotatable functional body, such as idler gears, synchronizers, bearings or the like can be provided therebetween.
  • the present invention has for its object to avoid the disadvantages of the previously known gearboxes and their shafts and both in transmissions as well as shafts in general and also in shafts for transmission to simplify the manufacture, i. also cheaper and easier to handle.
  • it should be possible with a much increased flexibility in the construction of the shaft e.g. with the combination of different gears on the same shaft body to adapt the transmission to the respective engine characteristics or performance class.
  • At least one of the corrugations consists of a corrugated main body and at least one at least substantially finished gear, which by axially pressing by means of its hollow hub body, on a seat on the shaft main body via a frictional connection the pending there Drive torque, so the input torque transmitting, is set on the shaft.
  • a shaft is easy to manufacture and economically advantageous to manufacture, inter alia, because both the shaft seat and the hub seats can be made circular, ie in contrast to polygonal seats or by widening a hollow shaft are very low producible.
  • the production of such a shaft can be significantly simplify, facilitate and cheaper as well as improve by the shaft main body is assembled in its length from at least two components, eg welded together, since then the optimal materials can be used for the various functional sections.
  • a further improvement and cheapening, which is also characterized by lower material use, results when according to a further feature of the invention, the shaft body is at least partially tubular, so hollow, it may be advantageous if the seats for pressing the gears on the tubular sections are located.
  • the transmission of the torque coming from the drive machine or of the input torque from the gear via the hub takes place on the hollow areas of the shaft body or vice versa.
  • Such a shaft body which is at least partially tubular, may be distinguished by the fact that the shaft body is hollow or tubular between its two end regions, which have the smaller diameter regions.
  • This tubular portion may be made of standard tubing that has been machined and / or machined.
  • Such a shaft main body can be formed in that the end portions of the shaft main body are solid or partially solid and these end pieces are attached to the interposed tubular shaft body. In this case, at least one of the end pieces or areas of the shaft main body may also be at least partially tubular.
  • a further advantageous embodiment may be obtained when the shaft main body is assembled from two, each having an end portion and a tubular portion having component whose tubular portions are directed towards each other and are secured together by joining over their tubular portions.
  • the assembly of the components of the shaft body can be carried out in an advantageous manner by welding, for example by laser beam welding or, which is particularly advantageous for certain applications, by friction welding.
  • At least the tubular region is formed by forming, such as cold and / or hot forming, e.g. Cold and / or hot extrusion, is produced; It can also be at least partially tubular and at least one of the end pieces made by massive forming. Also, the already mentioned tubular centerpiece can be made by massive forming, such as cold and / or hot forming.
  • the functional areas of the shaft body such as bearing seat, toothing, bearing surface, seating areas for the gear, is finished after joining the individual sections and then the pressing of at least one of the gears.
  • gear shafts can be further expanded and optimized by at least two gears in transmissions in which two or more gears are rotatably provided on a shaft in the axial region between the two adjacent gears another functional body, like
  • the invention provides a particularly advantageous possibility to impose different gears, ie with different numbers of teeth in uniform shaft main bodies, and thus to form transmissions with different characteristics with uniform basic bodies, which allows a cheaper production of at least the base body due to higher numbers, and better storage, so less logistical effort.
  • a shaft such as a gear shaft with pressed gears of the shaft main body is in one piece and at least partially hollow, such a body is at least partially made by "rotary swaging", “round hammers” or a similar method
  • Such corrugations are, as will be seen below, very inexpensive to produce Homepage www.hmp.com the company HMP Maschinenfabrik GmbH, Goeppinger Strasse 1-3, D-75179 Pforzheim from 25.07.05.
  • this part of the invention is described below mainly with reference to gear shafts, it should be emphasized that the invention is also generally directed to other shafts, namely shafts.
  • the hollow shaft so e.g. the base body may be formed by "round hammering", “swaging” or the like such that at least one of the ends is closed or both.
  • the production of an at least partially hollow and one-piece shaft, such as a base body for a gear shaft, can be carried out according to an advantageous method by first producing a preform.
  • the preform is expediently produced by massive forming of a solid material, expediently a separated section of a bar material, and in massive forming, such as an extrusion molding process, producing a first partial area which at least approximately receives the final shape of a first partial area of the finished corrugated main body, with a "netshape" or "Near netshape” quality.
  • the preform is still in the axial connection to the first portion of a supply of material, ie a f
  • Material accumulation molded From this material accumulation is then in at least one further step, namely by "round hammers", “swaging” or the like, the further portion of the at least approximately finished Weilenground body manufactured, expediently also with a "netshape” or “near netshape” quality.
  • the preform produced by massive forming is formed at least partially hollow, so both the range of material stock, as well as the at least approximately the final shape of the first portion of the shaft base body corresponding portion until at least approximately to its shaft end.
  • the shaft end region it is also possible for the shaft end region to be hollow, that is to say the entire preform.
  • the shaft is made from a preform that is hollow throughout, then, if necessary, the end portion of the first portion can be closed by "round hammers" and thus sealed.
  • shaft body according to the present invention are provided with gears, according to at least one of the DE Patent Applications 198 31 333, 199 38 791 or 101 01 539 described methods are applied.
  • Figure 1 is a main or output shaft 1 in section according to the prior
  • Figure 4 shows a wave body, the first portion by
  • the main shaft or output shaft 1 according to FIG. 1 is manufactured in one piece as a forged part and has the machined functional bodies or areas: the toothings 2 for the synchronizers, the gears 3, 4, the bearing surfaces 5 for the rolling elements, e.g. a needle bearing for
  • the main or output shaft 1a according to the invention according to Figure 2 consists of a shaft body 10 and two gears 3a and 4a mounted thereon, A4
  • the shaft body 10 is at least partially hollow or sleeve-shaped and consists of three components 17,18,19, which are joined together via connecting points 20,21.
  • the connections may be formed by welding, for example by laser welding or friction welding or the like.
  • shaft body 10 and the gears 3a and 4a are easier and also the handling.
  • appropriate material and the appropriate processing methods can be used for individual functions.
  • the shaft is also considerably lighter than the corresponding according to the prior art Figure 1; Material is saved and the costs are considerably lower overall.
  • the two end pieces 17, 19 can be produced by massive forming, such as cold and / or hot extrusion, and both end regions can also be hollow or tubular.
  • massive forming such as cold and / or hot extrusion
  • both end regions can also be hollow or tubular.
  • advantageous manufacturing options can be in certain cases hydroforming, "rotary swaging", hydroforming or “hollow cross wedge rolling” may be used, and the center piece 18 may be made in the same way edited the assembly of the shaft or finished, whereupon the pressing of the gears takes place.
  • the invention also allows - prior to pressing - the introduction of axial openings 22 in the gear 3a, which results in material savings and weight reduction.
  • FIG. 3 shows a preform 30 which is produced by massive forming, in particular by extrusion from a solid material, e.g. from a section separated from a bar stock.
  • the preform 30 has a first portion I 1 which is at least approximately brought to the final shape of the corresponding portion of the finished component. Subsequent to the partial area I, the preform has - in one piece therewith - a section 31 as material supply for the second partial area to be produced by swaging or round hammers of the second partial area II (FIG. 4) to be brought to at least approximately finished dimensions.
  • the preform 30 still has a likewise introduced by massive forming recess 32 which extends at least approximately to the end portion 33.
  • the partial section II is formed by round hammering or rotary swaging from the supply 31, using thorns, wherein a first mandrel is used in the section 34, and another mandrel for producing the section 35.
  • the dashed lines shown Area 35 a are formed tubular using the same dome.
  • the region 36 can be made smaller in diameter, e.g. in the dash-dotted line shape, and finally formed by further hammering or kneading to a solid approach or pin 36, which may be formed at least liquid-tight, preferably even gas-tight. This prevents the transmission oil from entering the gearbox shaft, which can cause imbalance.
  • the at least approximately brought to its final shape (“netshape” or “near netshape”) shaft body 30 a can then be brought by machining to its final, dashed end shape shown 30 b, namely the bearing seat 6 a, the teeth for synchronization 2 a , The bearing surface 5 a, the seating areas 11 and 12 for the gears, the teeth 2 a for synchronization, the bearing surface 5 a, the bearing seat 6 a, the further teeth 2 a for synchronization, the bearing seat 6 a and a third toothing 2 a for the synchronization and the threaded area
  • gears 3a and 4a can also be done elsewhere or that the axial area between the gears 3a, 4a are utilized for example for the storage or housing or application of other functional body can, for example, for the relative storage of idler gears, synchronizer bodies or the like, which is given a much larger variety of designs.

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf Getriebe, insbesondere für Kraftfahrzeuge mit mindestens zwei Drehmoment übertragenden Wellen, sowie Wellen und auf Herstellung derselben. Gemäß der Erfindung besteht das wenigstens eine der Wellen aus einem Wellengrundkörper (10) und mindestens einem für sich zumindest im wesentlichen fertig bearbeiteten Zahnrad (3a, 4a), das durch axiales Aufpressen mittels seines hohlen Nabenkörpers (13, 14), auf einem Sitz (11, 12) am Wellengrundkörper über eine reibschlüssige Verbindung das dort anstehende Antriebsdrehmoment, also das Eingangsmoment übertragend, auf der Welle festgelegt ist.

Description

A
Getriebe, insbesondere für Kfz sowie Welle bzw. Wellen hierfür und Verfahren zur Herstellung solcher Wellen
Die Erfindung bezieht sich auf ein Getriebe, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit mindestens zwei Drehmoment übertragenden Wellen, wie Haupt- oder Abtriebswelle, Vorgelegewelle oder dergleichen, mit mindestens je einem fest und zur unmittelbaren Drehmomentübertragung vom Zahnrad auf die Welle und umgekehrt darauf vorgesehenen Zahnrad, sowie auf Verfahren zur Herstellung solcher Wellen.
Ein bekanntes Verfahren zur Herstellung solcher Wellen besteht darin, dass diese einteilig mitsamt den erwähnten Zahnrädern zunächst als Schmiederohling hergestellt werden. Danach erfolgt eine aufwändige Bearbeitung der verschiedenen Funktionsabschnitte, wie der Verzahnungsbereiche für die Synchronisationseinrichtungen, der Lagersitze, der Lagerlaufbahnen und der Gewinde. So müssen z.B. für jeden der einzelnen Bearbeitungsschritte das gesamte relativ große und sperrige Teil transportiert und an den diversen Bearbeitungsstellen bzw. Maschinen damit hantiert werden und es muss für alle Abschnitte ein einheitlicher, relativ hochwertiger und damit teurer Werkstoff verwendet werden, der aber außerdem eine Kompromisslösung darstellt, da nicht für die einzelnen Funktionsstellen bzw. -abschnitte die optimalen Werkstoffe eingesetzt werden können. Diese bisherigen Wellen sind nicht nur, wie bereits erwähnt, in der Herstellung sehr aufwändig, sondern darüber hinaus relativ teuer, haben ein hohes Gewicht und sind umständlich in der Handhabung. Außerdem begrenzen derartige Wellen den Konstruktionsspielraum eines Getriebes erheblich, insbesondere wenn zwei solcher Zahnräder auf der Welle vorgesehen sind, da dazwischen keine relativ dazu verdrehbaren Funktionskörper, wie Losräder, Synchronisationseinrichtungen, Lager oder dergleichen vorgesehen werden können.
Der vorliegenden Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, die Nachteile der bisher bekannt gewordenen Getriebe und deren Wellen zu vermeiden und sowohl bei Getrieben als auch bei Wellen allgemein und auch bei Wellen für Getriebe die Herstellung zu vereinfachen, d.h. auch preiswerter und besser handhabbar zu gestalten. Außerdem soll ermöglicht werden, für einzelne Funktionsabschnitte die optimalen Werkstoffe einzusetzen, an der Welle Gewicht und damit Kosten einzusparen, sowie die Konstruktionsmöglichkeiten von Getrieben zu erweitern. Weiterhin soll es mit einer weit gesteigerten Flexibilität im Aufbau der Welle möglich sein, z.B. mit der Kombination verschiedener Zahnräder auf dem gleichen Wellengrundkörper, das Getriebe an die jeweilige Motorcharakteristik bzw. Leistungsklasse anzupassen.
Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erzielt, dass wenigstens eine der Wellen aus einem Wellengrundkörper und mindestens einem für sich zumindest im wesentlichen fertig bearbeiteten Zahnrad besteht, das durch axiales Aufpressen mittels seines hohlen Nabenkörpers, auf einem Sitz am Wellengrundkörper über eine reibschlüssige Verbindung das dort anstehende Antriebsdrehmoment, also das Eingangsmoment übertragend, auf der Welle festgelegt ist. Herstellungsmäßig einfach und wirtschaftlich vorteilhaft herstellbar ist eine solche Welle u.a. deshalb, weil sowohl der Wellensitz als auch die Nabensitze kreisförmig ausgebildet werden können, also im Gegensatz zu polygonförmigen Sitzen oder durch Aufweiten einer hohlen Welle sehr günstig produzierbar sind.
Zur Bildung einer solchen Drehmoment übertragenden Verbindung, die durch axiales Aufpressen eines Zahnrades mit relativ schmaler Nabe, deren axiale Breite die der Verzahnung zumindest nicht wesentlich überschreitet und die die Übertragung der in einem Getriebe auftretenden hohen Drehmomentwerte vom Zahnrad auf die Welle und umgekehrt sichert, können sich Verfahren oder die Anwendung von Werkzeugen und Vorrichtungen zur Durchführung solcher Verfahren besonders eignen, wie sie in mindestens einer der DE-Patentanmeldungen 198 31 333, 199 38 791 bzw. 101 01 539 beschrieben sind und deren Inhalte in die vorliegende Anmeldung mitaufgenommen seien.
Durch eine derartige Ausgestaltung eines Getriebes bzw. von Wellen hierfür werden nicht nur die eingangs erwähnten Vorteile erzielt, sondern es lassen sich auch wegen der kurzen axialen Nabenlängen erhebliche axiale Bauräume einsparen.
Die Herstellung einer solchen Welle lässt sich darüber hinaus bedeutend vereinfachen, erleichtern und verbilligen sowie verbessern, indem der Wellengrundkörper in seiner Länge aus zumindest zwei Bauteilen zusammengefügt ist, z.B. zusammengeschweißt, da dann für die verschiedenen Funktionsabschnitte die optimalen Werkstoffe eingesetzt werden können. Eine weitere Verbesserung und Verbilligung, die auch durch geringeren Materialeinsatz gekennzeichnet ist, ergibt sich, wenn gemäß einem weiteren erfindungsgemäßen Merkmal der Wellengrundkörper zumindest teilweise rohrförmig, also hohl ausgebildet ist, wobei es vorteilhaft sein kann, wenn die Sitze zum Aufpressen der Zahnräder sich auf den rohrförmigen Abschnitten befinden. Es erfolgt also die Übertragung des von der Antriebsmaschine kommenden Momentes bzw. des Eingangsmomentes vom Zahnrad über dessen Nabe auf die hohlen Bereiche des Wellengrundkörpers bzw. umgekehrt.
Ein solcher, zumindest teilweise rohrförmig ausgebildeter Wellengrundkörper kann sich dadurch auszeichnen, dass der Wellengrundkörper zwischen seinen beiden Endbereichen, die die geringeren Durchmesserbereiche aufweisen, hohl- bzw. rohrförmig ausgebildet ist. Dieser rohrförmige Bereich kann aus Standard- Rohrmaterial bestehen, das durch Umformen und/ oder spanend bearbeitet wurde. Ein solcher Wellengrundkörper kann dadurch gebildet werden, dass die Endbereiche des Wellengrundkörpers massiv oder teilmassiv ausgebildet sind und diese Endstücke an den dazwischen befindlichen rohrförmigen Wellengrundkörper angefügt sind. Dabei kann wenigstens eines der Endstücke bzw. -bereiche des Wellengrundkörpers ebenfalls zumindest teilweise rohrförmig ausgebildet sein.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform kann sich ergeben, wenn der Wellengrundkörper aus zwei, jeweils einen Endbereich und einen rohrförmigen Bereich aufweisenden Bauteil zusammengefügt ist, deren rohrförmige Bereiche aufeinander zu gerichtet sind und durch Zusammenfügen über deren rohrförmige Bereiche aneinander befestigt sind. Das Zusammenfügen der Bauteile des Wellengrundkörpers kann in vorteilhafter Weise durch Schweißen erfolgen, z.B. durch Laserstrahlschweißen oder aber, was für bestimmte Anwendungsfälle besonders vorteilhaft ist, durch Reibschweißen.
Es ist weiterhin vorteilhaft, wenn zumindest der rohrförmige Bereich durch Umformen, wie Kalt- und/ oder Warmumformen, z.B. Kalt- und/ oder Warmfließpressen, hergestellt ist; es kann auch wenigstens eines der Endstücke zumindest teilweise rohrförmig ausgebildet und durch Massivumformen hergestellt sein. Auch das bereits erwähnte rohrförmige Mittelstück kann durch Massivumformen hergestellt sein, wie Kalt- und/ oder Warmumformen.
Vorteilhaft ist es weiterhin, wenn die Funktionsbereiche des Wellengrundkörpers, wie Lagersitz, Verzahnung, Lagerlauffläche, Sitzbereiche für das Zahnrad, nach dem Zusammenfügen der einzelnen Teilbereiche fertig bearbeitet wird und danach das Aufpressen wenigstens eines der Zahnräder erfolgt.
Gemäß einem weiteren Erfindungsmerkmal können zusätzlich zu den bereits genannten Vorteilen auch die Konstruktions- und Gestaltungsmöglichkeiten von Getriebewellen noch erweitert und optimiert werden, indem bei Getrieben, bei denen auf einer Welle zwei oder mehrere Zahnräder drehfest vorgesehen sind, im Axialbereich zwischen den zwei benachbarten Zahnrädern wenigstens ein weiterer Funktionskörper, wie
- Lager, insbesondere einteilige Lager
- Losrad έ
- Synchronisiereinrichtung vorgesehen ist, und zwar vor der Montage zumindest des zweiten Zahnrades; hier können also auf kleinem axialen Bauraum andere Elemente zwischen den beiden Zahnrädern vorgesehen werden.
In besonders einfacher Weise können bei erfindungsgemäßen Wellen nun auch Durchbrüche in den Zahnrädern vorgesehen werden, da diese - Gewicht und Material sparende Maßnahmen - am einzelnen Zahnrad selbst eingebracht werden können, z.B. gleich bei der Herstellung des Zahnrades. Hierfür kann sich das Massivumformen besonders eignen.
Weiterhin wird durch die Erfindung eine besonders vorteilhafte Möglichkeit geschaffen, bei einheitlichen Wellengrundkörpern verschiedene Zahnräder, also mit jeweils anderen Zähnezahlen aufzupressen, und somit Getriebe mit unterschiedlichen Charakteristiken mit einheitlichen Grundkörpern zu bilden, was eine preiswertere Herstellung zumindest der Grundkörper auf Grund höherer Stückzahlen ermöglicht, und eine bessere Lagerhaltung, also auch weniger logistischen Aufwand.
Ein weiterer, besonders vorteilhafter erfinderischer Schritt besteht darin, dass bei einer Welle, z.B. einer Getriebewelle mit aufgepressten Zahnrädern der Wellengrundkörper einteilig und zumindest teilweise hohl ist, wobei ein solcher Grundkörper zumindest teilweise durch „Rundkneten", „Rundhämmern" oder einem ähnlichen Verfahren hergestellt ist, also nach einem „Druckumformverfahren". Solche Wellen sind, wie dies auch im Folgenden ersichtlich ist, sehr preiswert herzustellen. Zum „Rundkneten", wie es als Stand der Technik bekannt ist, sei verwiesen auf die Homepage www.hmp.com der Firma HMP Maschinenfabrik GmbH, Göppinger Straße 1-3, D-75179 Pforzheim vom 25.07.05. Obwohl im Folgenden dieser Teil der Erfindung vorwiegend anhand von Getriebewellen beschrieben ist, sei hervorgehoben, dass die Erfindung auch auf andere Wellen, nämlich auf Wellen allgemein gerichtet ist.
Besonders vorteilhaft ist es, eine solche hohle Welle nicht aus einem Rohr herzustellen, sondern aus einem Vollmaterial, wie dies nachstehend noch beschrieben wird. Ein Vollmaterial erlaubt die Herstellung von erheblich preiswerteren Hohlwellen.
Dabei kann die Hohlwelle, also z.B. der Grundkörper durch das „Rundhämmern", „Rundkneten" oder dergleichen derart ausgebildet sein, dass zumindest eines der Enden geschlossen ist oder beide.
Die Herstellung einer zumindest teilweise hohlen und einteiligen Welle, wie eines Grundkörpers für eine Getriebewelle, kann gemäß eines vorteilhaften Verfahrens dadurch erfolgen, dass zunächst ein Vorformling hergestellt wird. Der Vorformling wird zweckmäßigerweise durch Massivumformen aus einem Vollmaterial, zweckmäßigerweise einem abgetrennten Abschnitt eines Stangenmaterials hergestellt und beim Massivumformen, wie einem Fließpressverfahren ein erster Teilbereich erzeugt, der zumindest annähernd die Endform eines ersten Teilbereiches des fertigen Wellengrundkörpers erhält, und zwar mit einer „netshape" oder „near netshape" Qualität. Bei dem Massivumformvorgang wird dem Vorformling weiterhin im axialen Anschluss an den ersten Teilbereich ein Materialvorrat, also eine f
Materialanhäufung angeformt. Aus dieser Materialanhäufung wird dann in zumindest einem weiteren Arbeitsschritt, nämlich durch „Rundhämmern", „Rundkneten" oder dergleichen, der weitere Teilbereich des zumindest annähernd fertigen Weilengrund körpers gefertigt, zweckmäßigerweise ebenfalls mit einer „netshape" oder „near netshape" Qualität.
Der durch Massivumformen hergestellte Vorformling wird zumindest teilweise hohl ausgebildet, also sowohl der Bereich des Materialvorrates, als auch der zumindest annähernd der Endform des ersten Teilbereiches des Wellengrund körpers entsprechende Teilbereich bis zumindest annähernd zu seinem Wellenendbereich hin. Es kann aber auch der Wellenendbereich hohl ausgebildet sein, mithin der gesamte Vorformling.
Wie bereits erwähnt, wird sodann durch „Rundhämmern" bzw. „Rundkneten" oder dergleichen aus der hohlen Materialanhäufung der weitere, hohle Teilbereich - u.a. unter Verwendung von Dornen oder dergleichen zur Erzeugung der hohlen Innenkontur- hergestellt. Dabei wird der entsprechende Endbereich nach Herausziehen des (letzten) Domes gebildet. Dieser Endbereich kann nun hohl verbleiben, oder durch „Rundhämmern", „Rundkneten" oder dergleichen sodann verschlossen werden, und zwar vorteilerhafterweise zumindest flüssigkeitsdicht, zweckmäßigerweise jedoch gasdicht, sodass, was für manche Anwendungsfälle erwünscht ist, beim Betrieb der Getriebewelle kein Öl in die Welle selbst eintreten kann. 3
Wird die Welle aus einem Vorformling hergestellt, der durchgehend hohl ist, so kann, falls erforderlich, auch der Endbereich des ersten Teilbereiches durch „Rundhämmern" verschlossen und somit abgedichtet werden.
Besonders vorteilhaft und wirtschaftlich günstig für die Herstellung insbesondere einer Getriebewelle ist es, wenn bei einem ersten Teilbereich durch Massivumformen und bei einem weiteren Teilbereich durch „Rundhämmern" oder „Rund kneten" oder dergleichen wenigstens einzelne der nachfolgend angeführten Funktionsflächen bzw. -abschnitte zumindest annähernd auf Fertigmaß gebracht sind
- Lagersitz für die Lagerung und Zentrierung der Getriebewelle
- Bereiche zur Bildung der Synchronisationsverzahnungen
- Lagerlauffläche für die Wälzkörper zur Lagerung der Losräder
- Nabensitzbereich für ein axial aufpressbares Zahnrad
Es ist besonders vorteilhaft und zweckmäßig, sowohl hinsichtlich des Materialeinsatzes als auch hinsichtlich einer rationellen und preiswerten Herstellung, wenn Wellengrundkörper gemäß der vorliegenden Erfindung mit Zahnrädern versehen werden, die nach mindestens einem der in den DE-Patentanmeldungen 198 31 333, 199 38 791 bzw. 101 01 539 beschriebenen Verfahren aufgebracht werden.
Anhand der Figuren 1 bis 4sei die Erfindung am Beispiel einer Haupt- oder Abtriebswelle für ein KFZ-Getriebe näher erläutert.
Dabei zeigt 40
Figur 1 eine Haupt- oder Abtriebswelle 1 im Schnitt gemäß dem Stand der
Technik,
Figur 2 die Haupt- oder Abtriebswelle 1 a gemäß der Erfindung.
Figur 3 einen Vorformling für einen Wellengrundkörper
Figur 4 einen Wellengrundkörper, dessen erster Teilbereich durch
Massivumformen und dessen weiterer Teilbereich durch „Rundkneten" bzw. „Rundhämmern" zumindest annähernd auf seine Endform (netshape oder near netshape) gebracht ist.
Die Haupt- bzw. Abtriebswelle 1 gemäß Figur 1 ist einteilig als Schmiedeteil hergestellt und hat die bearbeiteten Funktionskörper bzw. -bereiche: die Verzahnungen 2 für die Synchronisiereinrichtungen, die Zahnräder 3,4, die Lagerlaufflächen 5 für die Wälzkörper, z.B. eines Nadellagers zur
Lagerung der Losräder, die Lagersitze 6 zur Lagerung der Getriebewelle, das Gewinde 7 zur Befestigung eines Lagerabtriebsflansches.
Die Haupt- oder Abtriebswelle 1a gemäß der Erfindung entsprechend Figur 2 besteht aus einem Wellengrundkörper 10 und zwei darauf befestigten Zahnrädern 3a und 4a, A4
die jeweils für sich bzw. getrennt hergestellt sind und die durch axiales Aufpressen gegen einen axialen Anschlag 10a, 10b,z.B. mittels Verfahren oder unter Anwendung von Werkzeugen und Vorrichtungen, wie sie in mindestens einer der DE- Patentanmeldungen gemäß den DE-OS'en 198 31 333, 199 38 791 oder 101 01 539 beschrieben sind, auf der Welle 10 befestigt sind. Zwischen den Wellensitzbereichen 11 ,12 sowie den Nabensitzbereichen 13,14 der Zahnräder 3a und 4a sind somit drehmomentfeste, das Eingangs- bzw. Antriebsmoment übertragende Verbindungen geschaffen. Die axiale Länge der Naben 15,16 entspricht zumindest annähernd derjenigen der Verzahnungen 3a' und 4a'. Der Wellengrundkörper 10 ist zumindest teilweise hohl bzw. hülsenförmig ausgebildet und besteht aus drei Bauteilen 17,18,19, die über Verbindungsstellen 20,21 zusammengefügt sind. Die Verbindungen können durch Schweißung gebildet sein, z.B. durch Laserschweißen oder Reibschweißen oder dergleichen.
Es ist ersichtlich, dass die getrennte Herstellung von Wellengrundkörper 10 und den Zahnrädern 3a und 4a einfacher ist und ebenso die Handhabung. Darüber hinaus kann für einzelne Funktionen der geeignete Werkstoff und die geeigneten Bearbeitungsverfahren eingesetzt werden. Die Welle ist auch erheblich leichter als die gemäß dem Stand der Technik entsprechende Figur 1 ; es wird Material gespart und die Kosten sind insgesamt erheblich geringer.
Die beiden Endstücke 17,19 können durch Massiv-Umformen, wie Kalt- und/ oder Warmfließpressen, hergestellt und es können auch beide Endbereiche hohl bzw. rohrförmig ausgebildet sein. Als vorteilhafte Herstellungsmöglichkeiten können sich in bestimmten Fällen das „Hydroforming" das „Rundkneten", das Innenhochdruckumformen oder das „hohle Querkeilwalzen" eignen. In gleicherweise kann auch das Mittelstück 18 hergestellt werden. Zweckmäßigerweise werden die Funktionsbereiche 2a,5a,6a,7a sowie die Sitze 11 ,12 nach dem Zusammenfügen der Welle bearbeitet bzw. fertig bearbeitet, woraufhin das Aufpressen der Zahnräder erfolgt.
Die Erfindung ermöglicht auch - vor dem Aufpressen - die Einbringung von axialen Durchbrüchen 22 im Zahnrad 3a, was eine Materialeinsparung und Gewichtsreduzierung ergibt.
Anhand der Figuren 3 und 4 sei die Herstellung eines einteiligen hohlen Wellengrundkörpers in seine zumindest annähernd endgültige Form durch vorangehendes Massivumformen und anschließendes Rundhämmern bzw. Rundkneten näher erläutert.
Dabei zeigt Figur 3 einen Vorformling 30, der durch Massivumformen insbesondere durch Fließpressen aus einem Vollmaterial hergestellt ist, z.B. aus einem von einem Stangenmaterial abgetrennten Abschnitt.
Der Vorformling 30 besitzt einen ersten Teilbereich I1 der zumindest annähernd auf die Endform des entsprechenden Bereiches des fertigen Bauteiles gebracht ist. Im Anschluss an den Teilbereich I besitzt der Vorformling - einteilig damit - einen Abschnitt 31 als Materialvorrat für den durch Rundkneten bzw. Rundhämmern herzustellenden zweiten Teilbereich des zumindest annähernd auf Fertigmaß zu bringenden zweiten Teilbereiches Il (Figur 4). Der Vorformling 30 besitzt weiterhin eine ebenfalls durch Massivumformen eingebrachte Ausnehmung 32, die zumindest annähernd bis zum Endbereich 33 reicht.
Wie bereits erwähnt, wird der Teilabschnitt Il durch Rundhämmern bzw. Rundkneten aus dem Vorrat 31 geformt, unter Einsatz von Dornen, wobei ein erster Dorn im Abschnitt 34 zum Einsatz kommt, und ein weiterer Dorn zur Herstellung des Abschnittes 35. Dabei kann der strichliert dargestellte Bereich 35 a mit Hilfe des gleichen Domes rohrförmig ausgebildet werden. Durch Einsatz weiterer Dorne kann der Bereich 36 auf kleineren Durchmesser gebracht, z.B. in die strichpunktiert gezeichnete Form, und schließlich durch weiteres Hämmern bzw. Kneten zu einem massiven Ansatz bzw. Zapfen 36 geformt werden, der zumindest flüssigkeitsdicht ausgebildet sein kann, vorzugsweise sogar gasdicht. Dadurch wird das Eindringen von Getriebeöl in die Getriebewelle, was Unwuchten hervorrufen kann, verhindert.
Der zumindest annähernd auf seine Endform („netshape" oder „near netshape") gebrachte Wellengrundkörper 30 a kann sodann durch spanende Bearbeitung auf seine endgültige, gestrichelt dargestellte Endform 30 b gebracht werden, nämlich der Lagersitz 6 a, die Verzahnungen für die Synchronisation 2 a, die Lagerlauffläche 5 a, die Sitzbereiche 11 und 12 für die Zahnräder, die Verzahnung 2 a für die Synchronisation, die Lagerlauffläche 5 a, der Lagersitz 6 a, die weitere Verzahnung 2 a für die Synchronisation, der Lagersitz 6 a und eine dritte Verzahnung 2 a für die Synchronisation und der Gewindebereich
7 a. Es kann aber auch vorteilhaft sein, die Herstellung der Verzahnungen 2 a durch so genanntes Axialformen vorzunehmen. Es ist weiterhin ersichtlich, dass bei Wellen gemäß der vorliegenden Erfindung die Platzierung der Zahnräder 3a und 4a auch an anderer Stelle erfolgen kann bzw. dass der axiale Bereich zwischen den Zahnrädern 3a,4a z.B. für die Lagerung oder Unterbringung oder auch Aufbringung anderer Funktionskörper ausgenutzt werden kann, z.B. für die relative Lagerung von Losrädern, Synchronkörpern oder dergleichen, wodurch eine erheblich größere Konstruktionsvielfalt gegeben ist.

Claims

Patentansprüche
1. Getriebe, insbesondere für Kraftfahrzeuge mit mindestens zwei Drehmoment übertragenden Wellen, wie Haupt- oder Abtriebswelle, Vorgelegewelle oder dergleichen mit mindestens je einem zur unmittelbaren Drehmomentübertragung fest darauf vorgesehenen Zahnrad, dadurch gekennzeichnet, dass bei wenigstens einer der Wellen diese aus einem Wellengrundkö rper und mindestens einem für sich zumindest im wesentlichen fertig bearbeiteten Zahnrad besteht, das durch axiales Aufpressen über seinen hohlen Nabenkörper auf einen Sitz am Wellengrundkörper mittels einer reibschlüssigen Verbindung zur Übertragung des dort anstehenden Antriebsdrehmomentes auf der Welle festgelegt ist.
2. Welle für ein Getriebe, insbesondere nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Wellengrundkörper in seiner Länge aus zumindest zwei Bauteilen zusammengefügt ist.
3. Welle, insbesondere nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Wellengrundkörper zumindest teilweise rohrförmig ausgebildet ist. 46
4. Welle, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Wellengrundkörper zwischen seinen beiden Endbereichen rohrförmig ausgebildet ist.
5. Welle, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines der Zahnräder auf dem rohrförmigen Bereich des Wellengrundkörpers aufgepresst ist.
6. Welle, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer der Endbereiche des Wellengrundkörpers an den zwischen den Endbereichen vorgesehenen rohrförmigen Bereich angefügt ist.
7. Welle, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Wellengrundkörper aus zwei, jeweils einen Endbereich und einen rohrförmigen Bereich aufweisenden Bauteilen besteht, deren rohrförmige Bereiche aufeinander zu gerichtet und durch Zusammenfügen über die rohrförmigen Bereiche aneinander befestigt sind.
8. Welle, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Zusammenfügen der Bereiche des Wellengrundkörpers durch Schweißen erfolgt.
9. Welle, insbesondere nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Zusammenfügen durch Laserstrahlschweißen erfolgt.
10.WeIIe, insbesondere nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Zusammenfügen der Bauteile des Wellengrundkörpers durch Reibschweißen erfolgt.
11.WeIIe, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest der rohrförmige Bereich durch Umformen, wie Kalt- und/ oder Warmumformen, hergestellt ist.
12.WeIIe, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines der Endstücke zumindest teilweise rohrförmig durch Massivumformen hergestellt ist.
13. Welle nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein zwischen zwei Endstücken vorgesehenes rohrförmiges Mittelstück durch Massivumformen hergestellt ist.
14.WeIIe, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktionsbereiche, wie Lagersitz, Verzahnung, Lagerlauffläche, Sitz für das Zahnrad des Wellengrundkörpers nach dem Zusammenfügen desselben fertig bearbeitet werden und danach das Aufpressen wenigstens eines Zahnrades erfolgt. o
15.WeIIe, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der zwei oder mehrere Zahnräder drehfest vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass im axialen Bereich zwischen zwei benachbarten Zahnrädern wenigstens ein weiterer ungeteilter Funktionskörper, wie
- Lager
- Losrad
- Synchronisiereinrichtung vorgesehen ist.
16.WeIIe, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Länge des Zahnrades zumindest annähernd der Axiallänge der Verzahnung entspricht.
17.WeIIe, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines der Zahnräder axiale Durchbrüche (22) aufweist.
18.WeIIe, insbesondere nach Anspruch 1 oder einem der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wellengrundkörper (10) einteilig und hohl ist.
19.WeIIe, insbesondere nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass deren Grundkörper nach dem Verfahren des „Rundhämmerns" , des „Rundknetens" oder einem ähnlichen Verfahren hergestellt ist.
20.WeIIe, insbesondere nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass deren Grundkörper teilweise rohrförmig ausgebildet ist, zumindest eines ihrer Enden jedoch geschlossen ist.
21.WeIIe, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 - 20, dadurch gekennzeichnet, dass deren Grundkörper teilweise rohrförmig ausgebildet ist und zumindest eines der beiden Enden zumindest flüssigkeitsdicht geschlossen ist.
22. Verfahren zur Herstellung einer Welle, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 - 21 , dadurch gekennzeichnet, dass der Wellengrundkörper aus einem Vorformling hergestellt wird, der Vorformling durch Massivumformen aus einem Vollmaterial hergestellt wird und dabei ein erster Teilbereich, der zumindest annähernd die Endform eines ersten Teilbereiches des Wellengrundkörpers aufweist, hergestellt und weiterhin beim Massivumformen im axialen Anschluss an den ersten Teilbereich ein Materialvorrat angeformt wird mit kürzerer axialer Erstreckung und gleichem oder größerem Durchmesser als der weitere Teilbereich des fertigen Wellengrundkörpers, aus welchem Materialvorrat sodann der weitere Teilbereich des fertigen Wellengrundkörpers durch „Rundhämmern", „Rundkneten" oder dergleichen gefertigt wird.
23. Verfahren insbesondere nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorformling zumindest teilweise hohl ausgebildet ist.
24. Verfahren insbesondere nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorformling durchgehend hohl ausgebildet ist.
25. Verfahren insbesondere nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorformling im Endbereich des ersten Teilbereiches einen geschlossenen Abschnitt aufweist.
26. Verfahren insbesondere nach einem der Ansprüche 23 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer der Endbereiche des hohlen Wellengrundkörpers durch Rundhämmern oder dergleichen verschlossen ist.
27. Verfahren insbesondere nach einem der Ansprüche 22 - 26, dadurch gekennzeichnet, dass der durch Rundhämmern oder dergleichen herstellte hohle weitere Bereich des Wellengrundkörpers an seinem Endbereich durch Rundhämmern zumindest flüssigkeitsdicht abgeschlossen ist.
28. Verfahren, insbesondere nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einzelne der nachfolgend angeführten Funktionsflächen bzw. -abschnitte
- Lagersitz für die Lagerung der Getriebewelle
- Bereiche zur Bildung der Synchronisationsverzahnungen
- Lagerlauffläche für die Wälzkörper zur Lagerung der Losräder
- Nabensitzbereich für ein axial aufpressbares Zahnrad durch Rundhämmern oder dergleichen zumindest annähernd auf Fertigmaß gebracht sind.
29.WeIIe, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass das axiale Aufpressen bzw. Zusammenfügen mittels Verfahren oder unter Anwendung von Werkzeugen und Vorrichtungen erfolgt, wie sie in mindestens einer der DE-Patentanmeldungen 198 31 333, 199 38 791 bzw. 101 01 539 beschrieben sind.
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