用于电驱动装置的呈稳定的轻量化结构形式的齿轮体的制作方法

1.本发明涉及一种用于电驱动装置的呈降低结构噪声的轻量化结构形式的齿轮体，齿轮体具有齿圈和轮毂，轮毂在轴座和齿圈之间具有基本上在径向平面之内延伸的结构化的桥接部。


背景技术：

2.本发明的应用领域主要在于具有实心的轻量化结构传动元件的电驱动技术，尤其是在汽车工业中在用于电动车的应用中。因为没有从内燃机中已知的屏蔽噪声，电子变速器的低的噪声排放对于车辆乘员来说也觉得是部分干扰。
3.在电驱动装置中，整个系统的质量起到非常重要的作用。因此，驱动齿轮要求轻量化结构设计并且通过在轴座和齿圈之间实现降低质量的桥接部来降低齿轮体的质量。
4.由于在电动车中的变速器的使用寿命规定，使得对单个齿轮的耐用度的要求显著提高，主要可通过增大齿轮直径和/或齿宽度来提高耐用度。
5.满足上述边界条件的主要手段是，为了在最小的齿轮质量时保证耐用度，优化齿轮体的设计。然而因为以上描述的边界条件，在轻量化结构齿轮中，齿轮毂的内轴座和外齿圈都无法考虑设计优化。因此，仅仅能在齿轮的位于中间的桥接部中实现设计变化。但是，该设计变化不允许牺牲规定的扭矩传递。
6.在具有用于增大每个齿的啮合面积的斜齿部的齿轮啮合时，尤其由于齿轮变形但是也由于轴变形、轴承间隙、壳体变形出现接触斑点位移，由此，在齿宽度上没有形成均匀的负载分布，当齿部的边缘区域啮合时，这可导致干扰性的结构噪声排放。
7.使这种噪声排放最小化的常见方式在于优化齿部的宏观和微观几何结构。但是，这种措施有时也是不够的。另一新的方案在于，通过齿轮体的最佳结构使在负载下接触斑点移动最小，以便没有如此剧烈地加载齿部的边缘区域。
8.因此，设计变速器和单个齿轮体的挑战在于，以其它的方式减小由于齿轮体的动态变形引起的定向误差。
9.从现有技术中已知的考虑齿轮的轻量化结构要求的方案常常仅仅针对减小重量。通过ep 3 667 124 a1已知相关的公开内容，在其中在金属的轴座和金属的齿圈之间，齿轮毂通过由塑料(树脂)制成的桥接部与均匀分布的孔结构和在齿圈的每个单个齿区域的槽中的接合部相连接。在此，对于齿轮的刚性和耐久性来说，非整体的结构形式是不利的。可惜的是，没有说明由在负载下且以高转速啮合的齿轮体的齿侧面的定向误差引起的结构噪声排放，同样基本上没有提到现有的固有频率谱。
10.用于减小重量的其他常见解决方案基于在齿轮体的桥接部中的减小质量，其方式是或者引入孔模型，或者成型出辐条，或者使用两种方案的组合，如在图2中示例性地示出的那样。


技术实现要素：

11.本发明的任务是，寻求用于设计电驱动装置的呈降低结构噪声的轻量化结构形式的齿轮体的方案，在其中，使在负载下的接触斑点移动最小，使得不产生电驱动装置的干扰性的结构噪声排放。
12.在用于电驱动装置的呈降低结构噪声的轻量化结构形式的齿轮体中，齿轮体具有齿圈和轮毂，轮毂在轴座和齿圈之间具有基本上在径向平面之内延伸的结构化的桥接部，该任务通过以下方式实现，即，桥接部具有肋部式加厚的螺旋形的结构，并且螺旋形的结构如此定向，使得其螺旋形状至少在齿圈处以倾斜的角度到达。
13.有利地，螺旋形的结构布置成，其螺旋形状附加地以倾斜的角度到达轴座。
14.在一种优选的变型方案中，桥接部可通过绕齿轮体的旋转轴线在两个相继的径向平面中的螺旋形的结构构成。在此，螺旋形的结构适宜地在桥接部的所述两个相继的径向平面中彼此相反地绕齿轮体的旋转轴线布置。有利地，在桥接部的所述两个相继的径向平面中的螺旋形的结构可在唯一的整体的桥接部中相连接，其中，适宜地可通过增材式的或减材式的制造方法制造桥接部的所述两个径向平面的整体地相连接的螺旋形的结构(图3)。
15.在桥接部的第一设计方案中，螺旋形的结构有利地可具有相同大小并且布置成绕齿轮体的旋转轴线具有相同的切向距离。
16.在第二实施方案中，螺旋形的结构优选地具有相同大小，并且布置成绕齿轮体的旋转轴线具有不同的切向距离，但是关于旋转轴线具有2n重的旋转对称性，以避免不平衡。
17.在此，桥接部具有相邻的不同结构化的具有不同的质量分布的扇形部，扇形部成对地存在并且在绕齿轮体的旋转轴线旋转180
°
之后可重合。在此，适宜地可通过改变螺旋形的结构、凹口的位置、数量或大小或者用于质量分布的变量的组合，调整在不同扇形部中的不同的质量分布。
18.有利地，桥接部的结构可通过由肋部、凹口、瓦楞形的结构、筋部或凹部组成的螺旋形的结构中的至少两个的组合构成。
19.本发明基于的认识是，在轻量化结构齿轮中，齿轮的质量主要集中在旋转轴线之外，并且由于减薄的轮毂(在轴座和齿圈之间的桥接部)可能产生齿轮体的相对低的固有频率。
20.现在，本发明的核心想法在于，以这样的方式改变传统上已经使用的在齿轮体的轴座和齿圈之间的桥接部之内的径向辐条或筋部和/或孔结构的构造方案，即，在维持齿轮体的尽可能高的轻量化结构形式同时，产生桥接部的辐条或筋部结构的螺旋形的形状，必要时该结构设有缺口或凹口。
21.由于在径向、轴向和切向方向上作用到齿圈上的负载作用的组合，在桥接部中的肋部、辐条或相似结构尤其是应布置成相对于齿圈成角度或倾斜，在此优选地倒圆或弯曲。
22.优选地，这种螺旋结构在桥接部的不同径向平面中彼此相反地定向，或者可通过相应地成型的凹口由桥接部的剩余材料构成。与在相同质量时的径向肋部或辐条结构相比，由此构成的具有螺旋形的、肋部形的结构的根据本发明的齿轮具有更高的固有频率和更低的接触斑点位移。
23.通过螺旋形的结构元件(辐条、筋部或凹口)通过其绕旋转轴线非周期性的分布布
置在齿轮的桥接部中，实现用于抑制结构噪声排放的尤其优选的解决方案。由此，产生不均匀的质量分布，但是其(在没有不平衡的情况下)具有绕旋转轴线的至少二重的旋转对称性，从而对称的固有模态被分解并且将其分布到不同的频率上。
24.为了偏离周期性的质量均匀分布，当轮毂构造成在轴座和齿圈之间的近似圆环形的桥接部时，在制造齿轮确切的说其轮毂时主要有以下解决方案：
[0025]-开口(任意制造的凹口或缺口)的非周期性的位置、形状或大小，
[0026]-相继的肋部或辐条的非周期性的位置、形状或大小，或者
[0027]-由非周期性的相继的筋部、凹部或相似结构组成的桥接部的瓦楞形设计。
[0028]
此外，这些解决方案中的至少两个的组合也是可行的。
[0029]
如下说明在齿轮毂上的桥接部的与周期性或对称性有区别的结构。不存在狭义上的旋转对称性，而是仅仅存在广义上的旋转对称，也就是说，相对于齿轮的旋转轴线，桥接部的结构具有偶数的多重性(c＝2n，其中n＝1、2、3、
…
)。这意味着，在为至少两个不同结构造型时，在齿轮旋转之后，相应的结构必须与相同造型的结构重合。为了非周期性的质量分布，在轮毂的相邻的扇形部中形成至少两种不同的质量分布。
[0030]
将齿轮的至少两个固有频率分割成不同频率的振动模态的这种所述偏离周期性的方式实现，如果分割的频率彼此足够远，则减少了对称的固有频率的叠加，由此抑制了谐振峰值。
[0031]
通过本发明，通过具有螺旋形的结构的桥接部的稳定的齿轮设计实现用于设计电驱动装置的呈降低结构噪声的轻量化结构形式的齿轮体的新方案，在其中，显著提高了齿轮体的谐振频率，并且使齿轮体在负载下的接触斑点移动最小，使得齿部的边缘区域受到强度更小的负载并且由此不产生电驱动装置的干扰性的结构噪声排放。。
[0032]
有利地，齿轮体构造成正齿轮。
[0033]
此外，本发明涉及一种用于转变电动机的转速和/或扭矩的具有至少两个正齿轮的变速器装置，其特征在于，齿轮构造成正齿轮并且如所述的那样构造。
[0034]
此外，本发明涉及一种用于机动车的电的轴驱动装置，其具有至少一个电动机、变速器装置、差速器和逆变器。电的轴驱动装置的特征在于，变速器装置如所述的那样构造。
[0035]
此外，本发明涉及一种机动车，其包括所述的电的车轴和/或所述的变速器装置。
附图说明
[0036]
接下来根据实施例和附图详细解释本发明。其中：
[0037]
图1示出了具有螺旋形的肋部的呈轻量化结构形式的根据本发明的齿轮体的示意图，肋部以倾斜的角度到达齿圈上；
[0038]
图2示出了以对于轻量化结构形式通常的实施方案的根据现有技术的传统的齿轮体的示意图，该齿轮体具有径向的肋部和孔；
[0039]
图3示出了具有尤其稳定的轻量化结构形式的根据本发明的齿轮体的优选的实施方案，在其中，在两个轴向错开的径向平面中存在相反地螺旋形地成型的肋部，其中，图3a示出了前部视图，并且图3b示出了后部视图；
[0040]
图4示出了本发明的一种有利的实施方案，在其中，螺旋形地从内部倾斜地到达齿圈上的肋部与从外部作用到斜齿部上的切向力相反地指向；
[0041]
图5示出了本发明的另一尤其有利的实施方案，在其中，螺旋形地从内部倾斜地到达齿圈上的肋部不是绕齿轮的旋转轴线均匀分布，而是具有绕旋转轴线的二重的旋转对称性；
[0042]
图6以俯视图(6a)和轴向截面(6b)示出了具有螺旋形地实施的筋部和/或凹部的根据本发明的齿轮体的另一优选的实施方案，其中，筋部在两个不同的径向平面中的螺旋方向可彼此相反。
具体实施方式
[0043]
图1用于说明呈根据本发明的轻量化结构形式的齿轮体的基本结构。齿轮体1包括齿圈11和齿轮毂12。
[0044]
为了在与例如电动机(未示出)的驱动轴的第二齿轮啮合时增大接触面积，齿圈11设有斜齿。为了以轻量化结构形式的方式减小重量，齿轮毂12构造成比齿圈11更窄，从而在轴座13和齿圈11之间构造基本上在径向平面之内延伸的桥接部14，桥接部设有螺旋形地加厚的肋部式的结构，其中，该结构由肋部3或筋部51(仅仅在图6中示出)与例如以孔或其它不同于圆形的开口的形式的凹口4和/或另外的瓦楞形的结构5、例如凹部52交替地构成。在此，由肋部3或通过筋部51产生的结构如此构造，使得其螺旋形至少在齿圈11处以倾斜的角度到达，从而所有肋部3在齿圈11上的接入点中与外部作用在齿圈11上的切向力反作用。有利地，在轴座13上也可设置肋部3的倾斜位置(在此未示出)。在这种基础示例中，肋部3和凹口4以相同的大小并且以相同的径向和切向距离绕齿轮体1的旋转轴线2布置。
[0045]
为了说明整体问题，在图2中以简化成基本结构的方式示出了根据现有技术的呈传统设计方案的轻量化结构形式。齿轮体1通过在桥接部14上的径向的肋部3或者可能的辐条被结构化，其中，肋部3绕旋转轴线2均匀分布，并且(由于径向的定向)从内部正交地到达齿圈11。
[0046]
在图3的示意图中示出了根据本发明的解决方案。以简化成基本结构的方式以俯视图以前部视图(图3a)和后部视图(图3b)示出了齿轮体1，其中，在齿圈11和轴座13之间示出了在两个相继的径向平面中的桥接部14，在径向平面中，有目的地制造具有相反的定向的螺旋形的肋部3。由肋部3产生的结构可轴向分离地相叠地布置，但是或者可在所述两个径向平面之间过渡到彼此中。
[0047]
由于通过增材式和减材式制造方法带来在齿轮的轻量化结构形式中的新型方案，可简单地制造该示例示出的结构，以用于将两个径向平面的交叉的螺旋形的肋部3制成桥接部14的唯一的整体结构。在交叉的螺旋形的肋部3之外，在整体结构中形成具有近似扁桃形的外形的特殊成型的凹口4。通过彼此相反地定向的螺旋形的肋部3，齿轮体1的该设计特别稳定并且尤其适合用于具有运行方向反转的交变负载。
[0048]
图4以立体图示出了齿轮体1的再一实施方案，在其中，桥接部14再次具有显著厚度的螺旋形的肋部3，并且在肋部之间通过作为凹口4的孔减薄，从而形成具有与外部地作用在齿圈11上的切向力相反地定向的、肋部3或筋部51或辐条结构的接入角度的辐条结构形式。
[0049]
在图5中可以立体的俯视图看出齿轮体1的尤其优选的实施方案。
[0050]
在齿轮体1的该设计方案中，将在特定的扭矩范围中可能叠加成谐振峰值的高的
固有频率分割到两个不同的频率范围上。该方案在于，在布置肋部3或筋部51和可选地位于其之间的凹口4的结构时，将狭义上的绝对的质量均匀分布或旋转对称性改变成广义上的旋转对称性。
[0051]
为此，在齿轮体1的桥接部14中设置至少两个不同结构化的扇形部141、142，扇形部分别具有关于旋转轴线2轴对称地相对的相同的对应部。在此，不同结构化意味着，相邻的扇形部141、142具有彼此不同的质量分布(质量差异)，在齿轮体1绕旋转轴线2旋转时该质量差异在不同频率下产生不同的固有模态，从而这些固有模态没有叠加成谐振峰值。
[0052]
由于成对地轴对称地相对的具有相同结构的扇形部141、142，此时在齿轮体1旋转时没有产生不平衡。为此在图5中，在示出的扇形部141、142中，或者作为三重结构布置分别在其之间具有相同大小和形状的开口4的肋部3(扇形部141)，或者作为在两个开口4之间唯一的肋部3(扇形部142)，由此，显然在扇形部141、142中的质量分布明显不同。
[0053]
由于通过增材式和减材式制造方法带来在齿轮体1的轻量化结构形式中的新型方案，图5的示例不限制在所示出的圆形的开口4上，而是可通过任意成型的凹口4、例如倒圆的三角形，四边形，任意多边形，椭圆形等替代或者与其组合。
[0054]
在图6中，采取了根据图1或图4的原理制造的具有瓦楞形的结构5的齿轮体1的桥接部14的结构，例如在图6a的俯视图中示出。
[0055]
可看出由螺旋形的筋部51和螺旋形地错开的凹部52组成的交替地螺旋形地构造的结构，其中，筋部和凹部分别共同地同样实现一种肋部或辐条结构，如在图6b中的轴向截面中可见。在该图示中，以装到轴柄6上的方式示出了轴座13，轴柄尤其是对浮动地支承齿轮体1的驱动轴(未示出)很重要。
[0056]
在图6a中示出的筋部51也可通过变形构造成以肋部3的形式的具有更高刚性的加厚部。同样，螺旋形地错开的凹部52适合借助于变形步骤(冲裁，压制等)通过错开的凹部52的螺旋形地伸延的压制边缘为进一步提高桥接部14的刚性做出贡献。此外，根据不均匀的质量分布的原则，筋部51和错开的凹部52也可布置在相邻的扇形部141和142(仅仅在图5中示出)中，以用于产生未叠加成谐振的不同的固有频率。
[0057]
通过以上所述的本发明的实施变型方案，通过以下方式将在以主要在减小质量的桥接部14中轻量化设计的齿轮体1中通常的具有肋部3的径向结构转变成更稳定的设计方案，即，将在轴座13和齿圈11之间的肋部或相似结构造型成具有至少在齿圈11处以倾斜的角度到达的端部的螺旋形的结构。只要在齿轮体1的齿圈11和轴座13之间存在螺旋形的伸延或者该结构在内部在齿圈11上存在倾斜的接入角度，这种结构化不限制在所述结构的形式及其制造方案上。此外，其它降低结构噪声产生的方案也属于本发明，只要通过螺旋形地布置的结构将沿着桥接部14的切向方向非周期性的结构布置方案调整成至少二重的旋转对称性。
[0058]
附图标记列表
[0059]
1齿轮体
[0060]
11齿圈
[0061]
12轮毂
[0062]
13轴座
[0063]
14桥接部
[0064]
141 结构化的扇形部
[0065]
142 结构化的扇形部
[0066]
2 旋转轴线
[0067]
3 肋部
[0068]
4 凹口/开口
[0069]
5 螺旋形的/瓦楞形的结构
[0070]
51 螺旋形的筋部
[0071]
52 螺旋形地错开的凹部
[0072]
6 轴柄