Herstellung und Schaltgetriebe mit solchem Hohlrad

Die Erfindung betrifft ein Hohlrad für ein Planetengetriebe, das eine Innenverzahnung und eine Kronenverzahnung aufweist. Die Erfindung betrifft ferner ein Herstellungsverfahren für ein solches Hohlrad und ein Schaltgetriebe mit wenigstens einem solchen Hohlrad.

Die DE 199 61 988 A1 beschreibt eine Anordnung zur Drehmomentübertragung zwischen einem Hohlrad und einem Mitnahmeteil, wobei im Hohlrad an der dem Mitnahmeteil zugewandten Seite eine Kronenverzahnung angeordnet ist, in die Zähne des Mitnahmeteiles in axialer Richtung eingesteckt werden (siehe Fig. 2). Ferner ist eine weitere Anordnung zur Drehmomentübertragung beschrieben, bei der im Mitnahmeteil eine Kronenverzahnung angeordnet ist, in die eine Kronenverzahnung eingreift, die sich an einem radial über das Hohlrad vorstehenden Flansch befindet (siehe Fig. 3).

Zum Stand der Technik wird ferner auf die DE 102 30 861 A1 hingewiesen, insbesondere auf die in den Fig. 1 , 6, 7 und 8 und 10 gezeigten Ausführungsmöglichkeiten einer Steckverbindung zwischen einem Hohlrad und einem Hohlradträger. Diesen Ausführungsmöglichkeiten ist gemein, dass das Hohlrad an seiner Außenumfangsfläche einen umlaufenden, radial vorstehenden Flansch aufweist, der an einer Stirnseite des Hohlrads axial übersteht, wobei der axiale Überstand mit einer Kronenverzahnung ausgebildet ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Hohlrad betreffender Art anzugeben, dass wenigstens einen mit dem Stand der Technik einhergehenden Nachteil nicht oder zumindest nur vermindert aufweist.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein erfindungsgemäßes Hohlrad mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 . Mit nebengeordneten Patentansprüchen erstreckt sich die Erfindung auch auf ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Hohlrads und auf ein Schaltgetriebe für ein Kraftfahrzeug oder Nutzfahrzeug, insbesondere ein Automatikgetriebe, das wenigstens ein erfindungsgemäßes und/oder erfindungsgemäß hergestelltes Hohlrad umfasst. Bevorzugte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich analog für alle Erfindungsgegenstände aus den abhängigen Patentansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung und den Figuren.

Das erfindungsgemäße Hohlrad (Planetengetriebehohlrad) hat einen Zahnkranz, der an seiner Innenumfangsfläche mit einer Innenverzahnung ausgebildet ist und an seiner Au ßenumfangsfläche einen radial vorstehenden und einseitig (d. h. an einer Stirnseite des Hohlrads bzw. Zahnkranzes) axial überstehenden Flansch aufweist, wobei durch diesen Flansch ein umlaufender Bund und ein kragenartiger Überstand gebildet sind und der kragenartige Überstand mit einer Kronenverzahnung versehen ist. Die Erfindung sieht vor, dass die Kronenverzahnung durchgängig ausgebildet ist und auch den Bund axial durchragt. D. h., die Kronenverzahnung ist nicht nur im kragenartigen Überstand ausgebildet, sondern erstreckt sich auch in den Bund hinein, derart, dass die Kronenverzahnung durchgängig ausgebildet ist und den Flansch axial durchragt.

Unter einem Zahnkranz wird insbesondere ein ringartiger und vorzugsweise massiv ausgebildeter Körper verstanden, der eine Innenumfangsfläche, eine Au ßenumfangsfläche und zwei Stirnflächen bzw. Stirnseiten, die die Innenumfangsfläche und die Au ßenumfangsfläche in einer im Wesentlichen radialen Erstreckung miteinander verbinden, aufweist. Bei der an der Innenumfangsfläche ausgebildeten Innenverzahnung handelt es sich um eine Laufverzahnung, die für den direkten Eingriff von Planetenrädern vorgesehen ist. Bei der Kronenverzahnung handelt es sich um eine Steckverzahnung, die für die verdrehungsfreie Verbindung mit einem Hohlradträger oder dergleichen vorgesehen ist. Das Hohlrad bzw. dessen Zahnkranz weist eine Symmetrie- oder Drehachse auf, durch die eine axiale Richtung und senkrecht hierzu eine radiale Richtung definierbar sind.

Am erfindungsgemäßen Hohlrad ist die Kronenverzahnung nicht nur in dem die Stirnseite überragenden Flanschabschnitt ausgebildet, sondern erstreckt sich axial bzw. in einer axialen Richtung durch den gesamten Flansch. Daraus ergeben sich mehrere Vorteile. Zum einen kann ohne Veränderung der baulichen Abmessungen eine erhebliche Gewichtsersparnis bzw. Drehmassenreduktion erreicht werden. Zum anderen ergeben sich neue Gestaltungsmöglichkeiten für die Kronenverzahnung, wodurch eine höhere Belastbarkeit, eine einfachere Montage und/oder eine vereinfachte Herstellung erreicht werden können.

Bevorzugt sind die Zahnlücken der Kronenverzahnung in axialer Richtung mit konstanter bzw. gleichbleibender Lückenweite ausgebildet. D. h., die Weite der zwischen benachbarten Zahnflanken resp. Nutflanken (s. u.) ausgebildeten

Zahnlücken resp. Nuten (s. u.) und ein damit im Zusammenhang stehender

Öffnungswinkel zwischen diesen Zahnflanken (d. h. den einander zugewandten Zahnflanken benachbarter Zähne) verändert sich über dem axialen Verlauf der Kronenverzahnung nicht.

Bei der den Flansch durchragenden Verzahnung handelt es sich streng genommen um eine Steckverzahnung, wobei nur deren im axialen Überstand des Flanschs ausgebildete Verzahnungsabschnitt eine Kronenverzahnung im konventionellen Sinne darstellt. Bevorzugt sind nur in diesem Verzahnungsabschnitt die Zahnlücken der Steckverzahnung bzw. Kronenverzahnung radial durchgängig ausgebildet, so dass diese in bekannter Weise von der Gegenverzahnung am Hohlradträger durchgriffen werden können.

Der im Bund des Flanschs ausgebildete Verzahnungsabschnitt der Kronen- bzw. Steckverzahnung weist bevorzugt nutartige Zahnlücken auf, die jeweils mit einem Nutgrund ausgebildet und somit in radialer Richtung nicht durchgängig sind. Bevorzugt weisen die im Bund nutartig ausgebildeten Zahnlücken jeweils zwei in Umfangsrichtung zueinander beabstandete Nutflanken und einen, insbesondere in Umfangsrichtung gekrümmten, Nutgrund auf. Bevorzugt sind die Nutflanken im Wesentlichen gerade bzw. eben ausgebildet und können bezüglich der radialen Richtung einen Neigungswinkel zwischen 0° und 25° aufweisen. Bevorzugt sind alle Zahnlücken bzw. alle Nuten der Kronenverzahnung identisch ausgebildet, wobei auch eine nicht-identische Ausbildung, wodurch z. B. eine Montageposition vorgegeben werden kann, möglich ist. In den nutartigen Zahnlücken können zwischen den Nutflanken und den Nutgründen freistichartige Übergänge ausgebildet sein. Durch diese freistichartigen Übergänge, die bevorzugt über die ganze axiale Länge der Nuten ausgebildet sind, werden durch Kerbwirkung hervorgerufene Spannungsspitzen reduziert. Zudem kann die

Gegenver-zahnung am anzubindenden Hohlradträger scharfkantiger ausgebildet sein, was sich sowohl auf dessen Herstellungsaufwand und -kosten als auch auf den Montageaufwand vorteilig auswirkt. Die freistichartigen Übergänge werden bevorzugt bei der spanenden Herstellung der Kronenverzahnung erzeugt bzw. mit erzeugt und können während der Herstellung als Auslaufzone für das Werkzeug bzw. die Werkzeuge dienen und/oder eine Spanausleitung ermöglichen, so dass insbesondere auch bislang nicht angewendete Fertigungsverfahren für die Erzeugung der Kronenverzahnung zum Einsatz kommen können.

Das erfindungsgemäße Hohlrad ist bevorzugt einstückig, d. h. in einem Stück bzw. aus einem Werkstück, hergestellt. Bevorzugt ist das Hohlrad aus einem Metallmaterial und insbesondere aus einem Stahlmaterial gebildet. Vorzugsweise ist zumindest die Kronen- bzw. Steckverzahnung durch spanende Bearbeitung hergestellt.

Ein bevorzugtes Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Hohlrads gemäß vorausgehender Erläuterungen umfasst zumindest die folgenden Schritte, die insbesondere automatisiert ausgeführt werden:

- Bereitstellen eines ringförmigen Rohlings, der bereits mit einem Flansch ausgebildet ist;

- Erzeugen der Innenverzahnung durch Innenräumen, gegebenenfalls auch

Drallräumen, oder dergleichen; und

- Erzeugen der Kronen- bzw. Steckverzahnung am Flansch durch Tubusräumen.

Ein Herstellungsverfahren mit den o. g. Schritten ist Gegenstand des ersten nebengeordneten Patentanspruchs. Die Innenverzahnung und die Kronenverzahnung können auch in umgekehrter Abfolge erzeugt werden. Der kragenartig überstehende Flanschabschnitt kann vor dem Erzeugen der Steckverzahnung, insbesondere durch umformendes und/oder spanendes Vorbereiten des Rohlings (im Zuge einer Vorfertigung), oder auch erst nach dem Erzeugen der Steckverzahnung, bspw. durch Ausdrehen (wobei die Zahnlücken der bereits erzeugten Steck- bzw. Kronenverzahnung radial durchgängig gemacht werden), gefertigt werden.

Bei dem Rohling handelt es sich bspw. um ein massives Schmiede- oder Drehteil, das in einem vorausgehenden Fertigungsprozess erzeugt wurde. Die Innen- bzw. Laufverzahnung wird verfahrensgemäß in konventioneller Weise hergestellt. Die Kronen- bzw. Steckverzahnung wird verfahrensgemäß durch Tubusräumen (Pot Broaching) hergestellt, was eine Neuerung darstellt, da Kronenverzahnungen an Hohlrädern betreffender Art bislang durch Fräsen oder dergleichen und insbesondere durch sogenanntes Schlagdrehen erzeugt werden. Mit der Erfindung wird somit auch ein alternatives Herstellungsverfahren für Hohlräder betreffender Art bereit gestellt.

Wie bereits oben erwähnt, ermöglicht die erfindungsgemäße Gestaltung einer durchgängigen Kronenverzahnung, insbesondere die nutartige Ausbildung durchgängiger bzw. den Flansch axial durchragender Zahnlücken, eine vereinfachte Erzeugung der Kronenverzahnung und dadurch auch eine vereinfachte Herstellung des Hohlrads, was gemäß dem oben angegebenen Verfahren durch Tubusräumen bewerkstelligt wird.

Beim Tubusräumen wird der Rohling bzw. das Werkstück durch ein rohrartiges Räumwerkzeug gezogen oder gedrückt, wobei mit fortschreitender Relativbewegung sukzessive die Kronenverzahnung durch spanenden Materialabtrag am Werkstück erzeugt wird. Das Werkstück wird währenddessen allseitig vom rohrartigen Räumwerkzeug umschlossen, wobei typischerweise in einem Arbeitsgang bzw. in einem Räumdurchlauf die Kronenverzahnung vollständig erzeugt wird. Für gewöhnlich erfolgt keine Nachbearbeitung. Dieser Vorgang kann auch als Außen-Tubusräumen bezeichnet werden. Das Tubusräumen bzw. Außen-Tubusräumen erfolgt auf einer Tubusräummaschine, insbesondere auf einer vertikalen oder horizontalen Tubusräummaschine. Bevorzugt ist vorgesehen, dass das zum Erzeugen der Kronenverzahnung verwendete Räumwerkzeug sogenannte Räumleisten aufweist. Die Räumleisten sind u. a. für den Spanauswurf vorgesehen. Die Räumleisten sind insbesondere derart ausgebildet, dass damit zugleich die freistichartigen Übergänge zwischen den Nutflanken und den Nutgründen erzeugt werden können.

Die Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die Figuren beispielhaft und in nicht einschränkender Weise näher erläutert. Die in den Figuren gezeigten und/oder nachfolgend erläuterten Merkmale können, auch losgelöst von konkreten Merkmalskombinationen, die Erfindung weiterbilden.

Fig. 1 zeigt in einer Schnittansicht den Zahnkranz eines erfindungsgemäßen

Planetengetriebehohlrads und einen daran befestigten Hohlradträger.

Fig. 2 zeigt den Zahnkranz der Fig. 1 in einer vergrößerten Schnittdarstellung.

Fig. 3 zeigt den Zahnkranz der Fig. 1 in einer anderen Schnittdarstellung, gemäß dem in Fig. 2 angegebenen Schnittverlauf.

Fig. 4 veranschaulicht das Herstellen der Kronenverzahnung am Zahnkranz der Fig. 1 durch Tubusräumen.

Fig. 1 zeigt in analoger Darstellung zur DE 199 61 988 A1 den Zahnkranz 1 10 eines erfindungsgemäßen Hohlrads 100 für ein Planetengetriebe. Die Umfangskanten sind zwecks besserer Veranschaulichung nicht dargestellt. Das Hohlrad 100 weist eine Symmetrie- oder Drehachse L auf, durch die eine axiale Richtung und senkrecht hierzu eine radiale Richtung R definiert sind. Am Zahnkranz 1 10 ist ein Hohlradträger 200 befestigt, der zugleich als Mitnahmeteil zur drehfesten Verbindung mit einer Welle oder einem anderen Zahnrad dient. Ebenso kann es sich um ein Halteteil handeln, welches das Hohlrad 100 festhält. Der Hohlradträger 200 ist ein durch Stanzen und Umformen hergestelltes Blechbauteil. Der Zahnkranz 1 10 ist an seinem Innenumfang mit einer Innenverzahnung 120 ausgebildet, die mit den Planentenrädern des Planetengetriebes kämmt. Insbesondere handelt es sich um eine Evolventen- und/oder Schrägverzahnung. An seiner Außenumfangsfläche weist der Zahnkranz 1 10 einen umlaufend ausgebildeten Flansch 130 auf. Der vorsprungartige Flansch 130 umfasst zwei Flanschabschnitte 131 und 132 (siehe Fig. 2). Der sich nur über einen Teil der Breite des Zahnkranzes 1 10 erstreckende erste Flanschabschnitt 131 führt zu einer radialen Verdickung des Zahnkranzes 1 10 und bildet dadurch einen umlaufenden Bund. Der auf Seite des Hohlradträgers 200 axial über die Stirnseite 1 15 des Zahnkranzes 1 10 hinausragende bzw. überstehende zweite Flanschabschnitt 1 32 bildet einen kragenartigen Überstand, an dem der Hohlradträger 200 befestigt ist.

Der umlaufende Flansch 130 ist über den gesamten Umfang des Zahnkranzes 1 10 mit einer Kronen- bzw. Steckverzahnung 140 ausgebildet. Der Hohlradträger 200 weist eine korrespondierende Gegenverzahnung auf, mit der dieser auf die Kronenverzahnung 140 aufgesteckt oder eingesteckt ist, wodurch eine drehfeste Verbindung besteht. Die axiale Sicherung erfolgt mit Hilfe eines Sicherungsrings 300.

Anders als bei den aus dem Stand der Technik bekannten Hohlrädern gleicher Art ist die am Flansch 130 ausgebildete Kronenverzahnung 140 durchgängig ausgebildet und durchragt bzw. durchstreckt den Flansch 130 in axialer Richtung L. Damit gehen viele Vorteile einher, wie obenstehend erläutert.

Im überstehenden zweiten Flanschabschnitt 132 der Kronenverzahnung 140 sind die Zahnlücken 142 in radialer Richtung R durchgängig ausgebildet. Die Zahnlücken 142 setzen sich im ersten bundartigen Flanschabschnitt 131 als nutartige Zahnlücken mit gleicher Lückenweite w fort, wie aus Fig. 2 und 3 ersichtlich. Dort weisen die sich zwischen benachbarten Zähnen 141 erstreckenden Zahnlücken 142 zwei in

Umfangsrichtung U zueinander beabstandete Zahnflanken bzw. Nutflanken 143 und einen in Umfangsrichtung U gekrümmten Nutgrund 144 auf. Die geraden und zueinander symmetrischen Nutflanken 143 können bezüglich der radialen Richtung R des Zahnkranzes 1 10 einen Neigungswinkel a zwischen 0° und 25° aufweisen.

Zwischen den Nutflanken 143 und den Nutgründen 144 sind sich axial erstreckende freistichartige Übergänge 145 ausgebildet. Die den Flansch 130 durchragenden Zahnlücken bzw. Nuten 142 haben in axialer Richtung L eine gleichbleibende, d. h. sich über ihren axialen Verlauf nicht verändernde Kontur. Die Nutgründe 144 verlaufen in axialer Richtung bzw. parallel zur Symmetrie- oder Drehachse L, wie aus Fig. 2 ersichtlich.

In Fig. 4 wird die Herstellung der Kronenverzahnung 140 veranschaulicht. Fig. 4a zeigt ein vorgefertigtes Hohlrad 100', das einstückig aus einem Stahlmaterial gebildet ist und einen Flansch 130 und eine Innenverzahnung 120 aufweist. Das noch ohne Kronenverzahnung 140 ausgebildete Hohlrad 100' wird auf eine Druckstange 20 aufgespannt und mit Hilfe dieser Druckstange 20 durch ein rohrartiges Räumwerkzeug 10 gedrückt, wie in Fig. 4b gezeigt (das Durchdrücken erfolgt gemäß Darstellung von links nach rechts). Das Räumwerkzeug 10 weist einen Tubus 1 1 mit innenliegenden Werkzeugeinsätzen 12 auf. Durch die Werkzeugeinsätze 12 wird am Flansch 130 des Hohlrads 100' durch spanenden Materialabtrag eine Kronenverzahnung 140 gemäß Fig. 2 und 3 erzeugt. Dabei werden alle Zähne 141 und

Zahnlücken bzw. Nuten 142 der Kronenverzahnung 140 in einem Arbeitsgang bzw. in einem Räumdurchlauf ausgebildet. Dieser Vorgang wird als Tubusräumen bezeichnet (die nicht maßstabsgerechte Darstellung in Fig. 4b soll lediglich das Prinzip des Tubusräumens erläutern).

Bei der mit der vorausgehend erläuterten Verfahrensweise erzeugten Kronenverzahnung 140 handelt es sich demnach um eine sich axial erstreckende tubusgeräumte Steckverzahnung. Der zweite axial überstehende Flanschabschnitt 132 des Flansches 130 kann, insbesondere durch stirnseitiges Ausdrehen, vor oder aber auch erst nach dem Tubusräumen erzeugt werden.

Bezuqszeichen

10 Räumwerkzeug

1 1 Tubus

12 Werkzeugeinsatz

0 Druckstange

100 Hohlrad

1 10 Zahnkranz

1 15 Stirnseite

120 Innenverzahnung (Laufverzahnung)

130 Flansch

131 erster Flanschabschnitt (Bund)

132 zweiter Flanschabschnitt (Überstand)

140 Kronenverzahnung (Steckverzahnung)

141 Zahn

142 Zahnlücke, Nut

143 Zahnflanke, Nutflanke

44 Nutgrund

145 Übergang

200 Hohlradträger

300 Sicherungsring

L axiale Richtung (Symmetrieachse)

R radiale Richtung

U Umfangsrichtung

a Winkel

w Weite