Login| Sign Up| Help| Contact|

Patent Searching and Data


Title:
TOOTHED GEARING AND METHOD FOR THE PRODUCTION THEREOF
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2005/057052
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to toothed gearing of toothed wheels. The aim of the invention is to be able to incorporate said complex forms (e.g. reinforcement ribs) into said toothed wheels which are to be preforged or prepoured with over-dimensioning and the finishing work is carried out by means of an electrochemical erosion process.

Inventors:
Zeise, Dirk (Am Sandkopf 51, Kassel, 34127, DE)
Application Number:
PCT/EP2004/013262
Publication Date:
June 23, 2005
Filing Date:
November 23, 2004
Export Citation:
Click for automatic bibliography generation   Help
Assignee:
DAIMLERCHRYSLER AG (Epplestrasse 225, Stuttgart, 70567, DE)
Zeise, Dirk (Am Sandkopf 51, Kassel, 34127, DE)
International Classes:
B23H3/00; B23H9/00; B23P15/14; F16H48/08; F16H55/06; F16H55/17; (IPC1-7): F16H55/06; B23P15/14
Domestic Patent References:
WO2002024397A1
Foreign References:
GB1346174A
DE10147681A1
US4028992A
DE2926255A1
Attorney, Agent or Firm:
Kocher, Klaus-peter (DaimlerChrysler AG, Intellectual Property Management IPM-C106, Stuttgart, 70546, DE)
Download PDF:
Claims:
Patentansprüche
1. Laufverzahnung (20,120, 220,320), dadurch gekennzeichnet, dass deren Oberfläche zumindest teilweise einer elektro chemischen Abtragung entstammt.
2. Laufverzahnung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in Zahnzwischenräumen der Laufverzahnung (120,220, 320) eine Verstärkungsrippe einteilig an Zähne der Lauf verzahnung (120,220, 320) geformt ist.
3. Laufverzahnung nach einem der vorhergehenden Patentan sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich an zumindest einem stirnseitigen Enden von Zäh nen der Laufverzahnung (320) eine Verstärkungsrippe (Ver stärkungsdeckel 340,326) zwischen Zähnen der Laufverzah nung (320) erstreckt.
4. Laufverzahnung nach einem der vorhergehenden Patentan sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Laufverzahnung (220) einem Zahnrad (Kegelritzel 225) zugehörig ist, auf welches stirnseitig eine Elektro de (219) aufsetzbar ist, die eine Ausnehmung (232) mit einer Innenverzahnung aufweist, welche die Negativform der gesamten Laufverzahnung (220) bildet.
5. Laufverzahnung nach Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Laufverzahnung (220) eine Spiralverzahnung ist.
6. Laufverzahnung nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Laufverzahnung (20,120) einem Tellerrad (18, 118) zugehörig ist, auf welches eine Elektrode (19) auf setzbar ist, die stirnseitig eine Verzahnung aufweist, welche die Negativform der gesamten Laufverzahnung (20, 120) bildet.
7. Laufverzahnung nach Patentanspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Tellerrad (118) eine umlaufende Versteifungsrip pe (123) aufweist.
8. Laufverzahnung nach Patentanspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Tellerrad (18,118) einteilig an ein Ausgleichs gehäuse (3,103) eines Differentials geformt ist.
9. Laufverzahnung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Laufverzahnung einem Ausgleichsstirnrad (4a) ei nes Kronenraddifferentials (1) zugehörig ist, welches beidseitig mit Verstärkungsdeckeln (9a, 10a) versehen ist.
10. Laufverzahnung nach einem der vorhergehenden Patentan sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche des Abwälzbereiches der Laufverzah nung einer elektrochemischen Abtragung entstammt.
11. Herstellungsverfahren für eine Laufverzahnung (20,120, 220,320), dadurch gekennzeichnet, dass die Laufverzahnung (20,120, 220,320) in einem ersten Verfahrensschritt vorgeschmiedet oder vorgegossen und in einem folgenden Verfahrensschritt elektrochemisch wei terbearbeitet wird.
12. Herstellungsverfahren nach Patentanspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Verfahrensschritt mit einem Aufmaß durch geführt wird.
13. Herstellungsverfahren nach einem der Patentansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass für den folgenden Verfahrensschritt eine Elektrode (19,119, 219,319) bis auf einen Spülspalt in zumindest einen Zahnzwischenraum der Laufverzahnung (20,120, 220, 320) geführt wird, wobei sich die Laufverzahnung (20, 120,220, 320) in einem Elektrolytbad befindet.
14. Herstellungsverfahren nach Patentanspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Laufverzahnung (20,120, 220,320) und der Elektrode (19,119, 219,319) eine Spannung angelegt wird.
15. Herstellungsverfahren nach einem der Patentanspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrode (19,119, 219,319) eine Negativform der gesamten Laufverzahnung (20,120, 220,320) aufweist und die Laufverzahnung in einer Maschinenaufspannung be arbeitet.
16. Herstellungsverfahren nach Patentanspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Laufverzahnung (20,120, 220) einem Zahnrad (Tellerrad 18, Tellerrad 118, Ritzelwelle 225) zugehörig ist und die Elektrode (19,119, 219) der Laufverzahnung (20,120, 220) zur Bearbeitung im folgenden Verfahrens schritt bezüglich einer Rotationsachse (230) des Zahnra des (Tellerrad 18, Tellerrad 118, Ritzelwelle 225) der Laufverzahnung (20,120, 220) in einer Relativbewegung axial zugeführt wird.
17. Herstellungsverfahren nach Patentanspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Laufverzahnung (220) eine Schrägoder Spiral verzahnung ist und die Elektrode (219) bei der relativen axialen Zuführung entsprechend der Schrägbzw. Spiral verzahnung relativgedreht wird.
18. Herstellungsverfahren nach einem der Patentansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrode (219) die Negativform eines einzigen Zahnzwischenraumes aufweist.
19. Herstellungsverfahren nach Patentanspruch. 18, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Elektroden (619a, 619b) mit der Negativform eines einzigen Zahnzwischenraumes vorgesehen sind, die der Laufverzahnung zur elektrochemischen Bearbeitung gleichzeitig zugeführt werden.
20. Herstellungsverfahren nach einem der Patentansprüche 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrode (319,619a, 619b) der Laufverzahnung (320) radial zugeführt wird.
21. Herstellungsverfahren nach Patentanspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden (419a, 419b, 419c, 419d, 419e) lei tend miteinander verbunden sind.
Description:
Laufverzahnung und Herstellungsverfahren für eine solche Die Erfindung betrifft gemäß Patentanspruch 1 eine Laufver- zahnung. Gemäß Patentanspruch 11 betrifft die Erfindung ein Herstellungsverfahren für eine Laufverzahnung.

Aus der DE-OS 29 26 255 ist bereits ein Zahnrad bekannt, das mit einer Laufverzahnung und einer Schaltverzahnung ausge- führt ist. Die Schaltverzahnung ist dabei elektrochemisch o- der elektroerosiv oder durch Feinschmieden hergestellt. Eine Hinterlegung der Schaltverzahnung erfolgt dabei elektroche- misch oder elektroerosiv.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen breiten geometrischen Gestaltungspielraum für Laufverzahnungen zu schaffen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen von Pa- tentanspruch 1 und Patentanspruch 11 gelöst.

Sowohl das Präzisionsschmieden als auch das Feingießen ermög- lichen die kostengünstige Herstellung von Hypoidverzahnungen oder von anderen komplexen Laufverzahnungsgeometrien.

Mittels einer elektrochemischen Fertigbearbeitung dieser prä- zisionsgeschmiedeten oder feingegossenen Laufverzahnung las- sen sich kostengünstig Laufverzahnungen mit breitem geometri- schen Gestaltungsspielraum herstellen.

Bei der elektrochemischen Fertigbearbeitung wird mit einer formgebenden Elektrode unter Zuführung eines Elektrolyten und anlegen einer Spannung Material an dem mit der Laufverzahnung versehenen Werkstück abgetragen.

In besonders vorteilhafter Weise wird bei der Auswahl der Ge- ometrie des Werkstückes und der Elektrode die Zuführbarkeit und Entformbarkeit in einer Richtung zu berücksichtigt. Dies ermöglicht die problemlose maschinelle Massenbearbeitung des Werkstückes bzw. der Laufverzahnung.

In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden alle Zähne des Tellerrades komplett in einem einzigen Arbeitsschritt bearbeitet. Da die Genauigkeit der Verzahnung hauptsächlich von der Genauigkeit der Elektrode abhängt, wird eine hohe Prozessgenauigkeit bzw. Wiederholbarkeit erreicht.

Mit dem Verfahren können auch schwer bearbeitbare Werkstoffe und sogar gehärtete Werkstoffe gefertigt werden. Ein solcher schwer bearbeitbarer Werkstoff ist beispielsweise wärmebehan- delter austenitisch duktiler Eisenwerkstoff.

In besonders vorteilhafter Weise können Versteifungsrippen oder Versteifungsdeckel vorgesehen sein, die sich zwischen zumindest zwei Zähnen der Laufverzahnung erstrecken. Damit wird in vorteilhafter Weise eine sehr hohe Biegesteifigkeit der Zähne erreicht, womit auch die Zahnfußfestigkeit sehr hoch wird. In besonders vorteilhafter Weise sind sogar geometrische Verstärkungsmaßnahmen möglich, bei denen sich bei konventioneller Fräs-, Schleif-oder Läppbearbeitung die Werkzeugbahnen kreuzen oder durchdringen würden. Mit der Er- höhung der Biegesteifigkeit gehen Vorteile hinsichtlich der Laufruhe und der Lebensdauer der Laufverzahnung einher. In vorteilhafter Weise sind größere Steigerungen der Drehmomentübertragungsfähigkeit zu erzielen, als beispielsweise mit sonstigen Verfahren zur Optimierung der Verzahnungsgeometrie oder von Oberflächenbeschichtungen.

Da keine Rücksicht auf Werkzeugbahnen genommen werden muss, sind alle erdenklichen Verzahnungs-und Versteifungsgeomet- rien darstellbar. Diese Versteifungen können in Umfangsrich- tung des Zahnrades laufen. Beispielsweise können die Verstei- fungsgeometrien am Außen-, bzw. Innendurchmesser, oder in der Mitte der Zahnbreite verlaufen. Auch Verstärkungen im Zahnfuß durch belastungsangepasste Zahnfußausrundungen sind möglich.

In besonders vorteilhafter Weise kann auf der Rückseite von Kegelrädern eine Versteifungsmaßnahme-wie beispielsweise ein Versteifungsdeckel-vorgesehen sein, was zu einem erheb- lichen Anstieg der Zahnfußfestigkeit führt.

Kegelräder mit Verstärkungsdeckeln sind in besonders vorteil- hafter Weise auch in einer Komplettbearbeitung herstellbar.

Sind solche Kegelräder mit einer Spiralverzahnung versehen, so können zusätzlich zu der transversalen Zusammenführung von Kegelrad und Elektrode auch noch diese beiden Teile in der Größe des vorhandenen Spiralwinkels relativ gegeneinander ro- tiert werden. D. h., das Kegelrad wird in das Elektrode hinein und wieder herausgedreht bzw. die Elektrode wird auf das Ke- gelrad heraufgeschraubt und wieder herunterschraubt.

In besonders vorteilhafter Weise sind auch Zahnräder mit beidseitigem Verstärkungsdeckel herstellbar. Solche Zahnräder weisen eine noch höhere Zahnfußfestigkeit auf. Diese Zahnrä- der können dabei in besonders vorteilhafter Weise erzeugt werden, indem eine Elektrode, welche die Negativform eines einzelnen Zahnzwischenraumes aufweist, radial in den Zahnzwi- schenraum eingeführt wird. Dabei kann in besonders vorteil- hafter Weise vorgesehen sein, dass die Elektrode in einer Richtung entformbar ist. Nach Fertigbearbeitung des Zahnzwi- schenraumes wird das Zahnrad um die Zahnteilung weiterge- dreht. Dies wird solange fortgeführt, bis das Zahnrad kom- plett bearbeitet ist. Zur Erhöhung der Bearbeitungsgeschwin- digkeit, ist bei diesem Verfahren auch eine mehrseitige Bear- beitung möglich, indem mehrere Elektroden gleichzeitig in die Zahnzwischenräume eingeführt werden. Dieses Verfahren bietet sich in besonders vorteilhafter Weise für beidseitige mit Verstärkungsdeckeln versehenden Stirnräder-insbesondere schrägverzahnte Stirnräder-an. Wenn nicht beidseitig Ver- stärkungsdeckel vorgesehen sind, ist es auch möglich die E- lektrode bzw. Elektroden mit der Negativform aus einer ande- ren Richtung, als der radialen Richtung, zur elektrochemi- schen Bearbeitung zuzuführen.

Zur weiteren Erhöhung der Bearbeitungsgeschwindigkeit, ist bei diesem Bearbeitungsverfahren, bei dem einzelne Elektroden in jeweils einen Zahnzwischenraum eingefahren werden neben der besagten mehrseitigen Bearbeitung auch eine Mehr- Werkstück-Bearbeitung möglich. Dabei werden mehrere Elektro- den an einer Zuführeinheit synchron in das Werkstück gefah- ren. Nach Fertigstellung der Zahnzwischenräume, werden die Werkstücke um die Zahnteilung weitergedreht. Dies wird solan- ge fortgeführt, bis die Zahnräder komplett bearbeitet sind.

Für das erfindungsgemäße Bearbeitungsverfahren muss in beson- ders vorteilhafter Weise kein besonderer Werkzeugeinlauf oder -auslauf für eine Fräs-, Schleif-oder Läppbearbeitung vorge- sehen werden. Demzufolge müssen bei der erfindungsgemäßen kompletten Bearbeitung komplexer Laufverzahnungsgeometrien in vorteilhafter Weise keine mehrteiligen Baugruppen konstruktiv vorgesehen werden, die nach der Verzahnungsfertigung zusammengefügt werden müssten, wie die beispielsweise beim Tellerrad eines Ausgleichsgehäuses der Fall ist. Es kann im Beispiel des einteiligen Tellerrad-Ausgleichsgehäuse- Verbundes eine ringförmige Elektrode vorgesehen werden, die koaxial zum Ausgleichsgehäuse über letzteres gestülpt wird und in einer Stellung im Bereich der vorgearbeiteten Laufverzahnung letztere elektrochemisch in einem Bearbeitungsschritt fertigbeabeitet. Heute noch notwendige Baugruppenschnittstellen können somit nicht nur im Fall des Ausgleichsgehäuses eliminiert werden. Alle durch das erfindungsgemäße Verfahren ermöglichten Maßnahmen zeigen in Summe ein hohes Kosteneinsparungspotential.

In besonders vorteihafter Weise sind Bearbeitungsmaschinen zur Herstellung der teilweise komplexen Verzahnungsgoemetrien denkbar, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeiten.

Diese erfindungsgemäßen Bearbeitungsmaschinen mit einer oder mehrerer Elektroden und einem Elektrolytbad sind weniger aufwändig, als die die derzeit üblichen spanend arbeitenden Verzahnungsmaschinen. Damit ist in vorteilhafter Weise die Abhängigkeit des Laufverzahnugsherstellers von den wenigen Maschinenanbietern geringer.

Ein besonders vorteilhaftes Anwendungsgebiet der Erfindung ist das Achsgetriebe. So ist es möglich das Ausgleichgehäuse mit dem Tellerrad in einem Bauteil mit wenigen zehntel mm Aufmaß vorzuschmieden bzw. vorzugießen. Eine aufwendige, hochbelastete und teure Schnittstelle wird damit eliminiert.

Die Erfindung kann in besonders vorteilhafter Weise Anwendung bei einem Kronenraddifferential gemäß - DE 101 44 200.9 - DE 103 39 425.7 - DE 102 52 012.7-12 - DE 103 08 800.8 - DE 103 17 503.2 - DE 103 39 423.0 - DE 103 39 424.9 finden, deren Inhalt hiermit als in dieser Anmeldung aufge- nommen gelten soll.

Die Erfindung kann ferner in besonders vorteilhafter Weise Anwendung bei Verzahnungen mit einem Verstärkungsdeckel gemäß EP 1298353 A2 finden, deren Inhalt hiermit als in dieser An- meldung aufgenommen gelten soll.

Weitere Vorteile der Erfindung gehen aus den weiteren Patent- ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung vor.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand mehrerer Ausführungsbei- spiele erläutert.

Dabei zeigen : Fig. 1 ein Gehäuse eines Kronenraddifferentials mit einem einteilig angeformten Tellerrad und einer Elektrode zur elektrochemischen Bearbeitung einer Laufverzah- nung des Tellerrades, Fig. 2 das Gehäuse aus Fig. 1, wobei die Elektrode zur e- lekrochemischen Bearbeitung an die Laufverzahnung bis auf einen Spülspalt herangefahren ist, Fig. 3 ein Kronenraddifferential in einer geschnitten- perspektivischen Darstellung, wobei durch eine Ebene geschnitten wird, welche zwischen einer Rotationsach- se des Kronenraddifferentials und einer geometrischen Achse von Ausgleichsrädern aufgespannt wird und wobei das Kronenraddifferential ein Gehäuse gemäß Fig. 1 und Fig. 2 und Ausgleichsräder gemäß Fig. 17 bis Fig.

20 aufweist, die beidseitig mit Verstärkungsdeckeln versehen sind, Fig. 4 das Kronenraddifferential aus Fig. 3 in einem Schnitt, Fig. 5 eine zweite Ausgestaltungsform eines Gehäuses für ein Kronenraddifferential, wobei eine Laufverzahnung eines Tellerrades eine Versteifungsrippe aufweist, Fig. 6 die Laufverzahnung mit der Versteifungsrippe aus Fig. 5 in einem Detail, Fig. 7 ein Kegelritzel eines Kronenraddifferentials mit einem einteilig angeformten Verstärkungsdeckel, Fig. 8 das Kegelritzel aus Fig. 7 in einer anderen An- sicht, Fig. 9 eine sich zum Einfahren des Kegelritzels aus Fig. 7 und Fig. 8 drehende Elektrode zur Endbearbeitung ei- ner Laufverzahnung, Fig. 10 das Kegelritzels aus Fig. 7 bis Fig. 9, wobei die Elektrode zur elekrochemischen Bearbeitung an die Laufverzahnung bis auf einen Spülspalt herangefahren ist, Fig. 11 die sich zum Ausfahren des Kegelritzels aus Fig. 7 bis Fig. 10 drehende Elektrode, Fig. 12 eine Ritzelwelle eines Kronenraddifferentials in einer weiteren Ausgestaltungsform, wobei das mit ei- ner Spiralverzahnung versehene Kegelrad beidseitig jeweils einen Verstärkungsdeckel aufweist, Fig. 13 die Ritzelwelle aus Fig. 12 und eine Elektrode zur Endbearbeitung der Spiralverzahnung, wobei die Füh- rungsrichtung der Elektrode mittels eines Pfeils dar- gestellt ist, Fig. 14 die Ritzelwelle aus Fig. 12 und Fig. 13, wobei eine Elektrode bis auf einen Spülspalt an die Spiralver- zahnung herangefahren ist, Fig. 15 eine Vorrichtung bzw. ein Verfahren zur Bearbeitung mehrer Ritzelwellen gemäß Fig. 12 bis Fig. 14, wobei mehrere Elektroden leitend miteinander verbunden sind, Fig. 16 die Vorrichtung bzw. das Verfahren gemäß Fig. 15, wobei die Elektroden bis auf einen Spülspalt in die Zahnzwischenräume der Spiralverzahnung eingetaucht sind, Fig. 17 ein beidseitig mit Verstärkungsdeckeln versehenes Zahnrad, welches von zwei diametral zueinander lie- genden Elektroden angefahren wird, Fig. 18 das Zahnrad aus Fig. 17, wobei die beiden Elektro- den in diametral zueinander liegenden Zahnzwischen- räumen des Zahnrade eingeschoben sind, Fig. 19 Zahnräder-insbesondere Ausgleichsräder-, welche beidseitig mit Verstärkungsdeckeln versehen sind, in einer Vorrichtung zur Mehrfachbearbeitung und Fig. 20 die Vorrichtung bzw. ein Verfahren gemäß Fig. 19, wobei Elektroden bis auf einen Spülspalt in Zahnzwi- schenräume der Zahnräder eingetaucht sind.

Fig. 1 zeigt ein Gehäuse 3 eines Kronenraddifferentials. Das Kronenraddifferential ist im zusammengebauten Zustand gemäß Fig. 3 und Fig. 4 ausgeführt. Dabei ist ein Tellerrad 18 an das Gehäuse 3 einteilig angeformt. Eine Laufverzahnung 20 des Tellerrades 18 ist dabei eine Hypoidverzahnung. Die Herstel- lung des Gehäuses 3 mit dem Tellerrad 18 aus einem einzigen Teil kann insbesondere mittels - Präzisionsschmieden oder eingießen erfolgen. Das Gehäuse 3 ist dabei mit 3/lOmm bis 5/lOmm Auf- maß aus einem wärmebehandelten austenitisch duktilen Eisen- werkstoff vorgeschmiedet bzw. vorgegossen.

In der Aufspannung in einer nicht näher dargestellten elekt- rochemischen Bearbeitungsmaschine ist eine Elektrode 19 ko- axial zu einer Rotationsachse des Gehäuses 3 ausgerichtet.

Die Elektrode 19 besteht dabei aus einem ringförmigen Grund- körper, auf dessen der Laufverzahnung 20 zugewandter Seite im wesentlichen eine Negativform der Laufverzahnung 20 eingear- beitet ist. Gemäß dem Pfeil 21 wird die Elektrode 21 koaxial auf die Laufverzahnung 20 des Tellerrades 18 zugefahren, bis gemäß Fig. 2 nur noch ein Spülspalt 22 von ca. 1/lOOmm zwi- schen der Elektrode und der Laufverzahnung frei bleibt. Um diesen Spülspalt und das besagte Aufmaß zu berücksichtigen, ist die Negativform etwas kleiner, als die eine fertig bear- beitete Kontur der Laufverzahnung 20. Da die Bewegungsrich- tung der Elektrode 19 koaxial zur Rotationsachse des Gehäuses 3 liegt, muss radial innerhalb der Laufverzahnung 20 kein Platz für einen Werkzeugauslauf vorgehalten werden. Demzufol- ge schließt sich radial innerhalb der Laufverzahnung das Ge- häuse 3 fast unmittelbar an. Bei spanender bzw. schleifender Bearbeitung wäre dies nicht möglich, da für die Verlaufsbahn 99 eines Fräsers bzw. Schleifsteins radial innerhalb der Laufverzahnung 20 einen Werkzeugauslauf hätte vorgehalten werden müssen.

Im in Fig. 2 dargestellten Zustand ist das Tellerrad 18 und die Elektrode 19 in ein Elektrolytbad eingetaucht. Wird nun das Gehäuse 3 einerseits an einen Pol einer Gleichstromquelle und die Elektrode 19 an einen anderen Pol der selben Gleich- stromquelle angeschlossen, so liegt eine Spannung zwischen dem Gehäuse 3 und der Elektrode 19 an, die über das leitfähi- ge Elektrolyt gleichmäßig Material von der Oberfläche der Laufverzahnung 20 abträgt. Dabei wird solange Material abge- tragen, bis sich die Fertigkontur der Laufverzahnung 20 ge- bildet hat. Mittels dieses Verfahrens werden somit sämtliche Zähne der Laufverzahnung 20 in einem einzigen Bearbeitungs- schritt fertigbearbeitet.

Nach der elektrolytischen Fertigbearbeitung wird die Elektro- de 19 gemäß dem Pfeil wieder aus den Zahnzwischenräumen der Laufverzahnung 20 des Tellerrades 18 herausgezogen.

Fig. 3 zeigt das Kronenraddifferential 1 in einer geschnit- ten-perspektivischen Darstellung, wobei durch eine Ebene ge- schnitten wurde, welche zwischen einer Rotationsachse 2 des Kronenraddifferentials 1 bzw. von Kronenrädern 5a, 5b und ei- ner geometrischen Achse 7 von Ausgleichsrädern 4a, 4b aufge- spannt wird.

Dieses Kronenraddifferential 1 umfasst das zylindrisches Ge- häuse 3, dessen Rotationsachse 2 in üblicher Weise deckungs- gleich mit einer geometrischen Achse von nicht näher darge- stellten Achswellen ist.

An einem axialen Ende ist das Gehäuse 3 einteilig mit dem Tellerrad 18 ausgestaltet.

Das Gehäuse 3 weist axial mittig zwei diametral gegenüberlie- gende Gehäuseausnehmungen 13a, 13b auf, in welchen die gerad- verzahnten Ausgleichsräder 4a, 4b bezüglich deren geometri- scher Achse 7 radial gelagert sind. Die Gehäuseausnehmung 13b ist dabei in Fig. 4 ersichtlich. Die Ausgleichsräder 4a, 4b weisen eine Stirnverzahnung 17a bzw. 17b auf. Die geometri- schen Achse 7 steht senkrecht zur Rotationsachse 2. Zentrisch in diesen Ausgleichsrädern 4a, 4b sind Ausnehmungen 8a, 8b angeordnet, von denen die eine Ausnehmung 8b in Fig. 3 er- sichtlich ist. Jedes der beiden Ausgleichsräder 4a bzw. 4b weist bezüglich dessen Achse 7 axial oberseitig und untersei- tig jeweils einen scheibenförmigen Verstärkungsdeckel 9a, 10a bzw. 9b, lOb auf, durch welchen ebenfalls die Ausnehmungen 8a, 8b verlaufen. Diese scheibenförmigen Verstärkungsdeckel 9a, 10a bzw. 9b, 10b sind im Gehäuse 3 radial in teilkreis- förmigen Randbereichen lla, 12a, 20a, 14a bzw. llb, 12b, 20b, 14b der beiden Gehäuseausnehmungen 13a, 13b gelagert, von de- nen in der Fig. 3 nur der eine teilkreisförmigen Randberei- chen lla ersichtlich ist. Diese teilkreisförmigen Randberei- chen lla, 12a, 20a, 14a, llb, 12b, 20b, 14b liegen bezüglich der Rotationsachse 2 in Umfangsrichtung um über eine mög- lichst große Fläche ein Antriebsmoment vom Gehäuse 3 auf die Ausgleichsräder 4a, 4b zu übertragen. In axialer Richtung weisen die Gehäuseausnehmungen 13a, 13b von den Ausgleichsrä- dern beabstandete Randbereiche 15a, 15b, 16a, 16b auf, die einen Schmiermitteldurchfluss und damit eine sichere Schmier- mittelversorgung für die Radiallagerung der Ausgleichsräder 4a, 4b und für einen Verzahnungseingriff gewährleisten. Bei diesem Verzahnungseingriff kämmen die Ausgleichsräder 4a, 4b mit den konzentrisch zur Rotationsachse 2 ausgerichteten Kro- nenrädern 5a, 5b, welche mittels einer Keilwellenverzahnung die nicht näher dargestellten Achswellen drehfest aufnehmen.

Die Kronenräder 5a, 5b sind in der axial voneinander weg wei- senden Richtung mittels eines axialen Sicherungsringes DIN 472 gegen eine Verschiebung in diese Richtung gegenüber dem Gehäuse 3 abgestützt. Zwischen dem jeweiligen Kronenrad 5a bzw. 5b und dessen Sicherungsring ist jeweils eine Distanz- scheibe zur Einstellung des axialen Abstandes zwischen den beiden Kronenrädern 5a, 5b angeordnet.

Fig. 4 zeigt das Kronenraddifferential 1 aus Fig. 3 in einer geschnitten-zweidimensionalen Darstellung. Zusätzlich ist das über der Schnittebene liegende eine Ausgleichsrad 4a darge- stellt.

Fig. 5 zeigt ein Gehäuse 103 eines Kronenraddifferentials ähnlich dem gemäß Fig. 1 bis Fig. 4. Das Gehäuse 103 ist mit einem Tellerrad 118 verbunden. Die Fertigungsweise gleicht dem Fertigungsverfahren gemäß Fig. 1 und Fig. 2. Es wird je- doch bereits im Urformprozess-d. h. beim Präzisionsschmieden oder beim Feingießen-eine umlaufende Versteifungsrippe 123 in die Laufverzahnung 120 eingearbeitet. Diese umlaufende Versteifungsrippe 123 ist somit koaxial zur Laufverzahnung 120 des Tellerrades 118 angeordnet, wobei die Versteifungs- rippe 123 die Laufverzahnung 120 in zwei radial gleich große Laufringe teilt. Da die Versteifungsrippe 123 somit jeden Zahn von dessen Zahnflanke aus mittig abstützt, ist die Durchbiegung jedes Zahnes gegenüber den Zähnen gemäß erstem Ausführungsbeispiel wesentlich geringer. Ferner ist die Zahn- fußfestigkeit sehr hoch. Damit ist auch - die Lebensdauer der Verzahnung höher - die Drehmomentübertragungsfähigkeit höher - die Schwingungsanregung geringer - das Abwälzgeräusch geringer und - die Erwärmung der Verzahnung geringer.

Die Höhe der Versteifungsrippe ist dabei gleich der Zahnhöhe der Laufverzahnung 120.

Die Negativform der nicht näher dargestellten Elektrode ist ähnlich der Negativform gemäß Fig. 1 und Fig. 2. Die Negativ- form für das Tellerrad 118 gemäß Fig. 5 und Fig. 6 weist je- doch auf jedem"Negativzahn"eine mittige Ausnehmung zum e- lektrochemischen Abtrag der vorgeschmiedeten oder vorgegosse- nen Verstärkungsrippe 118 auf.

Fig. 7 zeigt ein Kegelritzel 225 eines Kronenraddifferenti- als, bei welchem eine Laufverzahnung als Hypoidspiralverzah- nung ausgeführt ist. Ein solches Kegelritzel 225 kann Anwen- dung zum Antrieb eines Tellerrades 18 eines Kronenraddiffe- rentials 1 gemäß Fig. 3 und Fig. 4 finden. Das Kegelritzel 225 weist einen einteilig angeformten Verstärkungsdeckel 226 auf, um die Zahnfußfestigkeit besonders hoch auszulegen. Der Verstärkungsdeckel 226 ist dabei auf der Rückseite des Kegel- ritzels 225 angeformt.

Fig. 8 zeigt das Kegelritzel aus Fig. 7 in einer anderen An- sicht.

Fig. 9 zeigt neben dem Kegelritzel 225 aus Fig. 7 und Fig. 8 eine sich zum Einfahren des Kegelritzels aus Fig. 7 und Fig.

8 drehende Elektrode zur Endbearbeitung einer Laufverzahnung 220. Die Elektrode 219 dreht sich dabei entsprechend Pfeil 227, während das Kegelritzel 225 in Richtung des Pfeils 228 auf die fluchtend ausgerichtete Elektrode 219 zu geschoben wird. Es dreht sich die Elektrode 219 um die Achse 230. Es wird das Kegelritzel 225 entlang der Achse 230 verschoben und die Elektrode 219 ist ebenso wie das Kegelritzel 225 stets konzentrisch zur gemeinsamen Achse 230 ausgerichtet.

Die Elektrode 219 weist eine Negativform auf, die mit der Hy- poidspiralverzahnung und dem Verstärkungsdeckel 226 des Ke- gelritzels 225 korrespondiert. Neben der Drehrichtung beim Eindrehen der Negativform ist beim Eindrehen des Kegelritzels 225 für den elektrochemischen Endprozess darauf zu achten, dass die Zähne der Laufverzahnung in die Zahnzwischenräume der Elektrode 219 eingefahren werden, so dass es nicht zur Kollision kommt. Damit wird gewährleistet, dass die Elektrode 219 infolge Kontaktfreiheit eine hohe Lebensdauer hat.

Auf die Ausnehmung 231 in der Negativform für den Verstär- kungsdeckel 226 kann in einer alternativen Ausgestaltung ver- zichtet werden.

Fig. 10 zeigt das Kegelritzels 225 wobei die Elektrode zur elekrochemischen Bearbeitung an die Laufverzahnung bis auf einen Spülspalt herangefahren ist. Um - die sich beim elektrochemischen Prozess unter Umständen bildenden Blasen, - das infolge des Prozesses aufgewärmte Elektrolyt und - das beim Einfahren in das Kegelritzel 225 aus der Elektro- de 219 zu verdrängende Elektrolyt abzuführen, ist die Elektrode 219 mit einer durchgehenden Ausnehmung 232 versehen. An dem einen Ende dieser Ausnehmung 232 befindet sich der Elektrolytauslass und an dem anderen Ende wird das Kegelritzel 225 eingeführt. Fig. 11 zeigt wie sich zum Ausfahren des Kegelritzels 225 die Elektrode 219 gemäß Pfeil 233 dreht, während das Kegelritzel 225 in abgestimmter Geschwindigkeit gemäß Pfeil 234 linear ausfährt.

Beim Fertigungsverfahren gemäß Fig. 9 bis Fig. 11 kann alter- nativ auch die Elektrode 219 drehfest sein, während das Ke- gelritzel 225 eingedreht wird. Ebenso könnte die Elektrode 219 axial verschoben werden. Dabei sind beliebige Kombinatio- nen von Verschieblichkeit und Drehbarkeit denkbar, die von der jeweiligen Ausführung der elektrochemischen Bearbeitungs- maschine und der Größe und Form des zu bearbeitenden Werk- stücks abhängen.

Fig. 12 zeigt eine Ritzelwelle 325 eines Kronenraddifferenti- als in einer weiteren Ausgestaltungsform. Diese Ritzelwelle 325 kann insbesondere Anwendung zum Antrieb eines Kronenrades dienen, welches das Tellerrad eines Ausgleichsgehäuses bil- det, wie dieses beispielsweise aus der EP 1298353 A2 Fig. 7 bekannt ist. Dabei können die Ausgleichsräder sowohl als Ke- gelräder als auch als Stirnräder entsprechend Fig. 3, Fig. 4 und Fig. 17 bis Fig. 20 der hier vorliegenden Anmeldung aus- geführt sein.

Die Laufverzahnung 320 der Ritzelwelle 325, ist eine Spiral- verzahnung die axial beidseitig jeweils einen Verstärkungsde- ckel 326 bzw. 340 aufweist. Die beiden Verstärkungsdeckel 326,340 sind dabei einstückig mit einem Ritzelkopf 341 aus- geführt, so dass die Zähne der Laufverzahnung 320 mit schar- fen Kanten in die Verstärkungsdeckel 326,340 übergehen.

Fig. 13 zeigt die Ritzelwelle 325 aus Fig. 12 und eine Elekt- rode 319 zur Endbearbeitung der Spiralverzahnung, wobei die Führungsrichtung der Elektrode 319 mittels eines Pfeiles 321 dargestellt ist.

Die Elektrode 319 wird dabei senkrecht zur Längsachse 342 der Ritzelwelle 325 in einen Zahnzwischenraum 343 eingeführt, der durch zwei Zähne und die beiden Verstärkungsdeckel 326,340 begrenzt wird, so dass sich der in Fig. 14 dargestellte Situ- ation ergibt. In diesem Zahnzwischenraum 343 weist die Elekt- rode 319 einen Spülspalt zu den beiden Zähnen und den Innen- seiten der beiden Verstärkungsdeckel 326,340 auf, so dass eine Endbearbeitung der vorgeschmiedeten oder vorgegossenen Laufverzahnung 320 möglich ist.

Durch die besondere Formgebung der Elektrode 319 ist sicher- gestellt, dass die Elektrode 319 nach der Fertigbearbeitung wieder problemlos aus dem Zahnzwischenraum herausziehbar ist.

Nachdem die Elektrode 319 herausgezogen wurde, wird die Rit- zelwelle 325 um die Längsachse 342 entsprechend dem Pfeil 344 um einen Zahnzwischenraum weitergedreht. Im Anschluss wird die Elektrode 319 in den nächste Zahnzwischenraum eingeführt.

Fig. 15 und Fig. 16 zeigen eine Vorrichtung bzw. ein Verfah- ren zur Bearbeitung mehrer Ritzelwellen gemäß Fig. 12 bis Fig. 14. Dabei werden in einem Arbeitgang bzw. Verfahrens- schritt insgesamt mehrere Zahnzwischenräume gleichzeitig be- arbeitet. Dazu sind mehrere Elektroden 419a, 419b, 419c, 419d, 419e mittels einer leitenden Trägerbrücke 480 fest mit- einander verbunden. Die Elektroden 419a, 419b, 419c, 419d, 419e sind im gleichen Maße zueinander beabstandet und paral- lel zueinander ausgerichtet. Die Bearbeitung erfolgt in ana- loger Weise zum Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 12 bis Fig.

14, wobei jedoch die gesamte Einheit bestehend aus Trägerbrü- cke 480 und Elektroden 419a, 419b, 419c, 419d, 419e gemeinsa- men verschoben wird, so dass jeweils eine Elektrode 419a bzw.

419b bzw. 419c bzw. 419d bzw. 419e in den dieser zugeordneten Zahnzwischenraum eingetaucht wird. Im Anschluss werden sämt- liche Elektroden 419a, 419b, 419c, 419d, 419e mittels der Trägerbrücke 480 aus den Zahnzwischenräumen herausgezogen.

Daraufhin werden sämtliche Ritzelwellen 425a, 425b, 425c, 425d, 425e, die in der Bearbeitungsmaschine sychron miteinan- der verbunden sind, um einen Zahnzwischenraum weitergedreht.

Im Anschluss wird der nächste Zahnzwischenraum fertigbearbei- tet. Diese Bearbeitungsschritte werden so lange zyklisch durchlaufen, bis sämtliche Laufverzahnungen der Ritzelwellen 425a, 425b, 425c, 425d, 425e komplett bearbeitet sind. Bei diesen Bearbeitungsvorgang ist die Bearbeitungsmaschine mit sehr engen Toleranzen ausgeführt, da die Spülspalte zwischen - den Elektroden 419a, 419b, 419c, 419d, 419e und - den Laufverzahnungen bzw. Versteifungsdeckeln der Ritzel- wellen 425a, 425b, 425c, 425d, 425e sehr eng sind. Diese enge Toleranz bzw. quasi-Spielfreiheit ist insbesondere bei den synchron zueinander bewegten Bautei- len vorhanden. Zum einen werden die Ritzelwellen 425a, 425b, 425c, 425d, 425e synchron zueinander gedreht und zum anderen werden die Elektroden 419a, 419b, 419c, 419d, 419e synchron zueinander in die Zahnzwischenräume geschoben bzw. wieder he- rausgezogen.

Fig. 17 und Fig. 18 zeigen ein beidseitig mit Verstärkungsde- ckeln versehenes Zahnrad 604, welches von zwei diametral zu- einander liegenden Elektroden 619a, 619b angefahren wird. Ein solches beidseitig mit Verstärkungsdeckeln 626,640 versehe- nes Zahnrad 604 kann beispielsweise Einsatz als Ausgleichsrad 4a eines Kronenradausgleichsgetriebes 1 finden, wie dies in Fig. 3 und Fig. 4 dargestellt ist. Die Bearbeitung des Zahn- rades 604 erfolgt, indem die beiden Elektroden 619a, 619b, welche die Form eines Zahnzwischenraumes haben, entlang einer Bewegungsgeraden 621, welche senkrecht durch die Rotations- achse 642 des Zahnrades 604 verläuft, aufeinander zugeschoben werden, bis die beiden Elektroden 619a, 619b nur noch einen Spülspalt von den Zahnflanken bzw. den Innenseiten der Ver- stärkungsdeckel 626,640 entfernt sind. Im Anschluss wird der elektrochemische Bearbeitungsprozess durchgeführt. Darauf werden beide Elektroden 619a, 619b wieder entlang der Bewe- gungsgeraden 621 aus den Zahnzwischenräumen herausgezogen und das Zahnrad 604 um einen Zahnzwischenraum weitergedreht. Die Verwendung von zwei Elektroden 619a, 619b anstelle einer ein- zigen Elektrode halbiert die Bearbeitungszeit. Dabei müssen die beiden Elektroden nicht diametral zueinander liegen. Es sind beliebige Winkel denkbar, welche die Zahnteilung des Zahnrads 604 zuäßt. Die diametrale Anordnung hat den Vorteil, dass radial außerhalb jeder Elektrode ein großer Bauraum für die Zuführmechanik der Bearbeitungsmaschine zur Verfügung steht.

Fig. 19 und Fig. 20 zeigen Zahnräder 504a, 504b, 504c, 504d, 504e gemäß Fig. 17 und Fig. 18, welche beidseitig mit Ver- stärkungsdeckeln 526a, 540a, 526b, 540b, 526c, 540c, 526d, 540d, 526e, 540e, versehen sind, in einer Vorrichtung zur Mehrfachbearbeitung.

Dabei sind die jeweils einer Bearbeitungsseite zugeordneten Elektroden 519a, 520a, 521a, 522a, 523a bzw. 519b, 520b, 521b, 522b, 523b mittels einer ersten Trägerbrücke 580 bzw.

581 miteinander leitend verbunden. Eine andere Bearbeitungs- seite liegt bezüglich den Längsachsen der Zahnräder 504a, 504b, 504c, 504d, 504e diametral gegenüber der ersten Bear- beitungsseite. Die jeweils der anderen Bearbeitungsseite zu- geordneten Elektroden 519b, 520b, 521b, 522b, 523b bzw.

519a, 520a, 521a, 522a, 523a sind mittels einer zweiten Trä- gerbrücke 581 bzw. 580 miteinander leitend verbunden. Es er- folgt eine Bearbeitung der Zahnräder 504a, 504b, 504c, 504d, 504e analog dem Beispiel gemäß Fig. 15 und Fig. 16, wobei je- doch die beiden Trägerbrücken 580,581 gleichzeitig die E- lektroden 519b, 520b, 521b, 522b, 523b, 519a, 520a, 521a, 522a, 523a bis auf einen Spülspalt in die Zahnzwischenräume eingefahren, so dass entsprechend Fig. 17 und Fig. 18 eine Halbierung der Bearbeitungszeit gegenüber der einseitigen Be- arbeitung erreicht wird.

Die in diesem Ausführungsbeispiel gezeigte mehrseitige Bear- beitung mehrerer Zahnräder gleichzeitig ist auch bei der Mehrfachbearbeitung der Ritzelwellen gemäß Fig. 15 und Fig.

16 möglich.

In sämtlichen Ausführungsbeispielen kann auch von drei oder mehr Seiten bearbeitet werden, so dass pro Zahnrad mehr als nur zwei Zahnzwischenräume gleichzeitig elektrochemisch end- bearbeitet werden. Es kann-eine entsprechend segmentierte Führung vorausgesetzt-sogar die Bearbeitung von allen Sei- ten gleichzeitig erfolgen, so dass die Laufverzahnung eines kompletten Zahnrades in einem einzigen elektrochemischen Be- arbeitungsschritt fertigbearbeitet wird.

Ein beidseitig verzahntes Tellerrad kann beidseitig mit je- weils einer Elektrode elektrochemisch bearbeitet werden, von denen jede Elektrode gemäß Fig. 1 und Fig. 2 ausgestaltet ist. Somit würden die beiden Elektroden das beidseitig ver- zahnte Tellerrad bis auf einen Spülspalt sandwichartig ein- schließen. Ein solches Tellerrad kann beispielsweise bei ei- nem Differential bzw. Achsgetriebe besonders hohen Drehmomen- ten übertragen. Ein solches beidseitig verzahntes Tellerrad für ein Differential zeigt die nicht vorveröffentlichte DE 103 39 423.0. Dieses Tellerrad kann sowohl mit einer Kronen- radverzahnung als auch mit einer Kegelradverzahnung ausge- führt sein. Das beidseitig elektrochemisch bearbeitete Tel- lerrad kann aber auch in anderer Funktion Anwendung finden.

In einer alternativen Ausgestaltung der Ausgestaltungsbei- spiele gemäß Fig. 12 bis Fig. 20 kann die Laufverzahnung der Ritzelwelle bzw. des Zahnrades auch schon teilweise weiterge- dreht werden, während die Elektrode noch nicht ganz herausge- zogen ist. Damit kann dieser in mehreren Bearbeitungsschrit- ten durchzuführende elektrochemische Bearbeitungsvorgang be- schleunigt werden, da die Zeiträume der Gesamtbearbeitung, in denen kein elektrochemischer Abtrag erfolgt, verkürzt werden.

Sämtliche Zahnräder aus sämtlichen Ausführungsbeispielen kön- nen für sämtliche Zwecke als Laufverzahnung Anwendung finden.

Insbesondere kann die Laufverzahnung als Stirnverzahnung, als Kegelverzahnung, als Geradverzahnung, als Schrägverzahnung, als Spiralverzahnung, wie beispielsweise ein Hypoidverzahnung und als Kronenradverzahnung Anwendung ausgeführt sein. Auch ist die Anwendung bei Zahnstangen und innenverzahnten Hohlrä- dern möglich, wie letztere beispielweise bei Planetengetrie- ben Anwendung finden. Bei sämtlichen der genannten Verzah- nungstypen ermöglicht das erfindungsgemäße Herstellungsver- fahren auch ein Versteifungsdeckel oder eine Versteifungsrip- pe zur Erhöhung der Steifigkeit.

Bei den beschriebenen Ausführungsformen handelt es sich nur um beispielhafte Ausgestaltungen. Eine Kombination der be- schriebenen Merkmale für unterschiedliche Ausführungsformen ist ebenfalls möglich. Weitere, insbesondere nicht beschrie- bene Merkmale der zur Erfindung gehörenden Vorrichtungsteile, sind den in den Zeichnungen dargestellten Geometrien der Vor- richtungsteile zu entnehmen.




 
Previous Patent: ELECTRIC ACTUATOR AND CONTROL DEVICE THEREOF

Next Patent: GEARBOX