DE102015200844A1

DE102015200844A1 - Welle-Nabe-Verbund sowie ein Getriebe mit einem derartigen Verbund

Info

Publication number: DE102015200844A1
Application number: DE102015200844.4A
Authority: DE
Inventors: Stefan Simon
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2015-01-20
Filing date: 2015-01-20
Publication date: 2016-07-21

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Welle-Nabe-Verbund für ein Getriebe umfassend eine Welle mit wenigstens einem Außendurchmesser und eine Nabe mit wenigstens einem Innendurchmesser, wobei der Innendurchmesser der Nabe kleiner ist als der Außendurchmesser der Welle, wodurch eine erste Überdeckung besteht, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle einen zweiten Außendurchmesser und/oder die Nabe einen zweiten Innendurchmesser aufweist, der vom ersten Außendurchmesser und/oder ersten Innendurchmesser verschieden ist und die Nabe die Welle an beiden Außendurchmessern und/oder Innendurchmessern umgreift, sodass eine zweite Überdeckung besteht, die größer als die erste ist. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Getriebe und ein Kraftfahrzeug.

Description

Die Erfindung betrifft einen Welle-Nabe-Verbund für ein Getriebe umfassend eine Welle mit wenigstens einem Außendurchmesser und eine Nabe mit wenigstens einem Innendurchmesser, wobei der wenigstens eine Innendurchmesser der Nabe kleiner ist als der wenigstens eine Außendurchmesser der Welle, wodurch eine erste Überdeckung besteht.
In Kraftfahrzeuggetrieben in Vorgelegebauweise wird Drehmoment über an Wellen befestigten Zahnrädern übertragen, die miteinander in Eingriff bringbar sind. Dabei ist es üblich, die Wellen als zylindrische Bauteile auszubilden und die Zahnräder als Naben an der Welle zu befestigen.
Hierbei sind mehrere Möglichkeiten der Befestigung bekannt. Unter anderem gibt es reibschlüssige Verbindungen in Form eines Pressverbandes, auch Presspassung genannt, oder formschlüssige Verbindungen in Form einer Mitnahmeverzahnung. Dabei gilt im Allgemeinen, dass ein Pressverband mehr Bauraum in axialer Länge benötigt, da die Verbindung aufgrund von Reibkräften erfolgt. Bei einer Mitnahmeverzahnung, beispielsweise in Form einer Kurzverzahnung, besteht aber der Nachteil, dass sie nur mit großen Fertigungstoleranzen herstellbar ist und der Qualitätsnachteil auf eine Laufverzahnung übertragen wird..
Aus der DE 10 2010 023 161 A1 geht eine Zahnradbaugruppe eines Getriebes hervor, bei der die Zahnräder mittels Presspassung an einer Welle befestigt sind.
Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der vorliegenden Anmeldung, einen Welle-Nabe-Verbund anzugeben, bei dem hohe Kräfte bei vergleichsweise geringerem Bauraum übertragen werden können.
Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Welle-Nabe-Verbund mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Als Kern der Erfindung wird angesehen, dass ein Pressverband dahingehend verbessert wird, dass die Welle-Nabe-Verbindung zwei Überdeckungen aufweist. Die Überdeckung ist dabei als Verhältnis des Außendurchmessers der Welle zum Innendurchmesser des Zahnrads definiert. Da die Welle zwei verschiedene Außendurchmesser oder Innendurchmesser aufweist, die die Nabe des Zahnrads umgreift, hat der Welle-Nabe-Verbund auch zwei Überdeckungen. Dabei ist es selbstverständlich bereits bekannt, dass eine Welle mehrere Außendurchmesser über ihre Länge aufweisen kann. Bislang wurde eine Nabe aber lediglich auf einem Bereich der Welle fixiert, bei dem der Außendurchmesser konstant ist. Da auch der Innendurchmesser des Zahnrads bzw. der Nabe konstant ist, besteht dementsprechend eine gleichmäßige Überdeckung.
Dadurch wird der Welle-Nabe-Verbund in zwei unterschiedliche Bereiche geteilt. Im Bereich der größeren Überdeckung ist die Belastung der Nabe größer.
Dabei ist es grundsätzlich gleichgültig, ob die unterschiedlichen Überdeckungen dadurch zustande kommen, dass die Welle zwei verschiedene Außendurchmesser aufweist oder die Nabe zwei unterschiedliche Innendurchmesser. Auch können sowohl die Welle zwei verschiedene Außendurchmesser als auch die Nabe zwei verschiedene Innendurchmesser aufweisen, um zwei unterschiedliche Überdeckungen zu erhalten. Im Folgenden wird auf eine Welle mit zwei unterschiedlichen Außendurchmessern abgestellt. Analog ist eine entsprechende Ausbildung der Nabe mit zwei Innendurchmessern immer mitzulesen. Dies gilt auch für drei oder mehr Innen- und Außendurchmesser.
Die Nabe weist bevorzugt im Bereich des ersten und kleineren Außendurchmessers bzw. der ersten Überdeckung einen Kontaktbereich zur Drehmomentübertragung auf. Das heißt, dass der Kraftübertrag durch die Nabe in einem Bereich stattfindet, in dem die Belastung aufgrund des Welle-Nabe-Verbunds geringer ist, während im Bereich des zweiten Außendurchmessers bzw. der zweiten Überdeckung die Nabe ausschließlich durch den Welle-Nabe-Verbund bis an die Belastbarkeitsgrenze geführt werden kann. In dem Abschnitt des Kontaktbereiches kommt es zu Spannungsüberlagerungen, weshalb die Überdeckung bevorzugt nicht maximal ausgeführt wird.
Auf diese Art und Weise kann ein Pressverband zur Verbindung einer Nabe mit einer Welle dahingehend verbessert werden, dass bei gleichbleibender Fähigkeit zur Drehmomentübertragung die Breite der Welle-Nabe-Verbindung reduziert werden kann, das heißt, dass bei Reduzierung des axialen Bauraums die Fähigkeit zur Drehmomentübertragung erhalten bleibt. Alternativ kann bei gleichem axialem Bauraum das übertragbare Drehmoment gesteigert werden.
Vorzugsweise kann der Übergang zwischen dem ersten Außendurchmesser und dem zweiten Außendurchmesser der Welle als Stufe ausgebildet sein. Ein derartiger Übergang ist leicht herstellbar.
Alternativ kann der Übergang zwischen dem ersten Außendurchmesser und dem zweiten Außendurchmesser der Welle konisch ausgebildet sein. Bei einem konischen Übergang lässt sich die Nabe leichter aufschieben, insbesondere verklemmt sie sich nicht im Bereich des zweiten Außendurchmessers. Weiterhin stellt der Bereich des konischen Übergangs eine weitere Kontaktfläche und somit Überdeckung zur Verfügung.
Vorzugsweise kann der konische Bereich 8 mm bis 10 mm breit sein. Generell wird der konische Bereich in seiner Breite an den Durchmesserunterschied angepasst, sodass der Übergang nicht zu abrupt erfolgt. Es hat sich herausgestellt, dass bei dieser Breite mehr oder weniger unabhängig von der Außendurchmesserzunahme ein Optimum dahingehend besteht, dass das Aufschieben der Nabe ermöglicht wird und andererseits dieser Bereich möglichst kurz ausgebildet wird, da in diesem Bereich die Drehmomentübertragung eingeschränkt ist und die maximale Überdeckung nicht erreicht wird.
Vorteilhafterweise kann der Kontaktbereich zum zweiten Außendurchmesser in axialer Richtung beabstandet sein. Das heißt, dass vom Bereich der zweiten Überdeckung ein Abstand vorliegt, so dass die Nabe in diesem Bereich tatsächlich an die Belastungsgrenze herangeführt werden kann.
Vorzugsweise kann der Kontaktbereich als Verzahnung ausgebildet sein. Dementsprechend ist die Nabe ein Zahnrad.
Vorteilhafterweise kann die Breite des Bereichs der ersten Überdeckung 20 bis 25 mm breit sein. Zusätzlich kann die Breite des Bereichs der zweiten Überdeckung 30 bis 50 mm sein. Diese Breiten haben sich als optimal herausgestellt, um Drehmomente bis 800 Nm zu übertragen, ohne dass es zu Beschädigungen der Nabe kommt und wobei die axiale Länge der Nabe minimiert werden konnte.
Vorteilhafterweise ist der Innendurchmesser der Nabe im Wesentlichen konstant. Abgesehen von Bauteiltoleranzen soll der Innendurchmesser also gleichbleibend sein. Alternativ könnte wie beschrieben der Innendurchmesser der Nabe auch variieren, so dass der Außendurchmesser der Welle weniger stark schwanken muss. Es ist jedoch einfacher, den Außendurchmesser der Welle wie gewünscht herzustellen und den Innendurchmesser der Nabe gleichbleibend zu lassen.
Auch können grundsätzlich mehr als zwei Außen- bzw. Innendurchmesser vorgesehen werden. Jedoch wird eine optimale Raumausnutzung bei zwei Überdeckungen und dementsprechend zwei unterschiedlichen Durchmessern erreicht.
Daneben betrifft die Erfindung ein Getriebe für ein Kraftfahrzeug mit wenigstens einer Welle und einer an der Welle befestigten Nabe. Das Getriebe kennzeichnet sich dadurch aus, dass der Welle-Nabe-Verbund wie beschrieben ausgebildet ist.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Figuren und Ausführungsbeispielen. Dabei zeigen:
1 einen Welle-Nabe-Verbund in einer ersten Ausgestaltung, und
2 einen Welle-Nabe-Verbund in einer zweiten Ausgestaltung.
1 zeigt einen Welle-Nabe-Verbund 1 mit einer Nabe 2 und einer Welle 3. Der von der Welle 3 dargestellte Bereich weist zwei Außendurchmesser 4 und 5 auf, wobei der zweite Außendurchmesser 5 größer ist als der erste Außendurchmesser 4. Da der Innendurchmesser der Nabe 2 kleiner ist als der erste Außendurchmesser 4 und der zweite Außendurchmesser 5, ergeben sich eine erste Überdeckung und eine zweite Überdeckung. Die Überdeckung ist definiert als Verhältnis des Außendurchmessers der Welle zum Innendurchmesser der Nabe. Dementsprechend ist die erste Überdeckung kleiner als die zweite Überdeckung. Im Bereich der ersten Überdeckung bzw. des ersten Außendurchmessers 4 weist die Nabe 2 einen Kontaktbereich 6 in Form von Zähnen 7 auf. Dementsprechend findet die Drehmomentübertragung der Nabe 2 im Bereich der ersten Überdeckung statt. Dadurch wird es möglich, im Bereich der zweiten Überdeckung bzw. des zweiten Außendurchmessers 5 die Überdeckung derart auszuführen, dass die Nabe 2 an ihre Belastungsgrenzen gebracht wird. Dementsprechend findet der Reibschluss zwischen Nabe 2 und Welle 3 vermehrt im Bereich des zweiten Außendurchmessers 5 statt, während die Kraftübertragung im Bereich des ersten Außendurchmessers 4 erfolgt. Dadurch kann insgesamt die axiale Länge der Nabe 2 minimiert werden.
Bei der Ausführung gemäß 1 ist der Übergang zwischen dem ersten Außendurchmesser 4 und dem zweiten Außendurchmesser 5 gestuft.
Im Gegensatz dazu zeigt 2 einen konisch ausgebildeten Bereich 8. Der konische Bereich 8 hat eine Breite 9, die für eine optimale Schmiegung ermöglicht; bevorzugt 8 bis 10 mm,. Die Breite 10 des Bereichs der ersten Überdeckung ist im Wesentlichen so breit wie die Verzahnung, bevorzugt 20 bis 25 mm breit.
Der dargestellte Welle-Nabe-Verbund wird bevorzugt in Fahrzeuggetrieben zur Drehmomentübertragung verwendet.
Bezugszeichenliste

1: Welle-Nabe-Verbund
2: Nabe
3: Welle
4: erster Außendurchmesser
5: zweiter Außendurchmesser
6: Kontaktbereich
7: Zahn
8: konischer Bereich
9: Breite
10: Breite

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102010023161 A1 [0004]

Claims

Welle-Nabe-Verbund (1) für ein Getriebe umfassend eine Welle (3) mit wenigstens einem Außendurchmesser (4) und eine Nabe (2) mit wenigstens einem Innendurchmesser, wobei der Innendurchmesser der Nabe (2) kleiner ist als der Außendurchmesser (4) der Welle (3), wodurch eine erste Überdeckung besteht, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (3) einen zweiten Außendurchmesser (5) und/oder die Nabe (2) einen zweiten Innendurchmesser aufweist, der vom ersten Außendurchmesser (4) und/oder ersten Innendurchmesser verschieden ist und die Nabe (2) die Welle (3) an beiden Außendurchmessern (4, 5) und/oder Innendurchmessern umgreift, sodass eine zweite Überdeckung besteht, die größer als die erste ist.
Welle-Nabe-Verbund nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Übergang zwischen dem ersten Außendurchmesser (4) und dem zweiten Außendurchmesser (5) der Welle (3) als Stufe ausgebildet ist.
Welle-Nabe-Verbund nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Übergang zwischen dem ersten Außendurchmesser (4) und dem zweiten Außendurchmesser (5) der Welle (3) konisch ausgebildet ist.
Welle-Nabe-Verbund nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der konische Bereich (8) 8 bis 10 mm breit ist.
Welle-Nabe-Verbund nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nabe (2) im Bereich des ersten Außendurchmessers (4) einen Kontaktbereich (6) zur Drehmomentübertragung aufweist.
Welle-Nabe-Verbund nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktbereich (6) zum zweiten Außendurchmesser (5) in axialer Richtung beabstandet ist.
Welle-Nabe-Verbund nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktbereich (6) als Verzahnung ausgebildet ist.
Welle-Nabe-Verbund nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite des Bereichs der ersten Überdeckung im Wesentlichen der Breite des Kontaktbereichs (6) entspricht.
Welle-Nabe-Verbund nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite 20 bis 25 mm ist.
Welle-Nabe-Verbund nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite des Bereichs der zweiten Überdeckung 30 bis 50 mm ist.
Welle-Nabe-Verbund nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Innendurchmesser der Nabe (2) im Wesentlichen konstant ist.
Getriebe für ein Kraftfahrzeug mit wenigstens einer Welle (3) und einer an der Welle (3) befestigten Nabe (2), dadurch gekennzeichnet, dass der Welle-Nabe-Verbund (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist.
Kraftfahrzeug mit einem Getriebe, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe nach Anspruch 12 ausgebildet ist.