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WO1986000677A1 - Rotary gear element - Google Patents

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WO1986000677A1
WO1986000677A1 PCT/DE1985/000231 DE8500231W WO8600677A1 WO 1986000677 A1 WO1986000677 A1 WO 1986000677A1 DE 8500231 W DE8500231 W DE 8500231W WO 8600677 A1 WO8600677 A1 WO 8600677A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
gear element
gear
element according
lightweight material
support body
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/DE1985/000231
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Erich R. MÜLLER
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ZWN Zahnradwerk Neuenstein GmbH and Co
Original Assignee
ZWN Zahnradwerk Neuenstein GmbH and Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ZWN Zahnradwerk Neuenstein GmbH and Co filed Critical ZWN Zahnradwerk Neuenstein GmbH and Co
Publication of WO1986000677A1 publication Critical patent/WO1986000677A1/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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

Definitions

  • the invention relates to a rotating motor vehicle transmission element, in particular a gearwheel or shaft, with at least one running or support surface made of highly resilient material. It is known to produce the gears and shafts of a transmission either entirely from a heavy-duty metallic material or at least the running or support surfaces, ie the gear rim and the running surface of the hub in the case of a gear and the seats for the gears and the running surfaces for a shaft to manufacture the bearings from a particularly heavy-duty material or to harden them at these points, while these gear elements are otherwise made of a less resilient metal.
  • motor vehicle transmission is to be understood in particular as a car transmission.
  • transmission elements manufactured in a conventional manner are relatively heavy. On the one hand, this increases the total weight of the vehicle, so that each time the vehicle is accelerated, energy must be applied to accelerate the mass of the transmission elements. On the other hand, however, the moment of inertia of the gear elements also increases, so that when the motor accelerates, energy must be expended in order to accelerate the mass-sensitive gear elements in accordance with the desired angular acceleration.
  • gear elements also represent a cost factor if they are made of solid, high-quality material.
  • the invention is therefore based on the object of developing a gear element of the type mentioned in such a way that its weight and the ability to transmit sound vibrations are reduced and that less valuable and expensive materials are required for its production.
  • a support body of the gear element carrying the running or support surface consists at least partially of a lightweight material.
  • the object underlying the invention is thus completely achieved. If you use the lightweight material on those parts of the gear elements that only perform storage and support functions, the weight of the gear element can be significantly reduced, so that this also reduces the vehicle weight when the gear is installed and less energy is used to accelerate the rotating gear elements is.
  • lightweight construction material is only suitable to a limited extent to transmit vibrations, in particular sound vibrations, so that the use of transmission elements according to the invention in motor vehicle transmissions results in a significantly reduced transmission of vibrations of the drive motor via the transmission to the cardan shaft and the body.
  • the transmission elements according to the invention have the advantage that the lightweight construction material is a substantially less valuable material, so that valuable raw materials are saved, apart from the fact that such a composite construction with lightweight construction material also leads to remarkable cost savings.
  • Tool steel for example 16 MnCr 5
  • tool steel that is particularly suitable for ring gears.
  • a plastic in particular a glass fiber or carbon fiber reinforced plastic, can be used as a lightweight material in the context of the present invention, which is characterized by a particularly low weight with sufficient mechanical strength.
  • a ceramic for example a ceramic mat, can also be used as the lightweight material.
  • bitumen can also be used as a lightweight material.
  • the support body is provided with cavities, the weight is further reduced.
  • the gear element is a gearwheel, the ring gear and hub of which are made of the heavy-duty material, while a support body connecting the ring gear to the hub consists of the lightweight material.
  • the support body has a rim carrying the toothed ring, a sleeve surrounding the hub and spokes connecting the rim to the sleeve.
  • the cavities can be arranged in the spokes.
  • the gear element is a hollow gear shaft, the outer layer provided with seats for gear wheels made of the heavy-duty material, while an at least one inner layer supporting body consists of the lightweight material.
  • the hollow shaft has an outer layer made of steel, a first inner layer made of a ceramic mat, and again a second inner layer made of steel.
  • the ceramic mat is preferably 0.5 to 1 mm thick and heat-resistant up to 1400 ° C.
  • This hollow shaft manufactured in sandwich construction which is preferably produced by pressing two steel pipes with a ceramic mat in between, results in a particularly light gear element with low moment of inertia and high damping capacity for mechanical vibrations, in particular structure-borne noise.
  • Figure 1 is a side view of a disc-shaped gear according to the invention.
  • Fig. 2 is a sectional view taken along the line II-II of Fig. 1;
  • FIG. 3 shows a longitudinal section through a hollow shaft transmission according to the invention
  • 10 is a gear as it is used in a motor vehicle transmission.
  • the gearwheel 10 has a ring gear 11 which has teeth 12 and a tooth base 13 which is continuous.
  • the ring gear 11 is supported by a support body 14 in which it sits on an outer rim 15 of the support body 14.
  • An inner sleeve 16 of the support body is connected to the rim 15 via spokes 17.
  • the sleeve 16 encloses a hub 19, which is provided on the inside, for example, with a polygonal profile 20 for an outer polygonal profile or else with grooves for claws of a gear shaft.
  • the ring gear 11 and the hub 19 consist of a mecha nically heavy-duty material, for example a 16 MnCr 5 tool steel.
  • the hub 19 can be pressed into the sleeve 16 of the support body 14 as a bushing.
  • the support body 14 with rim 15, sleeve 16 and spokes 17 is made of a lightweight material, in particular a glass fiber or carbon fiber reinforced plastic.
  • Fig. 3 shows in longitudinal section a transmission hollow shaft 30 which encloses a cavity 31.
  • the hollow gear shaft 30 is manufactured in a sandwich construction and has an outer layer 32, a first inner layer 33 and a second inner layer 34, which are each arranged one inside the other. On the circumference of the hollow transmission shaft 30, 35 and 36 indicate two seats for gears, for example gears according to FIGS. 1 and 2.
  • FIG. 4 shows in a first variant a radial cross section through a hollow shaft 30a constructed in the manner of the hollow transmission shaft 30, which encloses a cavity 31a.
  • the layers are designated 32a, 33a and 34a.
  • claws 37 are provided on the circumference of the hollow shaft 30a in the area of the seats for gearwheels and engage in corresponding grooves in the hub of the gearwheels.
  • FIG. 5 shows a radial section through an exemplary embodiment of a hollow transmission shaft 30b, which encloses a cavity 31b and has layers 32b, 33b, 34b.
  • the hollow shaft 30b is provided on its circumference with a polygon profile 38, which is adapted, for example, to the shape of the polygon profile 20 of the gearwheel 10 according to FIGS. 1 and 2.
  • the exemplary embodiments according to FIGS. 3 to 5 have in common that the outer layer 32 or 32a or 32b consists of a heavy-duty metallic material, for example a tool steel.
  • the first inner layer 33 or 33a or 33b consists of lightweight material, in particular a ceramic, preferably a ceramic mat preferably has a thickness of 0.5 to 1 mm and is heat-resistant up to 1400 °, so that the shaft 30 or 30a or 30b can be hardened after the mechanical processing.
  • the second inner layer 34 or 34a or 34b again consists of a metallic material.
  • the hollow shafts 30 or 30a or 30b can be produced in such a way that two metallic tubes with an interposed ceramic mat are used, which is then brought into the shape according to one of FIGS. 3 to 5 during non-cutting deformation.

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Abstract

A rotary gear element, particularly a toothed wheel (10) or a shaft, has at least one rolling or bearing surface made of a material having a high bearing capacity. In order to reduce the weight and the noise transmission capacity of the body, particularly for gear boxes of motor vehicles, a bearing body (14) of the gear element, supporting the rolling or bearing surface, is made at least partially of a light construction material.

Description

Rotierendes Getriebeelement Rotating gear element

Die Erfindung betrifft ein rotierendes Kraftfahrzeug-Getriebeelement, insbesondere Zahnrad oder Welle, mit mindestens einer, aus hochbelastbarem Material bestehenden Lauf- oder Stützfläche. Es ist bekannt, die Zahnräder und Wellen eines Getriebes entweder gesamthaft aus einem hochbelastbaren metallischen Werkstoff herzustellen oder zumindest die Lauf- oder Stützflächen, d.h. bei einem Zahnrad den Zahnkranz und die Lauffläche der Nabe und bei einer Welle die Sitze für die Zahnräder und die Laufflächen für die Lager aus einem besonders hochbelastbaren Material herzustellen oder an diesen Stellen auszuhärten, während diese Getriebeelemente im übrigen aus einem weniger belastbaren Metall bestehen.The invention relates to a rotating motor vehicle transmission element, in particular a gearwheel or shaft, with at least one running or support surface made of highly resilient material. It is known to produce the gears and shafts of a transmission either entirely from a heavy-duty metallic material or at least the running or support surfaces, ie the gear rim and the running surface of the hub in the case of a gear and the seats for the gears and the running surfaces for a shaft to manufacture the bearings from a particularly heavy-duty material or to harden them at these points, while these gear elements are otherwise made of a less resilient metal.

Unter "Kraftfahrzeug-Getriebe" soll im Rahmen der vorliegenden Erfindung insbesondere ein Pkw-Getriebe verstanden werden.In the context of the present invention, “motor vehicle transmission” is to be understood in particular as a car transmission.

Die Verwendung der geschilderten bekannten rotierenden Getriebeelemente in Kraftfahrzeuggetrieben hat mehrere Nachteile.The use of the known rotating gear elements described in motor vehicle gears has several disadvantages.

Zum einen sind auf herkömmliche Weise hergestellte Getriebeelemente verhältnismäßig schwer. Dies erhöht zum einen das Gesamtgewicht des Fahrzeugs, so daß bei jedem Beschleunigen des Fahrzeugs Energie zum Beschleunigen der Masse der Getriebeelemente aufgebracht werden muß. Zum anderen erhöht sich aber auch das Trägheitsmoment der Getriebeelemente, so daß bei einer Beschleunigung des Motors Energie aufgewandt werden muß, um die massebehafteten Getriebeelemente entsprechend der gewünschten Winkelbeschleunigung zu beschleunigen.On the one hand, transmission elements manufactured in a conventional manner are relatively heavy. On the one hand, this increases the total weight of the vehicle, so that each time the vehicle is accelerated, energy must be applied to accelerate the mass of the transmission elements. On the other hand, however, the moment of inertia of the gear elements also increases, so that when the motor accelerates, energy must be expended in order to accelerate the mass-sensitive gear elements in accordance with the desired angular acceleration.

Ein weiterer Nachteil der Verwendung herkömmlicher Getriebeelemente liegt darin, daß diese aus massivem Metall beste henden Elemente den Körperschall sowie Schwingungen vom Antriebsmotor über das Getriebe auf die Kardanwelle übertragen. Dies bedeutet, daß die vom Antriebsmotor erzeugten Schwingungen auf die Fahrzeugkarosserie übertragen werden und damit den Geräuschpegel im Inneren des Fahrzeugs erhöhen.Another disadvantage of using conventional gear elements is that they are made of solid metal elements transmit the structure-borne noise and vibrations from the drive motor to the cardan shaft via the gearbox. This means that the vibrations generated by the drive motor are transmitted to the vehicle body and thus increase the noise level inside the vehicle.

Weiterhin hat die Verwendung herkömmlicher Getriebeelemente den Nachteil, daß hochwertige Materialien auch dort, wo sie an sich nicht benötigt würden, eingesetzt werden, was im Zuge der allgemeinen Verknappung hochwertiger Rohstoffe unerwünscht ist.Furthermore, the use of conventional gear elements has the disadvantage that high-quality materials are also used where they would not be needed per se, which is undesirable in the course of the general shortage of high-quality raw materials.

Schließlich stellen herkömmlich hergestellte Getriebeelemente auch einen Kostenfaktor dar, wenn sie massiv aus hochwertigem Material hergestellt werden.Finally, conventionally manufactured gear elements also represent a cost factor if they are made of solid, high-quality material.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Getriebeelement der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, daß dessen Gewicht und die Fähigkeit, Schallschwingungen zu übertragen, vermindert wird und daß zu seiner Herstellung weniger wertvolle und teure Werkstoffe benötigt werden.The invention is therefore based on the object of developing a gear element of the type mentioned in such a way that its weight and the ability to transmit sound vibrations are reduced and that less valuable and expensive materials are required for its production.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein die Lauf- oder Stützfläche tragender Stützkörper des Getriebeelementes mindestens teilweise aus einem Leichtbaumaterial besteht.This object is achieved in that a support body of the gear element carrying the running or support surface consists at least partially of a lightweight material.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird damit vollkommen gelöst. Verwendet man nämlich das Leichtbaumaterial an denjenigen Partien der Getriebeelemente, die lediglich Lager- und Stützfunktionen ausüben, kann zum einen das Gewicht des Getriebeelements deutlich vermindert werden, so daß sich hierdurch auch das Fahrzeuggewicht bei eingebautem Getriebe vermindert und zum Drehbeschleunigen der rotierenden Getriebeelemente weniger Energie aufzuwenden ist. Zum anderen ist Leichtbaumaterial nur in vermindertem Umfang geeignet, Schwingungen, insbesondere Schallschwingungen zu übertragen, so daß eine Verwendung erfindungsgemäßer Getriebeelemente bei Kraftfahrzeuggetrieben eine deutlich verminderte Übertragung von Schwingungen des Antriebsmotors über das Getriebe auf die Kardanwelle und die Karosserie ergibt. Hierbei kommt unterstützend hinzu, daß sich die Lauf- oder Stützflächen, die noch aus hochbelastbarem und damit Schwingungen leitendem Material hergestellt werden, nur an den Außenflächen der Getriebeelemente befinden, so daß alle Schwingungen, die über das Getriebe geleitet werden, über Bereiche der Getriebeelemente geführt werden, die aus Leichtbaumaterial bestehen, so daß bei Durchlaufen eines jeden dieser Bereiche diese Schwingungen deutlich gedämpft wer d en.The object underlying the invention is thus completely achieved. If you use the lightweight material on those parts of the gear elements that only perform storage and support functions, the weight of the gear element can be significantly reduced, so that this also reduces the vehicle weight when the gear is installed and less energy is used to accelerate the rotating gear elements is. On the other hand, lightweight construction material is only suitable to a limited extent to transmit vibrations, in particular sound vibrations, so that the use of transmission elements according to the invention in motor vehicle transmissions results in a significantly reduced transmission of vibrations of the drive motor via the transmission to the cardan shaft and the body. This is supported by the fact that the running or support surfaces, which are still made of heavy-duty and thus vibration-conducting material, are only on the outer surfaces of the gear elements, so that all vibrations that are conducted via the gear are guided over areas of the gear elements be made of lightweight material, so that these vibrations are significantly dampened when passing through each of these areas.

Schließlich haben die erfindungsgemäßen Getriebeelemerite den Vorteil, daß das Leichtbaumaterial ein wesentlich weniger wertvolles Material ist, so daß kostbare Rohstoffe gespart werden, abgesehen davon, daß eine derartige Verbundbauweise mit Leichtbaumaterial auch zu bemerkenswerten Kosteneinsparungen führt.Finally, the transmission elements according to the invention have the advantage that the lightweight construction material is a substantially less valuable material, so that valuable raw materials are saved, apart from the fact that such a composite construction with lightweight construction material also leads to remarkable cost savings.

Eine besonders gute Wirkung wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung dann erzielt, wenn das hochbelastete Material ein Werkzeugstahl, beispielsweise 16 MnCr 5 ist, ein Werkzeugstahl, der sich insbesondere für Zahnkränze eignet.A particularly good effect is achieved in the context of the present invention if the highly stressed material Tool steel, for example 16 MnCr 5, is a tool steel that is particularly suitable for ring gears.

Als Leichtbaumaterial kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Kunststoff, insbesondere ein glasfaser- oder kohlefaserverstärkter Kunststoff verwendet werden, der sich durch besonders niedriges Gewicht bei ausreichender mechanischer Festigkeit auszeichnet.A plastic, in particular a glass fiber or carbon fiber reinforced plastic, can be used as a lightweight material in the context of the present invention, which is characterized by a particularly low weight with sufficient mechanical strength.

Man kann jedoch als Leichtbaumaterial auch eine Keramik verwenden, beispielsweise eine Keramikmatte.However, a ceramic, for example a ceramic mat, can also be used as the lightweight material.

Schließlich kann als Leichtbaumaterial auch ein Bitumen verwendet werden.Finally, bitumen can also be used as a lightweight material.

Mit besonderem Vorteil können diese Materialien in der Weise verwendet werden, daß ein Sandwich-Aufbau entsteht, bei dem sich jeweils eine Lage hochbelastbares Material mit einer Lage Leichtbaumaterial abwechselt.These materials can be used with particular advantage in such a way that a sandwich structure is formed in which a layer of heavy-duty material alternates with a layer of lightweight construction material.

Ist, in bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung, der Stützkörper mit Hohlräumen versehen, ergibt sich eine weitere Reduzierung des Gewichtes.If, in a preferred embodiment of the invention, the support body is provided with cavities, the weight is further reduced.

Bei einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das Getriebeelement ein Zahnrad, dessen Zahnkranz und Nabe aus dem hochbelastbaren Material bestehen, während ein den Zahnkranz mit der Nabe verbindender Stützkörper aus dem Leichtbaumaterial besteht. Dieses Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem bevorzugt der Stützkörper aus glasfaser- oder kohlefaserverstärktem Kunststoff besteht, hat sich in praktischen Versuchen besonders bewährt.In a particularly preferred embodiment of the invention, the gear element is a gearwheel, the ring gear and hub of which are made of the heavy-duty material, while a support body connecting the ring gear to the hub consists of the lightweight material. This exemplary embodiment of the invention, in which the support body preferably consists of glass fiber or carbon fiber reinforced plastic, has proven particularly useful in practical tests.

Dies gilt insbesondere dann, wenn der Stützkörper eine den Zahnkranz tragende Felge, eine die Nabe umschließende Hülse sowie die Felge mit der Hülse verbindende Speichen aufweist.This applies in particular if the support body has a rim carrying the toothed ring, a sleeve surrounding the hub and spokes connecting the rim to the sleeve.

Die Hohlräume können bei diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung in den Speichen angeordnet sein.In this exemplary embodiment of the invention, the cavities can be arranged in the spokes.

Insgesamt ergibt sich mit den vorstehend genannten Merkmalen ein Getriebezahnrad, das bei ausreichender mechanischer Stabilität, insbesondere ausreichender Belastbarkeit in den beanspruchten Flächen des Zahnkranzes und ier Nabe ein extrem niedriges Gewicht aufweist. Außerdem müssen bei diesem Zahnrad alle Schwingungen, die beispielsweise von der Welle auf den Zahnkranz übertragen werden, die vorzugsweise mit Hohlräumen versehenen Speichen durchlaufen, die aus dem glasfaser- oder kohlefaserverstärkten Kunststoff bestehen, so daß die Schwingungen in diesem Bereich wirksam gedämpft werden.All in all, the above-mentioned features result in a gear wheel which, with sufficient mechanical stability, in particular with sufficient load-bearing capacity, has an extremely low weight in the stressed surfaces of the ring gear and hub. In addition, all vibrations, which are transmitted, for example, from the shaft to the ring gear, must pass through this sprocket, preferably with cavities provided with spokes, which consist of the glass fiber or carbon fiber reinforced plastic, so that the vibrations in this area are effectively damped.

Ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß das Getriebeelement eine Getriebe-Hohlwelle ist, deren äußere, mit Sitzen für Zahnräder versehene Schicht aus dem hochbelastbaren Material besteht, während ein mindestens eine innere Schicht aufweisender Stützkörper aus dem Leichtbaumaterial besteht. Insbesondere weist die Hohlwelle dabei eine äußere Schicht aus Stahl, darinnen eine erste innere Schicht aus einer Keramikmatte und wiederum darinnen eine zweite innere Schicht aus Stahl auf.Another embodiment of the invention is characterized in that the gear element is a hollow gear shaft, the outer layer provided with seats for gear wheels made of the heavy-duty material, while an at least one inner layer supporting body consists of the lightweight material. In particular, the hollow shaft has an outer layer made of steel, a first inner layer made of a ceramic mat, and again a second inner layer made of steel.

Bevorzugt ist die Keramikmatte 0,5 bis 1 mm dick und bis 1400°C wärmebeständig.The ceramic mat is preferably 0.5 to 1 mm thick and heat-resistant up to 1400 ° C.

Durch diese in Sandwich-Bauweise hergestellte Hohlwelle, die bevorzugt durch Aufeinanderpressen zweier Stahlrohre mit dazwischenliegender Keramikmatte hergestellt wird, ergibt sich ein besonders leichtes Getriebeelement mit geringem Trägheitsmoment und hoher Dämpfungsfähigkeit für mechanische Schwingungen, insbesondere Körperschallschwingungen.This hollow shaft manufactured in sandwich construction, which is preferably produced by pressing two steel pipes with a ceramic mat in between, results in a particularly light gear element with low moment of inertia and high damping capacity for mechanical vibrations, in particular structure-borne noise.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung und der beigefügten Zeichnung.Further advantages result from the description and the attached drawing.

Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und die nachstehend noch erläuterten Merkmale jeweils für sich alleine wie auch in anderen Kombinationen verwendet werden können, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It goes without saying that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used individually as well as in other combinations without departing from the scope of the present invention.

Es versteht sich ferner, daß die vorstehend genannten Getriebeelemente lediglich als Beispiele zu verstehen sind und daß sich die Erfindung ebenso vorteilhaft bei anderen Maschinenteilen einsetzen laßt, bei denen eine Gewichtsverminderung und Körperschalldämpfung erwünscht ist. Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:It also goes without saying that the above-mentioned gear elements are only to be understood as examples and that the invention can also be used to advantage in other machine parts in which weight reduction and structure-borne noise reduction are desired. The invention is illustrated in the drawing and is explained in more detail in the following description. Show it:

Fig. 1 eine Seitenansicht eines scheibenförmigen erfindungsgemäßen Zahnrades;Figure 1 is a side view of a disc-shaped gear according to the invention.

Fig. 2 eine Schnittdarstellung entlang der Linie II-II von Fig. 1;Fig. 2 is a sectional view taken along the line II-II of Fig. 1;

Fig. 3 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Getriebe- Hohlwelle;3 shows a longitudinal section through a hollow shaft transmission according to the invention;

Fig. 4 radiale Schnittdarstellungen zweier Ausführungsund 5 beispiele von Getriebe- Hohlwellen ge mäß Fig. 3.4 radial sectional views of two embodiment and 5 examples of gearbox hollow shafts according to FIG. 3.

In den Fig. 1 und 2 ist 10 ein Zahnrad, wi e es in einem Kraftfahrzeuggetriebe verwendet wird. Das Zahnrad 10 verfügt über einen Zahnkranz 11, der Zähne 12 sowie winen durchgehenden Zahngrund 13 aufweist. Der Zahnkranz 11 wird von einem Stützkörper 14 getragen, in dem er auf einer äußeren Felge 15 des Stützkörpers 14 sitzt. Eine innere Hülse 16 des Stützkörpers ist über Speichen 17 mit der Felge 15 verbunden.1 and 2, 10 is a gear as it is used in a motor vehicle transmission. The gearwheel 10 has a ring gear 11 which has teeth 12 and a tooth base 13 which is continuous. The ring gear 11 is supported by a support body 14 in which it sits on an outer rim 15 of the support body 14. An inner sleeve 16 of the support body is connected to the rim 15 via spokes 17.

Die Hülse 16 umschließt eine Nabe 19, die an ihrer Innenseite beispielsweise mit einem Polygon-Profil 20 für ein Außen-Polygon-Profil oder aber auch mit Nuten für Klauen einer Getriebewelle versehen ist.The sleeve 16 encloses a hub 19, which is provided on the inside, for example, with a polygonal profile 20 for an outer polygonal profile or else with grooves for claws of a gear shaft.

Wie man aus der Schnittdarstellung gemäß Fig. 2 erkennt, bestehen der Zahnkranz 11 und die Nabe 19 aus einem mecha nisch hochbelastbaren Material, beispielsweise einem 16 MnCr 5 Werkzeugstahl. Die Nabe 19 kann dabei als Buchse in die Hülse 16 des Stützkörpers 14 eingepresst sein.As can be seen from the sectional view according to FIG. 2, the ring gear 11 and the hub 19 consist of a mecha nically heavy-duty material, for example a 16 MnCr 5 tool steel. The hub 19 can be pressed into the sleeve 16 of the support body 14 as a bushing.

Im Gegensatz hierzu besteht der Stützkörper 14 mit Felge 15, Hülse 16 und Speichen 17 aus einem Leichtbaumaterial, insbesondere einem glasfaser- oder kohlefaserverstärkten Kunststoff.In contrast, the support body 14 with rim 15, sleeve 16 and spokes 17 is made of a lightweight material, in particular a glass fiber or carbon fiber reinforced plastic.

In der oberen Hälfte von Fig. 2 sind mit einer strichpunktierten Linie zwei unterschiedliche Ausführungsbeispiele angedeutet. Oberhalb der strichpunktierten Linie ist angedeutet, daß die Speiche 17 massiv aus Leichtbaumaterial besteht, während unterhalb der strichpunktierten Linie 17 ein Hohlraum 18 angedeutet ist, der zu einer weiteren Gewichtsverminderung des Zahnrades 10 führt. Es versteht sich, daß im Bereich des aus Leichtbaumaterial bestehenden Stützkörpers 14 auch andere, an sich bekannte Versteifungstechniken mit Rippen und dergleichen zur Gewichtseinsparung verwendet werden können, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.In the upper half of FIG. 2, two different exemplary embodiments are indicated with a dash-dotted line. Above the dash-dotted line it is indicated that the spoke 17 consists of solid lightweight material, while below the dash-dotted line 17 a cavity 18 is indicated, which leads to a further reduction in weight of the gear wheel 10. It goes without saying that in the area of the support body 14 made of lightweight material, other known stiffening techniques with ribs and the like can also be used to save weight without departing from the scope of the present invention.

Fig. 3 zeigt im Längsschnitt eine Getriebe-Hohlwelle 30, die einen Hohlraum 31 umschließt.Fig. 3 shows in longitudinal section a transmission hollow shaft 30 which encloses a cavity 31.

Die Getriebe-Hohlwelle 30 ist in Sandwich-Bauweise hergestellt und weist eine äußere Schicht 32, eine erste innere Schicht 33 sowie eine zweite innere Schicht 34 auf, die jeweils ineinander angeordnet sind. Auf dem Umfang der Getriebe-Hohlwelle 30 sind mit 35 und 36 zwei Sitze für Zahnräder, beispielsweise Zahnräder gemäß Fig. 1 und 2 angedeutet.The hollow gear shaft 30 is manufactured in a sandwich construction and has an outer layer 32, a first inner layer 33 and a second inner layer 34, which are each arranged one inside the other. On the circumference of the hollow transmission shaft 30, 35 and 36 indicate two seats for gears, for example gears according to FIGS. 1 and 2.

Fig. 4 zeigt in einer ersten Variante einen radialen Querschnitt durch eine nach Art der Getriebe-Hohlwelle 30 aufgebaute Hohlwelle 30a, die einen Hohlraum 31a umschließt. Die Schichten sind bei diesem Ausführungsbeispiel mit 32a, 33a und 34a bezeichnet.4 shows in a first variant a radial cross section through a hollow shaft 30a constructed in the manner of the hollow transmission shaft 30, which encloses a cavity 31a. In this exemplary embodiment, the layers are designated 32a, 33a and 34a.

Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 sind am Umfang der Hohlwelle 30a im Bereich der Sitze für Zahnräder Klauen 37 vorgesehen, die in entsprechende Nuten in der Nabe der Zahnräder eingreifen.In the exemplary embodiment according to FIG. 4, claws 37 are provided on the circumference of the hollow shaft 30a in the area of the seats for gearwheels and engage in corresponding grooves in the hub of the gearwheels.

Demgegenüber zeigt Fig. 5 einen radialen Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel einer Getriebe-Hohlwelle 30b, die einen Hohlraum 31b umschließt und Schichten 32b, 33b, 34b aufweist.5 shows a radial section through an exemplary embodiment of a hollow transmission shaft 30b, which encloses a cavity 31b and has layers 32b, 33b, 34b.

Die Hohlwelle 30b ist an ihrem Umfang mit einem Polygon-Profil 38 versehen, das beispielsweise der Form des PolygonProfils 20 des Zahnrades 10 gemäß Fig. 1 und 2 angepaßt ist.The hollow shaft 30b is provided on its circumference with a polygon profile 38, which is adapted, for example, to the shape of the polygon profile 20 of the gearwheel 10 according to FIGS. 1 and 2.

Den Ausführungsbeispielen gemäß den Fig. 3 bis 5 ist gemeinsam, daß die äußere Schicht 32 bzw. 32a bzw. 32b aus einem hochbelastbaren metallischen Werkstoff, beispielsweise einem Werkzeugstahl, besteht. Die erste innere Schicht 33 bzw. 33a bzw. 33b besteht hingegen aus Leichtbaumaterial, insbesondere einer Keramik, vorzugsweise einer Keramikmatte, die bevorzugt eine Dicke von 0,5 bis 1 mm hat und bis 1400° wärmebeständig ist, so daß die Welle 30 bzw. 30a bzw. 30b nach dem mechanischen Bearbeiten gehärtet werden kann.The exemplary embodiments according to FIGS. 3 to 5 have in common that the outer layer 32 or 32a or 32b consists of a heavy-duty metallic material, for example a tool steel. The first inner layer 33 or 33a or 33b, on the other hand, consists of lightweight material, in particular a ceramic, preferably a ceramic mat preferably has a thickness of 0.5 to 1 mm and is heat-resistant up to 1400 °, so that the shaft 30 or 30a or 30b can be hardened after the mechanical processing.

Die zweite innere Schicht 34 bzw. 34a bzw. 34b besteht hingegen wieder aus einem metallischen Werkstoff.By contrast, the second inner layer 34 or 34a or 34b again consists of a metallic material.

Man kann die Hohlwellen 30 bzw. 30a bzw. 30b so herstellen, daß man zwei metallische Rohre mit dazwischenliegender Keramikmatte verwendet, die dann bei spanloser Verformung in die Form gemäß einer der Fig. 3 bis 5 gebracht wird. The hollow shafts 30 or 30a or 30b can be produced in such a way that two metallic tubes with an interposed ceramic mat are used, which is then brought into the shape according to one of FIGS. 3 to 5 during non-cutting deformation.

Claims

Patentansprüche Claims 1. Rotierendes Kraftfahrzeug-Getriebeelement, insbesondere Zahnrad (10) oder Welle (30), mit mindestens einer, aus hochbelastbarem Material bestehender Lauf- oder Stützfläche, dadurch gekennzeichnet, daß ein die Laufoder Stützfläche tragender Stützkörper (14) des Getriebeelementes mindestens teilweise aus einem Leichtbaumaterial besteht.1. Rotating motor vehicle gear element, in particular gear (10) or shaft (30), with at least one running or support surface made of heavy-duty material, characterized in that a supporting body (14) of the gear element carrying the running or support surface consists at least partially of a Lightweight material exists. 2. Getriebeelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das hochbelastete Material ein Werkzeugstahl, beispielsweise 16 MnCr 5, ist.2. Gear element according to claim 1, characterized in that the highly loaded material is a tool steel, for example 16 MnCr 5. 3. Getriebeelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Leichtbaumaterial ein Kunststoff ist.3. Gear element according to claim 1 or 2, characterized in that the lightweight material is a plastic. 4. Getriebeelement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoff glasfaserverstärkt ist.4. Gear element according to claim 3, characterized in that the plastic is glass fiber reinforced. 5. Getriebeelement nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoff kohlefaserverstärkt ist.5. Gear element according to claim 3 or 4, characterized in that the plastic is carbon fiber reinforced. 6. Getriebeelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Leichtbaumaterial eine Keramik ist.6. Gear element according to claim 1 or 2, characterized in that the lightweight material is a ceramic. 7. Getriebeelement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Keramik eine Keramikmatte ist. 7. Gear element according to claim 6, characterized in that the ceramic is a ceramic mat. 8. Getriebeelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Leichtbaumaterial ein Bitumen ist.8. Gear element according to claim 1 or 2, characterized in that the lightweight material is a bitumen. 9. Getriebeelement nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Stützkörper (14) mit Hohlräumen (18; 31) versehen ist.9. Gear element according to one of claims 1 to 8, characterized in that the support body (14) with cavities (18; 31) is provided. 10. Getriebeelement nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Getriebeelement ein Zahnrad (10) ist, dessen Zahnkranz (11) und Nabe (19) aus dem hochbelastbaren Material bestehen, während ein den Zahnkranz (11) mit der Nabe (19) verbindender Stützkörper (14) aus dem Leichtbaumaterial besteht.10. Gear element according to one of claims 1 to 9, characterized in that the gear element is a gear (10), the ring gear (11) and hub (19) consist of the heavy-duty material, while a ring gear (11) with the hub (19) connecting support body (14) consists of the lightweight material. 11. Getriebeelement nach Anspruch 10, dadurch gek ennzeichnet, daß der Stützkörper (14) eine den Zahnkranz (11) tragende Felge (15), eine die Nabe (19) mschließende Hülse (16) sowie die Felge (15) mit der Hülse (16) verbindende Speichen (17) aufweist.11. Gear element according to claim 10, characterized in that the support body (14) has a rim (15) carrying the ring gear (11), a sleeve (16) closing the hub (19) and the rim (15) with the sleeve ( 16) has connecting spokes (17). 12. Getriebeelement nach Anspruch 9 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlräume (18) in den Speichen (17) angeordnet sind.12. Gear element according to claim 9 and 11, characterized in that the cavities (18) in the spokes (17) are arranged. 13. Getriebeelement nach einem der Ansprüche 1 bis 9 , dadurch gekennzeichnet, daß das Getriebeelement eine Getriebe-Hohlwelle (30) ist, deren äußere, mit Sitzen (35, 36) für Zahnräder (10) versehene Schicht (32) aus dem hochbelastbaren Material besteht, während ein mindestens eine innere Schicht (33) aufweisender Stützkörper aus dem Leichtbaumaterial besteht. 13. Gear element according to one of claims 1 to 9, characterized in that the gear element is a hollow gear shaft (30), the outer, with seats (35, 36) for gears (10) provided layer (32) made of the heavy-duty material consists, while a support body having at least one inner layer (33) consists of the lightweight material. 14. Getriebeelement nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlwelle (30) eine äußere Schicht (32) aus Stahl, darinnen eine erste innere Schicht (33) aus einer Keramikmatte und wiederum darinnen eine zweite Innere Schicht (34) aus Stahl aufweist.14. Gear element according to claim 13, characterized in that the hollow shaft (30) has an outer layer (32) made of steel, therein a first inner layer (33) made of a ceramic mat and in turn a second inner layer (34) made of steel. 15. Getriebeelement nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Keramikmatte 0,5 bis 1mm dick und bis 1400°C wärmebeständig ist.15. Gear element according to claim 14, characterized in that the ceramic mat is 0.5 to 1mm thick and heat-resistant up to 1400 ° C. 16. Kraftfahrzeuggetriebe, gekennzeichnet durch die Verwendung von Getriebeelementen nach einem der vorhergehenden Ansprüche. 16. Motor vehicle transmission, characterized by the use of transmission elements according to one of the preceding claims.
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