DE102011015641A1

DE102011015641A1 - Steckverzahnung

Info

Publication number: DE102011015641A1
Application number: DE102011015641A
Authority: DE
Inventors: Michael Stehle
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2011-03-31
Filing date: 2011-03-31
Publication date: 2012-10-04

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Steckverzahnung in einer Drehmomentübertragungseinrichtung eines Antriebsstrangs mit zwei mit Umfangsspiel axial ineinander greifenden Verzahnungsteilen. Um einen Spielausgleich zwischen zwei Teilaggregaten der Drehmomentübertragungseinrichtung bei gleichzeitiger Vermeidung von Klappergeräuschen vorsehen zu können, ist zumindest ein Verzahnungsteil aus Blech gestanzt und weist eine eine Verzahnungsgeometrie bildende axial angeformte Hüllkontur mit über den Umfang verteilten Zähnen mit Zahnflanken auf, in welchen Zahnflanken in Umfangsrichtung das Umfangsspiel ausgleichende Mittel integriert sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Steckverzahnung in einer Drehmomentübertragungseinrichtung eines Antriebsstrangs mit zwei mit Umfangsspiel axial ineinander greifenden Verzahnungsteilen.
Aus der WO 2007/000151 A2 ist eine als Kupplungsaggregat ausgebildete Drehmomentübertragungseinrichtung bekannt. Die in einem Antriebsstrang mit einer Brennkraftmaschine und einem Getriebe vorgesehene Drehmomentübertragungseinrichtung ist bis zur Endmontage des Antriebsstrangs in zwei Teilaggregate – einen Drehschwingungsdämpfer und ein Kupplungsaggregat wie Doppelkupplung – aufgeteilt, wobei der Drehschwingungsdämpfer an der Brennkraftmaschine und das Kupplungsaggregat an dem Getriebe, beispielsweise einem Doppelkupplungsgetriebe angeordnet ist. Während der Endmontage wird mittels einer Steckverbindung in Form einer Steckverzahnung ein Drehschluss zwischen den beiden Teilaggregaten und damit zwischen Brennkraftmaschine und Getriebe hergestellt. Um einen Versatzausgleich der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine und der oder den Getriebeeingangswelle(n) zu ermöglichen, ist die Steckverzahnung mit Umfangsspiel ausgelegt, wobei zur Verminderung oder Vermeidung von Klappergeräuschen das Umfangsspiel elastisch ausgeglichen wird, indem ein Verzahnungsteil mittels zweier gegeneinander entgegen der Wirkung einer aus mehreren in Umfangsrichtung wirksamen und über den Umfang verteilten Schraubenfedern gebildeten Federeinrichtung gegeneinander verdrehbarer Verzahnungselemente eines Teilaggregats in einen Verzahnungsteil des anderen Teilaggregats eingreift. Das dem Kupplungsaggregat zugeordnete Verzahnungsteil ist aus Blech mittels eines Stanz- und Materialumformungsverfahrens hergestellt. Die beiden Verzahnungselemente sind als massive Ringteile an dem Drehschwingungsdämpfer vorgesehen und erfordern einen entsprechenden Materialaufwand.
Aufgabe der Erfindung ist die Weiterbildung einer Steckverzahnung in einer Drehmomentübertragungseinrichtung insbesondere zur Einschränkung des Materialaufwandes.
Die Aufgabe wird durch eine Steckverzahnung in einer Drehmomentübertragungseinrichtung eines Antriebsstrangs mit zwei mit Umfangsspiel axial ineinander greifenden Verzahnungsteilen gelöst, wobei zumindest ein Verzahnungsteil aus Blech gestanzt ist und eine eine Verzahnungsgeometrie bildende axial angeformte Hüllkontur mit über den Umfang verteilten Zähnen mit Zahnflanken aufweist, in welchen Zahnflanken in Umfangsrichtung das Umfangsspiel ausgleichende Mittel integriert sind. Gemäß dem erfinderischen Gedanken wird auf diese Weise ein Umfangsspiel zwischen den beiden Verzahnungsteilen direkt ausgeglichen, eine Ausbildung eines zweiteiligen Verzahnungsrings mit zwei gegeneinander in Umfangsrichtung federbeaufschlagten Verzahnungselementen kann entfallen.
Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel können die in Umfangsrichtung das Umfangsspiel ausgleichenden Mittel einteilig in bevorzugt eines der beiden Verzahnungsteile aufgenommen sein, so dass die Steckverzahnung zweiteilig ausgebildet werden kann. Hierzu können die Mittel in Form von aus den Zahnflanken in Umfangsrichtung ausgestellten Nocken gebildet sein. Hierbei werden in den Zahnflanken zwei zueinander parallele, beispielsweise bezogen auf eine Drehachse des Verzahnungsteils radial, axial oder in eine andere Richtung ausgerichtete Trennschnitte vorgesehen, deren dazwischen befindliches Material aus einer Ebene der Zahnflanken nach außen unter Bildung der Nocken ausgeformt wird. Derartige, an mehreren, bevorzugt allen Zähnen ausgebildete Nocken des einen Verzahnungsteils werden bei einem Fügen der Steckverzahnung auf Anlagekontakt mit den korrespondierenden Zähnen beziehungsweise Zahnflanken des anderen Verzahnungsteils gebracht. Hierbei wird eine elastische Ausbildung der Steckverzahnung erzielt, die durch das Aneinanderlegen der Zahnflanken in beide Drehrichtungen begrenzt ist. Es kann dabei vorgesehen sein, entsprechende Mittel jeweils nur an den in Schubrichtung der Drehmomentübertragungseinrichtung an den Zahnflanken eines Verzahnungsteils vorzusehen, so dass die Zahnflanken der Verzahnungsteile in Zugrichtung direkt und ohne elastische Federung in Anlagekontakt treten, während in Schubrichtung die Zahnflanken der beiden Verzahnungsteile mittels der Mittel elastisch in Anlagekontakt treten.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform können anstatt der Nocken einseitig aus den Zahnflanken ausgestellte Federstäbe die Mittel zum elastischen Ausgleich eines Umfangsspiels bilden. Hierbei bleiben die Federstäbe an einer Schmalseite mit den Zahnflanken verbunden und ragen an einem freien Ende über die Ebene der Zahnflanken aus. Die freien Enden können umgeformt sein, um eine beispielsweise im Wesentlichen parallel zu den Zahnflanken ausgebildete Anlagefläche für die korrespondierenden Zahnflanken auszubilden. Die Orientierung der Federstäbe kann anwendungsabhängig so erfolgen, dass diese mit freien Enden nach radial innen, radial außen oder in axiale Richtung ausgerichtet sind. Beispielsweise kann eine axiale Ausrichtung der Federstäbe in Fügerichtung des anderen Verzahnungsteils vorteilhaft sein, so dass keine Hilfsmittel zum Niederdrücken der Federstäbe während des Fügeprozesses erforderlich sind. Bei radial ausgerichteten Federstäben können diese in Fügerichtung verdreht sein oder eine Einfuhrschräge aufweisen.
Gemäß dem erfinderischen Gedanken kann eine weitere Gruppe von vorteilhaften Ausführungsformen von Mitteln vorgesehen sein, bei der die Mittel aus in Hohlräumen der Zähne in Umfangsrichtung aufgenommenen, begrenzt austretenden und federbelasteten Ausgleichskörpern gebildet ist. Beispielsweise können in den Zahnflanken Öffnungen bevorzugt werkzeugfallend eingebracht sein, die einen engeren Querschnitt als Ausgleichskörper wie bevorzugt Kugeln aufweisen, wobei diese mittels Federelementen gegen die Öffnungen federbelastet sind. Die Federeinrichtung kann aus Schraubenfedern, Blattfedern und dergleichen gebildet sein, wobei einander gegenüberliegende Kugeln von Zahnflanken desselben Zahns gegeneinander mittels eines Federelements, beispielsweise mittels einer Schraubendruckfeder gegeneinander verspannt sind. Alternativ können aus den Zahnflanken Zungen ausgestellt sein, die in den Innenraum eines Zahns ausgestellt sind und die die Ausgleichskörper gegen die zugehörigen Öffnungen verspannen.
Alternativ können die Ausgleichskörper jeweils eines Zahns aus zumindest einem Schenkel einer Schenkelfeder gebildet sein, wobei in einem Zahn beispielsweise eine Schenkelfeder untergebracht ist und die Enden der Schenkel aus jeweils einer Zahnflanke eines Zahns unter Bildung eines Ausgleichskörpers austreten. Alternativ kann sich ein Schenkel an einer Innenseite einer Zahnflanke abstützen und der andere Schenkel angefedert als Ausgleichskörper aus einer Öffnung der gegenüberliegenden Zahnflanke begrenzt austreten. Die Enden beziehungsweise das Ende eines Schenkels können zur Bildung einer Anlagefläche umgelegt oder umgeformt sein. Bei ausreichender Steifigkeit des Materials der Schenkelfedern können diese aus gebogenem Stahlblech gebildet sein. Zur Erhöhung der elastischen Eigenschaften kann zwischen den Schenkeln zumindest eine Windung vorgesehen sein. Ausgehend von dem Biege- beziehungsweise Windungsbereich der Schenkelfeder können die Schenkel nach radial außen, nach radial innen oder in axiale Richtung in dem Innenraum der Zähne vorgesehen sein.
Die Erfindung wird anhand der in den 1 bis 6 dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Dabei zeigen:
1 eine Ansicht eines aus Blech hergestellten Verzahnungsteils als Basis zur Einbringung elastischer Mittel zum Ausgleich von Umfangsspiel einer Steckverzahnung,
2 ein aus mehreren Abschnitten unterschiedlicher Ausführungsformen von Mitteln zum Ausgleich eines Umfangsspiels gebildetes Verzahnungsteil in schematischer Darstellung,
3 ein weiteres Verzahnungsteil mit gegenüber dem Verzahnungsteil der 3 weiteren ausschnittsweise dargestellten Mitteln,
4 eine teilweise Ansicht einer Steckverzahnung mit unterschiedlichen Mitteln zum Ausgleich des Umfangsspiels in schematischer Darstellung,
5 eine teilweise Ansicht eines Verzahnungsteils mit unterschiedlichen Ausführungsformen von einseitig eingespannten Schenkelfeder und
6 einen Ausschnitt einer Steckverzahnung mit einer Schenkelfeder der 5.
Zum allgemeinen Aufbau und zur Funktion einer Steckverzahnung in Verbindung mit einer Drehmomentübertragungseinrichtung wird auf die WO 2007/000151 A2 verwiesen. 1 zeigt in Ansicht den als Basis für die Erfindung dienenden Verzahnungsteil 1, der aus Blech hergestellt ist und dessen Verzahnungsgeometrie 4 mit den aus den beidseitigen Zahnflanken 3 gebildeten Zähnen 2 und Zahnlücken 8 die Hüllkontur 5 einschließen. Die Verzahnungsgeometrie 4 ist mittels metallumformender Prägeverfahren hergestellt, dem sich nachfolgende Bearbeitungsverfahren, die beispielsweise in einem Folgewerkzeug eines Metallumformungs- und Stanzverfahrens werkzeugfallend erfolgen können, zur Herstellung der in den 2 bis 4 dargestellten Ausführungsformen anschließen.
In 2 sind in einer Ansicht eines fiktiv zusammengestellten und schematisch dargestellten Verzahnungsteils 1a neben dem unbearbeiteten Abschnitt I der Verzahnungsgeometrie 4 der 1 die Abschnitte II, III, IV, V, VI, VII mit den Verzahnungsgeometrien 4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f zur Bereitstellung von Mitteln 6a, 6b, 6c, 6d, 6e, 6f zum elastischen Ausgleich eines Umfangsspiels der Steckverbindung gezeigt. Abschnitt II zeigt die Ausstellung von radial ausgerichteten, mit der Verzahnungsgeometrie 4a einteilig ausgebildeten Nocken 7a aus den Zahnflanken 3a. Hierzu werden zwei gegenüber der Drehachse d axial parallel beabstandete Trennschnitte vorgesehen und dazwischen liegendes Material plastisch in Richtung der Zahnlücken 8 der Verzahnungsgeometrie 4a verformt.
Die Verzahnungsgeometrie 4b des Abschnitts III wird von radial innen nach radial außen aus den Zahnflanken 3b ausgestellten Federstäben 7b gebildet, bei denen zusätzlich zu den Trennschnitten der Nocken 7a des Abschnitts II die radial außen liegende Stirnseite zwischen den Trennschnitten freigestellt ist.
Der Abschnitt IV zeigt die Verzahnungsgeometrie 4c mit das Umfangsspiel ausgleichenden Ausgleichskörpern 9 in Form von Kugeln 10, die über einen begrenzten Umfang aus in den Zahnflanken 3c vorgesehenen Öffnungen 11 austreten und gegen die Öffnungen 11 von in dem Innenraum 12 der Zähne 2c untergebrachten Federelementen 13 verspannt sind. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind jeweils zwei in gegenüberliegenden Zahnflanken 3c eines Zahns 2c angeordnete Kugeln 10 mittels einer Schraubendruckfeder 14 gegeneinander verspannt. In Abänderung zu der Verzahnungsgeometrie 4c des Abschnitts IV sind in Abschnitt V die Kugeln 10 der Verzahnungsgeometrie 4d gegen die Öffnungen 11 jeweils durch die aus den Zahnflanken 3d in radiale Richtung ausgestellten Zungen 15 vorgespannt.
Die Abschnitte VI und VII zeigen die Verzahnungsgeometrien 4e, 4f, bei denen die Mittel 6e, 6f aus den Schenkelfedern 16, 16a gebildet sind. Die Schenkelfedern 16, 16a sind in den Innenräumen 12 der Zähne 2e, 2f untergebracht, wobei sich die Schenkel 17, 17a dieser jeweils an den Innenseiten der Zahnflanken 3e, 3f abstützen und unter Bildung jeweils eines Ausgleichskörpers 9e, 9f aus den Öffnungen 11 der Zahnflanken 3e, 3f austreten. Im Unterschied zu den Schenkelfedern 16, deren Schenkel 17 sich nach radial außen erstrecken, erstrecken sich die Schenkel 17a der Schenkelfeder 16a nach radial innen.
3 zeigt das gegenüber den Abschnitten I bis VI der 2 mit geänderten Abschnitten VIII, IX, X versehene Verzahnungsteil 1b mit den Mitteln 6g, 6h, 6i. Im Unterschied zu den Federelementen 13 in Form der radial nach außen ausgestellten Zungen 15 sind die in dem Abschnitt VIII dargestellten, die Kugeln 10 gegen die Öffnungen 11 verspannenden Zungen 15a in axiale Richtung aus den Zahnflanken 3g ausgestellt.
Im Gegensatz zu den Schenkelfedern 16, 16a der Abschnitte VI, VII der 2 sind die Schenkel 17b der Schenkelfedern 16b des Abschnitts IX in Umfangsrichtung ausgerichtet und in axiale Richtung gegen die Zahnflanken 3h verspannt. In gleicher Weise sind die in Abschnitt III der 2 radial ausgerichteten Federstäbe 7b in dem Abschnitt X der 3 in axiale Richtung aus den Zahnflanken 3i ausgestellt.
4 zeigt eine Teilansicht der Steckverzahnung 20 in schematischer Darstellung mit dem Verzahnungsteil 1 mit der Verzahnungsgeometrie 4 mit den die Zähne 2 bildenden Zahnflanken 3 und dem Verzahnungsteil 19 mit der Verzahnungsgeometrie 22, die die Zähne 18 mit den Zahnflanken 21 enthält. Ein zum Ausgleich von Wellenversatz zwischen den Verzahnungsteilen 1, 19 der Steckverzahnung 20 vorgesehenes Umfangsspiel 23 der Verzahnungsgeometrien 4, 22 wird mittels der Mittel 6 ausgeglichen, die in dem gezeigten Ausführungsbeispiel von in unterschiedlicher Form ausgebildeter – hier in einem Ausführungsbeispiel zusammengefasster – Federstäbe 7b, 7c, 7d dargestellt sind. Zur Vermeidung von Klappergeräuschen legen sich die Mittel unter Vorspannung in Umfangsrichtung an die Zahnflanken 21 der Zähne 18 des Verzahnungsteils 19 an.
Die 5 zeigt drei als Beispiel in den Zähnen 2g des teilweise dargestellten Verzahnungsteils 1d untergebrachte Schenkelfedern 16c, 16d, 16e, bei denen sich ein Schenkel 17c, 17d, 17e jeweils an einer Zahnflanke 3j abstützt und der andere Schenkel 17f, 17g, 17h Ausnehmungen 24 der Zahnflanken 3k durchgreift und in die Zahnlücken 8a durch die Kanten 25 der Ausnehmungen begrenzt einragen. Die einzelnen Schenkelfeder 16c, 16d, 16e.
6 zeigt einen Ausschnitt der Steckverzahnung 20a mit den noch nicht in vollständigem Eingriff befindlichen Verzahnungsteilen 1d, 19a mit der in 5 gezeigten Schenkelfeder 16e, die in dem Innenraum 12 des Zahns 2g aufgenommen ist. Im nicht verspannten Zustand des Verzahnungsteils 1d ragen die Schenkel 17h in die Zahnlücken 8 des Verzahnungsteils 1d, während bei einer weiteren Verspannung des Verzahnungsteils 19a in Richtung des Pfeils 26 die Schenkel 17 von den Zähnen 18a des Verzahnungsteils 19a in die Position 17h' gedrückt werden, so dass die Verzahnungsteile 1d, 19a bevorzugt in Schubrichtung elastisch verspannt werden und die Zähne 2g, 18a in Zugrichtung direkt aneinander anliegen.
Bezugszeichenliste

1: Verzahnungsteil
1a: Verzahnungsteil
1b: Verzahnungsteil
1d: Verzahnungsteil
2: Zahn
2c: Zahn
2e: Zahn
2f: Zahn
2g: Zahn
3: Zahnflanke
3a: Zahnflanke
3b: Zahnflanke
3c: Zahnflanke
3d: Zahnflanke
3e: Zahnflanke
3f: Zahnflanke
3g: Zahnflanke
3h: Zahnflanke
3i: Zahnflanke
3k: Zahnflanke
4: Verzahnungsgeometrie
4a: Verzahnungsgeometrie
4b: Verzahnungsgeometrie
4c: Verzahnungsgeometrie
4d: Verzahnungsgeometrie
4e: Verzahnungsgeometrie
4f: Verzahnungsgeometrie
5: Hüllkontur
6: Mittel
6a: Mittel
6b: Mittel
6c: Mittel
6d: Mittel
6e: Mittel
6f: Mittel
6g: Mittel
6h: Mittel
6i: Mittel
7a: Nocken
7b: Federstab
7c: Federstab
7d: Federstab
8: Zahnlücke
9: Ausgleichskörper
9e: Ausgleichskörper
9f: Ausgleichskörper
10: Kugel
11: Öffnung
12: Innenraum
13: Federelement
14: Schraubendruckfeder
15: Zunge
15a: Zunge
16: Schenkelfeder
16a: Schenkelfeder
16b: Schenkelfeder
16c: Schenkelfeder
16d: Schenkelfeder
16e: Schenkelfeder
17: Schenkel
17a: Schenkel
17b: Schenkel
17c: Schenkel
17d: Schenkel
17e: Schenkel
17f: Schenkel
17g: Schenkel
17h: Schenkel
18: Zahn
18a: Zahn
19: Verzahnungsteil
19a: Verzahnungsteil
20: Steckverzahnung
20a: Steckverzahnung
21: Zahnflanke
22: Verzahnungsgeometrie
23: Umfangsspiel
24: Ausnehmung
25: Kante
26: Pfeil
I: Abschnitt
II: Abschnitt
III: Abschnitt
IV: Abschnitt
V: Abschnitt
VI: Abschnitt
VII: Abschnitt
VIII: Abschnitt
IX: Abschnitt
X: Abschnitt
d: Drehachse

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2007/000151 A2 [0002, 0016]

Claims

Steckverzahnung (20, 20a) in einer Drehmomentübertragungseinrichtung eines Antriebsstrangs mit zwei mit Umfangsspiel (23) axial ineinander greifenden Verzahnungsteilen (1, 1a, 1b, 1c, 1d, 19, 19a), dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Verzahnungsteil (1, 1a, 1b, 1c, 1d) aus Blech gestanzt und eine eine Verzahnungsgeometrie (4, 4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f) bildende axial angeformte Hüllkontur (5) mit über den Umfang verteilten Zähnen (2, 2c, 2e, 2f, 2g) mit Zahnflanken (3, 3a, 3b, 3c, 3d, 3e, 3f, 3g, 3h, 3i, 3k) aufweist, in welchen Zahnflanken (3, 3a, 3b, 3c, 3d, 3e, 3f, 3g, 3h, 3i, 3k) in Umfangsrichtung das Umfangsspiel (23) ausgleichende Mittel (6, 6a, 6b, 6c, 6d, 6e, 6f, 6g, 6h, 6i) integriert sind.
Steckverzahnung (20) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (6a) in Form von aus den Zahnflanken (3a) in Umfangsrichtung ausgestellten Nocken (7a) gebildet sind.
Steckverzahnung (20) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (6, 6b, 6i) in Form von aus den Zahnflanken (3, 3b, 3i) ausgestellten Federstäben (7b, 7c, 7d) gebildet sind.
Steckverzahnung (20) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Federstäbe (7b, 7c, 7d) mit freien Enden nach radial innen, radial außen oder in axiale Richtung ausgerichtet sind.
Steckverzahnung (20) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (6c, 6d, 6e, 6f, 6g, 6h) aus in Innenräumen (12) der Zähne (2c, 2e, 2f, 2g) in Umfangsrichtung aufgenommenen, begrenzt austretenden und federbelasteten Ausgleichskörpern (9, 9e, 9f) gebildet ist.
Steckverzahnung (20) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgleichskörper (9) aus federbelasteten Kugeln (10) gebildet sind.
Steckverzahnung (20) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugeln (10) gegenüberliegender Zahnflanken (3c) desselben Zahns (2c) gegeneinander mittels eines Federelements (13) gegeneinander verspannt sind.
Steckverzahnung (20) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugeln (10) gegenüber jeweils einer Zahnflanke (3d) eines Zahns mittels jeweils einer aus den Zahnflanken (3d) in einen Innenraum (12) des Zahns ausgestellten Zunge (15, 15a) verspannt sind.
Steckverzahnung (20, 20a) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgleichskörper (9e, 9f) jeweils eines Zahns (2e, 2f, 2g) aus Schenkeln (17, 17a, 17b, 17f, 17g, 17g) einer Schenkelfeder (16, 16a, 16b, 16c, 16d, 16e) gebildet sind, die jeweils aus zumindest einer Zahnflanke (3e, 3f, 3h, 3k) eines Zahns (2e, 2f, 2g) austreten.
Steckverzahnung (20, 20a) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Schenkel (17, 17a, 17b, 17f, 17g, 17h) nach radial außen, radial innen oder in Umfangsrichtung ausgerichtet sind.