DE102012214884B3

DE102012214884B3 - Kupplungsanordnung und Kupplungselement

Info

Publication number: DE102012214884B3
Application number: DE201210214884
Authority: DE
Inventors: Tobias Hofmann; Stephan Lutzenberger; Christian SEEL; Stephan Weidel
Original assignee: Hirschvogel Umformtechnik GmbH
Current assignee: Hirschvogel Umformtechnik GmbH
Priority date: 2012-08-22
Filing date: 2012-08-22
Publication date: 2014-02-27
Anticipated expiration: 2032-08-23
Also published as: US20140054954A1; US9004215B2; CN103629256A; CN103629256B

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kupplungsanordnung (1) mit einer Drehachse (A), um die sich die Kupplungsanordnung (1) drehen kann, aufweisend: ein erstes Kupplungselement (10) mit einer sich axial bezüglich der Drehachse (A) erstreckenden planseitigen Stirnverzahnung (15) mit ersten Zähnen (150), welche sich radial zur Drehachse erstrecken, ein zweites Kupplungselement (20) mit einer sich axial bezüglich der Drehachse (A) erstreckenden und axial in die Stirnverzahnung (15) eingreifenden planseitigen Gegenverzahnung (25) mit zweiten Zähnen (250), welche sich radial zur Drehachse erstrecken, und wenigstens ein Verspannmittel (30) zum axialen Verspannen des ersten Kupplungselements (10) mit dem zweiten Kupplungselement (20), die über die Stirnverzahnung (15) und die Gegenverzahnung (25) zur Übertragung eines Drehmoments um die Drehachse (A) drehfest miteinander verbunden sind. Wenigstens eine der Stirnverzahnung (15) oder der Gegenverzahnung (25) ist derart ausgebildet, dass deren Zähne (150, 250) konvex in axialer Richtung von dem Zahnfuß (155, 255) weg gewölbte Zahnkopflinien (151, 251) aufweisen. Ferner betrifft die Erfindung das vorbeschrieben Kupplungselement (10, 20) selbst.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kupplungsanordnung, wie beispielsweise eine Radnabe-Drehachse-Anordnung, sowie ein Kupplungselement mit Stirnverzahnung, wie beispielsweise eine Radnabe oder eine Drehachse.
Aus dem Stand der Technik sind Kupplungsanordnungen bekannt, welche insbesondere eine Radnabe und ein Gleichlaufdrehgelenk als drehfest miteinander verbundene Kupplungselemente aufweisen. Zur drehfesten Verbindung der beiden Kupplungselemente und somit zur Drehmomentübertragung um eine gemeinsame Drehachse weisen die beiden Kupplungselemente jeweils eine sich axial bezüglich der Drehachse erstreckende Stirnverzahnung bzw. Gegenverzahnung auf, welche miteinander in Eingriff stehen. Die beiden Kupplungselemente sind zum Aufrechterhalten der drehfesten Zahnradverbindung mittels eines Verspannmittels, wie einem Bolzen, axial verspannt.
Beispielsweise zeigt die DE 31 16 720 C1 eine solche Kupplungsanordnung, wobei die Stirnseite des Gleichlaufdrehgelenks tellerförmig und die Gegenfläche der Radnabe derart ausgebildet sind, dass die Verzahnung bei der Montage zunächst am Außendurchmesser trägt und erst anschließend infolge elastischer Verformung an der Stirnseite an der ganzen Zahnflanke. Eine mit der Ausgestaltung der DE 31 16 720 C1 identische Ausgestaltung zeigt auch die DE 10 2005 054 283 A1 .
Ferner zeigen die DE 10 2005 016 427 A1 sowie die DE 10 2008 004 924 A1 im Wesentlichen die Merkmale des Oberbegriffs der unabhängigen Ansprüche.
Bei allen bekannten Kupplungsanordnungen hat es sich als nachteilig herausgestellt, dass die Verzahnung bei der Montage in der Regel nicht sichtbar ist und somit ein Fehlverbau, bei dem die Zähne des ersten Kupplungselements genau auf denen des zweiten Kupplungselementes liegen, nicht sicher erkannt werden kann. Sind die Zähne beim Zusammenbau der beiden Kupplungselemente zueinander in Rotationsrichtung um die Drehachse versetzt, gleiten die Zähne der beiden Kupplungselemente in der Regel entlang ihrer Zahnflanken ineinander und kommen so in den gewünschten Eingriff (vgl. 3a). In einem Fall, in dem sich die Zahnköpfe der Zähne der beiden Kupplungselemente beim Einbau genau gegenüberstehen, kommen sie stirnseitig in Anlage miteinander und liegen Zahn auf Zahn aufeinander (vgl. 3b). Werden die Kupplungselemente in dieser Fehlverbauposition miteinander verspannt, können sie zum einen im Wesentlichen kein Drehmoment übertragen und zum anderen besteht die Gefahr, dass die Zähne mangels drehfesten Eingriffs gegeneinander schlagen und folglich zerstört werden.
Es ist somit eine Aufgabe der Erfindung, eine Kupplungsanordnung sowie ein Kupplungselement bereitzustellen, die einen sicheren und einfachen Verbau der Komponenten, also Eingriff der Verzahnungen miteinander, ermöglichen.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Die abhängigen Ansprüche bilden den zentralen Gedanken der Erfindung in besonders vorteilhafter Weise weiter.
Gemäß einem ersten Aspekt betrifft die Erfindung eine Kupplungsanordnung mit einer Drehachse, um die sich die Anordnung drehen kann. Die Kupplungsanordnung weist auf: ein erstes Kupplungselement mit einer sich axial bezüglich der Drehachse erstreckenden planseitige Stirnverzahnung mit ersten Zähnen, welche sich radial zur Drehachse erstrecken, ein zweites Kupplungselement mit einer sich axial bezüglich der Drehachse erstreckenden und axial in die Stirnverzahnung eingreifenden planseitigen Gegenverzahnung mit zweiten Zähnen, welche sich radial zur Drehachse erstrecken, und wenigstens ein Verspannmittel zum axialen Verspannen des ersten Kupplungselements mit dem zweiten Kupplungselement, die über die Stirnverzahnung und die Gegenverzahnung zur Übertragung eines Drehmoments um die Drehachse drehfest miteinander verbunden sind. Wenigstens eine der Stirnverzahnung oder der Gegenverzahnung ist derart ausgebildet, dass deren Zähne konvex in axialer Richtung von dem (jeweiligen) Zahnfuß weg gewölbte Zahnkopflinien aufweisen. Der gewölbte Zahnkopf ist an seiner höchsten axialen Erstreckung in Umfangsrichtung des Kupplungselements bzgl. der Drehachse gesehen am schmalsten ausgebildet.
Die gewölbten Zahnkopflinien bewirken, dass beim Zusammenbau der beiden Kupplungskomponenten, also wenn deren Verzahnungen in Eingriff gebracht werden sollen, die in radialer Richtung bzgl. der Drehachse gewölbten Zahnköpfe in axialer Richtung vorstehen. Folglich passieren sich zunächst die Bereiche der Zahnköpfe, welche die höchste axiale Erstreckung aufweisen. Da es sich hierbei um vergleichsweise kleine Bereiche der Zahnköpfe handelt, kann ein Aufeinanderliegen der Zähne sicher vermieden werden. Dass der gewölbte Zahnkopf an seiner höchsten axialen Erstreckung in Umfangsrichtung des Kupplungselements bzgl. der Drehachse gesehen am schmalsten ausgebildet ist, fuhrt wiederum zu runderen bzw. spitzeren Zahnköpfen insbesondere im Bereich der höchsten Erstreckung, so dass genau in diesem Bereich ein Aufeinanderliegen der Zähne der beiden Kupplungselemente sicher vermieden werden kann. Die Zahnkopflinien des gewölbten Zahnkopfes können an seiner höchsten axialen Erstreckung einen kleineren Abstand zu Zahnfußlinien der gegenüberliegenden Verzahnung aufweist als radial außen und innen der höchsten axialen Erstreckung. Vorzugsweise weist der gewölbte Zahnkopf in radialer Richtung bezüglich der Drehachse gesehen zwischen dem radial äußersten Bereich und dem radial innersten Bereich des Zahnkopfes, besonders vorzugsweise in radialer Richtung gesehen mittig des Zahnes, seine höchste Erstreckung in axialer Richtung auf. Die Punkte der höchsten axialen Erstreckung und/oder die schmalsten Stellen wenigstens zweier benachbarter Zahnköpfe haben vorzugsweise einen unterschiedlichen radialen Abstand zur Drehachse. Eine gedachte Verbindung zwischen den Punkten höchster axialer Erstreckung und/oder den schmalsten Stellen aller Zahnköpfe verläuft bezüglich der Drehachse vorzugsweise periodisch, besonders vorzugsweise sinusförmig oder wellenförmig und weist ferner besonders vorzugsweise (in der Draufsicht auf die Verzahnung) eine Tulpenform oder Sternform auf. Für einen gleichmäßigen Eingriff der Zähne und somit eine lange Lebensdauer der Verzahnung sind die Stirnverzahnung und die Gegenverzahnung vorzugsweise gegengleich gestaltet.
Vorzugsweise ist das erste Kupplungselement eine Radnabe und das zweite Kupplungselement ein Drehgelenk. In diesem Fall weist die Radnabe vorzugsweise einen Radflansch zum Anschließen eines Rades und einen Hülsenabschnitt zur Aufnahme einer Radlagerung auf. Der Hülsenabschnitt weist dann an seinem dem Drehgelenk zugewandten Ende die Stirnverzahnung auf. Der Hülsenabschnitt ist vorzugsweise integral mit einem inneren Lagerring eines Lagers (vorzugsweise eines Kugellagers) zur drehbaren Verbindung der Radnabe mit der Radlagerung ausgebildet oder dient alternativ zur Aufnahme eines inneren Lagerringes eines derartigen Kugellagers. Das Drehgelenk ist vorzugsweise ein Gleichlaufdrehgelenk, welches ein Gelenkaußenteil, ein Gelenkinnenteil und drehmomentübertragende Elemente, vorzugsweise Kugeln, aufweist, wobei das Gelenkaußenteil an seinem der Radnabe zugewandten Ende die Gegenverzahnung aufweist.
Das Verspannmittel ist vorzugsweise einerseits an dem ersten Kupplungselement (vorzugsweise an der Radnabe) und andererseits an dem zweiten Kupplungselement (vorzugsweise dem Gelenkaußenteil) axial abgestützt. Das zweite Kupplungselement (vorzugsweise das Gelenkaußenteil) kann eine zentrale Gewindebohrung aufweisen, in welche das Verspannmittel eingreift, wobei das Verspannmittel vorzugsweise ein Gewindebolzen, besonders vorzugsweise eine Hohlschraube ist, der in eine zentrale Bohrung des ersten Kupplungselements (vorzugsweise der Radnabe) eingesetzt und in die Gewindebohrung des zweiten Kupplungselements eingeschraubt ist und sich in eingeschraubtem Zustand axial an einer radialen Stützfläche des ersten Kupplungselements abstützt.
Wie eingangs erwähnt, bezieht sich die Erfindung auch auf das Kupplungselement selbst. Somit betrifft die Erfindung gemäß einem zweiten Aspekt auch ein Kupplungselement mit einer Drehachse, um die sich das Kupplungselement drehen kann, aufweisend eine sich axial bezüglich der Drehachse erstreckenden planseitige Stirnverzahnung, welche derart ausgelegt ist, dass sie in eine planseitige Gegenverzahnung eines zweiten Kupplungselementes zur Übertragung eines Drehmoments um die Drehachse eingreifen kann und das erste Kupplungselement mit dem zweiten Kupplungselement drehfest miteinander verbindbar ist. Die Stirnverzahnung des Kupplungselements ist derart ausgebildet, dass deren Zähne, welche sich radial zur Drehachse erstrecken, konvex in axialer Richtung von dem Zahnfuß weg gewölbte Zahnkopflinien aufweisen. Der gewölbte Zahnkopf ist an seiner höchsten axialen Erstreckung in Umfangsrichtung des Kupplungselements bzgl. der Drehachse gesehen am schmalsten ausgebildet. Im Übrigen können die Zähne wie bereits oben im Hinblick auf den ersten Aspekt der Erfindung beschrieben vorteilhaft weitergebildet sein. Das Kupplungselement ist vorzugsweise eine Radnabe oder ein Drehgelenk einer Kupplungsanordnung, insbesondere der erfindungsgemäßen Kupplungsanordnung.
Weitere Vorteile, Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung werden im Folgenden anhand der Zeichnungen der begleitenden Figuren beschrieben.
1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Ausschnitts eines Kupplungselementes gemäß der Erfindung,
2a zeigt allgemein eine Explosionsdarstellung einer Kupplungsanordnung,
2b zeigt allgemein eine perspektivische, seitliche Schnittansicht eines Gelenkaußenteils eines Gleichlaufdrehgelenks (d. h. eines zweiten Kupplungselements),
3a zeigt schematische Darstellungen des Verbaus von bekannten Kupplungselementen,
3b zeigt eine schematische Darstellung eines typischen Fehlverbaus bekannter Kupplungselemente
4a zeigt eine Draufsicht auf ein Kupplungselement gemäß der Erfindung, und
4b zeigt eine Draufsicht auf einen Rohling für ein Kupplungselement gemäß 4a.
2a zeigt beispielhaft allgemein eine Kupplungsanordnung 1, wie sie grundsätzlich auch erfindungsgemäß bereitgestellt werden kann. Eine solche Kupplungsanordnung 1 weist eine Drehachse A auf, um die sich die Kupplungsanordnung 1 drehen kann.
Des Weiteren weist die Kupplungsanordnung 1 ein erstes Kupplungselement 10 auf. Das erste Kupplungselement 10 ist vorzugsweise als Radnabe 11 ausgebildet. Die Radnabe 11 weist vorzugsweise einen Radflansch 12 zum Anschließen eines Rades (nicht gezeigt) und einen Hülsenabschnitt 13 zur Aufnahme einer Radlagerung 14 auf. Der Hülsenabschnitt 13 ist hierzu vorzugsweise integral mit einem inneren Lagerring eines Lagers 140 zur drehbaren Verbindung der Radnabe 11 mit der Radlagerung 14 ausgebildet. Alternativ kann, wie in 2a gezeigt, der Hülsenabschnitt 13 zur drehfesten Aufnahme eines inneren Lagerringes 141 des Lagers 140 dienen. Das Lager 140 weist vorzugsweise ferner einen äußeren Lagerring 142 auf, welcher wiederum drehfest mit der Radlagerung 14 verbunden ist, wobei zur drehbaren Verbindung zwischen dem inneren Lagerring 141 und dem äußeren Lagerring 142 vorzugsweise Wälzkörper 143 vorgesehen sind, welche auf Laufbahnen des jeweiligen Lagerrings 141, 142 laufen. Vorzugsweise ist das Lager 140 als zweireihiges Schrägkugellager ausgebildet, wie in 2a gezeigt.
Das erste Kupplungselement 10 weist eine sich axial bezüglich der Drehachse A erstreckende planseitige Stirnverzahnung 15 mit ersten Zähnen 150 auf.
Die Kupplungsanordnung 1 weist ferner ein zweites Kupplungselement 20 auf. Entsprechend dem ersten Kupplungselement 10 weist auch das zweite Kupplungselement 20 eine sich axial bezüglich der Drehachse A erstreckenden planseitige Stirnverzahnung in Form einer Gegenverzahnung 25 mit zweiten Zähnen 250 auf, die axial in die Stirnverzahnung 15 des ersten Kupplungselements 10 eingreift. Die Stirnverzahnung 15 und die Gegenverzahnung 25 sind vorzugsweise gegengleich gestaltet. Die ersten Zähne 150 und die zweiten Zähne 250 verlaufen vorzugsweise radial zur Drehachse A.
Die zweite Kupplungsanordnung 20 ist vorzugsweise als Drehgelenk 21, besonders vorzugsweise als Gleichlaufdrehgelenk ausgebildet. Das Gleichlaufdrehgelenk 21 weist vorzugsweise ein Gelenkaußenteil 22 mit äußeren Kugelbahnen 220, ein Gelenkinnenteil 23 mit inneren Kugelbahnen 230 (jeweils schematisch dargestellt) und jeweils in einem Paar von einer äußeren Kugelbahn 220 und einer inneren Kugelbahn 230 angeordnete drehmomentübertragende Elemente 24, vorzugsweise Kugeln, und einen die drehmomentübertragenden Elemente 24 haltenden Käfig 240 auf (jeweils schematisch dargestellt).
Ist das erste Kupplungselement 10 als Radnabe 11 ausgebildet, dann weist vorzugsweise der Hülsenabschnitt 13 an seinem dem zweiten Kupplungselement 20 bzw. Drehgelenk 21 zugewandten Ende die Stirnverzahnung 15 auf. Ist das zweite Kupplungselement dann als Drehgelenk 21 ausgebildet, weist das Gelenkaußenteil 22 an seinem der Radnabe 11 zugewandten Ende die Gegenverzahnung 25 auf, welche folglich zur drehfesten Verbindung des ersten Kupplungselements 10 und des zweiten Kupplungselements 20 in Eingriff gebracht werden/sind.
Das Kupplungselement 1 weist ferner wenigstens ein Verspannmittel 30 zum axialen Verspannen des ersten Kupplungselements 10 mit dem zweiten Kupplungselement 20 auf, die über die Stirnverzahnung 15 und die Gegenverzahnung 25 zur Übertragung eines Drehmoments um die Drehachse A drehfest miteinander verbunden sind. Das Verspannmittel 30 ist vorzugsweise einerseits an dem ersten Kupplungselement 10, also vorzugsweise der Radnabe 11, und andererseits an dem zweiten Kupplungselement 20, also vorzugsweise dem Gelenkaußenteil 22 des (Gleichlauf-)Drehgelenks 21, axial abgestützt. Das zweite Kupplungselement 20, also vorzugsweise das Gelenkaußenteil 22, weist insbesondere hierzu eine zentrale Gewindebohrung 221 auf, in welche das Verspannmittel 30 eingreift. Das Verspannmittel 30 ist dann vorzugsweise als Gewindebolzen 31, besonders vorzugsweise als Hohlschraube ausgebildet; weist also einen Gewindeschaft 32 mit Außengewinde 320 auf, welcher vorzugsweise mit der Gewindebohrung 221 im Sinne einer kraftschlüssigen Verbindung korrespondiert. Der Gewindebolzen 31 bzw. das Verspannmittel 30 ist vorzugsweise in eine zentrale (durchgehende) Bohrung 16 des ersten Kupplungselements 10, vorzugsweise der Radnabe 11, eingesetzt und in die Gewindebohrung 221 des zweiten Kupplungselements 20 eingeschraubt. Das Verspannmittel 30 ist ferner derart ausgebildet, dass es sich in eingeschraubtem Zustand axial an einer radialen Stützfläche 17 des ersten Kupplungselements 10 abstützt. Hierzu weist das Verspannmittel 30 vorzugsweise einen Ringflansch 330 auf, welcher einen größeren Durchmesser als die zentrale Bohrung 16 aufweist und sich mit den die zentrale Bohrung 16 übergreifenden Bereichen an der Stützfläche 17 abstützt. Vorzugsweise wird der Ringflansch 330 durch einen Schrauben- oder Bolzenkopf 33 des Verspannmittels 30 gebildet.
Eine vorgenannte Kupplungsanordnung 1 mit verspannter Radnabe 11 und (Gleichlauf-)Drehgelenk 21 wird auch als Radnabe-Drehgelenk-Anordnung bezeichnet.
Mit Verweis auf 1 ist/sind erfindungsgemäß wenigstens eine der Stirnverzahnung 15 oder der Gegenverzahnung 25 oder beide derart ausgebildet, dass deren Zähne 150, 250 konvex in axialer Richtung (und) von dem jeweiligen sich vorzugsweise ebenfalls radial erstreckenden Zahnfuß 155, 255 des entsprechenden Zahnes 150, 250 weg gewölbte Zahnkopflinien 151, 251 aufweisen. Die sich daraus ergebende, exponierte, höchste axiale Erstreckung E des Zahnes 150, 250 in axialer Richtung stellt somit einen vergleichbar kleinen Bereich – also eine kleine Auflagefläche/Breite quer zur Zahnkopflinie 151, 251 und zur Drehachse A – dar, der in Stirn-Anlage mit dem gegenüberliegenden Zahn 250, 150 des anderen Kupplungselementes 20, 10 kommen kann. Auf diese Weise wird es begünstigt, dass die gegenüberliegenden Zähne 150, 250 der verbauten Kupplungselemente 10, 20 sicher aneinander vorbei in Eingriff der Verzahnungen 15, 25 miteinander gleiten und deren Zahnköpfe 152, 252 nicht versehentlich aufeinander zum Liegen kommen, sodass ein Fehlverbau durch aufeinanderliegende Zahnköpfe 152, 252 sicher vermieden wird.
Vorzugsweise hat der gewölbte Zahn 150, 250 bzw. Zahnkopf 152, 252 des Zahnes 150, 250 in radialer Richtung gesehen zwischen dem radial äußersten Bereich und dem radial innersten Bereich des Zahnkopfes 152, 252, besonders vorzugsweise mittig des Zahnes 150, 250, seine höchste Erstreckung E in axialer Richtung; also seine höchste axiale Erstreckung E.
Ferner kann der gewölbte Zahn 150, 250 bzw. Zahnkopf 152, 252 an seiner höchsten axialen Erstreckung E in Umfangsrichtung U des Kupplungselements 10, 20 bzgl. der Drehachse A gesehen am schmalsten (S) ausgebildet sein; also dort seine schmalste Stelle (S) (vorzugsweise im Wesentlichen quer zur radialen Erstreckung des Zahnes 150, 250) aufweisen. Dies wird vorzugsweise einfach und automatisch dadurch erreicht, dass die Zahnkopflinien 151, 251 gewölbt ausgebildet sind. Sind die Zahnflanken 153, 253 dabei eben ausgebildet, erstrecken sie sich also jeweils in einer Ebene (wobei die zwei Ebenen der Zahnflanken 153, 253 eines Zahnes 150, 250 vorzugsweise zueinander geneigt sind, um die Zahngeometrie zu bilden), so laufen die zueinander geneigten Zahnflanken 153, 253 zum Zahnkopf 152, 252 hin umso weiter in Umfangsrichtung U des Kupplungselements 10, 20 bzgl. der Drehachse A gesehen aufeinander zu, je weiter sich der Zahnkopf 152, 252 (bzw. dessen Zahnkopflinien 151, 251) von dem Kupplungselement 10, 20 bzw. dem (entsprechenden) Zahnfuß 155, 255 weg in axialer Richtung erstreckt. Dies hat zur Folge, dass der Zahnkopf 152, 252 in Umfangsrichtung U des Kupplungselementes 10, 20 bzgl. dessen Drehachse A gesehen umso schmaler ausgebildet ist, je weiter sich der Zahn 150, 250 bzw. dessen Zahnkopf 152, 252 oder Zahnkopflinien 151, 251 in axialer Richtung vom Kupplungselement 10, 20 bzw. vom Zahnfuß 155, 255 weg erstreckt/erstrecken. Durch den somit in dem am meisten exponierten Bereich des Zahnkopfes 152, 252 bzw. der Zahnkopflinien 151, 251 besonders schmal – in Umfangsrichtung U bzgl. der Drehachse A gesehen – vorzugsweise spitz (zulaufend) – in axialer Richtung des Kupplungselements 10, 20 gesehen – ausgebildeten Zahn 150, 250 bzw. Zahnkopf 152, 252 wird ein Aufeinanderliegen gegenüberliegender Zähne 150, 250 beim Verbauen der Kupplungselemente 10, 20 und somit ein Fehlverbau sicher vermieden.
4a zeigt eine weitere Ausgestaltungsform eines Kupplungselements 10, 20 gemäß der Erfindung in der Draufsicht auf die Verzahnung 15, 25. Gemäß der in 4a gezeigten Ausgestaltungsform können die Punkte der höchsten axialen Erstreckung E und/oder die schmalsten Stellen S – welche im vorliegenden, bevorzugten Beispiel je Zahn 150, 250 zusammenfallen, jedoch auch auseinanderliegen können – wenigstens zweier benachbarter Zahnköpfe 152, 252 vorzugsweise einen unterschiedlichen radialen Abstand R (R1, R2, R3, ...) zur Drehachse A haben. Besonders vorzugsweise verläuft dann, wie in 4a gezeigt, eine gedachte Verbindung bzw. Verbindungslinie V zwischen den Punkten höchster axialer Erstreckung E und/oder den schmalsten Stellen S aller Zahnköpfe 152, 252 bezüglich der Drehachse A periodisch, besonders vorzugsweise sinusförmig oder wellenförmig und weist ferner besonders vorzugsweise (in der Draufsicht auf die Verzahnung 15, 25) eine Tulpenform oder Sternform auf. Mit der in 4a gezeigten Ausgestaltung der Verzahnungen 15, 25 der Kupplungselemente 10, 20 wird es weiter vereinfacht ermöglicht, vollausgeprägte Verzahnungsköpfe 152, 252 auf beiden Verbaupartnern (Kupplungselementen 10, 20) auf variablen Durchmessern bereitzustellen.
4b zeigt beispielhaft einen Rohling für ein Kupplungselement 10, 20 gemäß 4a, bevor die Zähne 150, 250 darin ausgeformt wurden. Es ist zu erkennen, dass die Tulpen- oder Sternform im Bereich der auszubildenden Zähne 150, 250 bereits in dem Rohling ausgebildet ist und die vorgenannte gedachte Verbindungslinie V zwischen den sich bildenden Punkten höchster axialer Erstreckung E und/oder den sich bildenden schmalsten Stellen S aller Zahnköpfe 152, 252 sich bei Einbringen der Zähne folglich automatisch ergibt. 4a zeigt das Kupplungselement 10, 20 nach der Ausformung der Zähne 150, 250 ausgehend von dem Rohling gemäß der 4b.
Die Zahnkopflinien 151, 251 des gewölbten Zahnkopfes 152, 252 weisen vorzugsweise an ihrer höchsten axialen Erstreckung E einen kleineren Abstand zu Zahnfußlinien 154, 254 der gegenüberliegenden Verzahnung 25, 15 auf als radial außen und innen der höchsten axialen Erstreckung E.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltungsform laufen die Zahnfußlinien 154, 254 zwischen zwei Zähnen 150, 250 eines Kupplungselements 10, 20 in Richtung zu der Drehachse A aufeinander zu, wobei der Schnittpunkt der Zahnfußlinien 154, 254 innerhalb oder außerhalb der Verzahnung 15, 25 liegen kann, vorzugsweise in der Drehachse A. Alternativ können die Zahnfußlinien 154, 254 auch parallel zueinander ausgerichtet sein.
Vergleichbar verlaufen Geraden G eines Zahnes 150, 250, welche die äußersten Punkte radial außen und radial innen der Zahnkopflinie 151, 251 schneiden, ebenfalls vorzugsweise in Richtung zu der Drehachse A aufeinander zu, wobei der Schnittpunkt dieser Geraden G innerhalb oder außerhalb der Verzahnung 15, 25 liegen kann, vorzugsweise in der Drehachse A. Die Geraden G und die Zahnfußlinien 154, 254 eines Zahnes 150, 250 schneiden sich vorzugsweise in einem Punkt, der vorzugsweise auf der Drehachse A liegt. Alternativ können die Geraden G auch parallel zueinander ausgerichtet sein.
Es wurde bereits erläutert, dass die Erfindung auch das Kupplungselement 10, 20 selbst umfasst. Insofern wird auf die obigen Ausführungen zu den Kupplungselementen 10, 20 vollumfänglich verwiesen. Ein solches Kupplungselement 10, 20 mit einer Drehachse A, um die sich das Kupplungselement 10, 20 drehen kann, weist somit eine sich axial bezüglich der Drehachse A erstreckende Stirnverzahnung 15, 25 auf, welche derart ausgelegt ist, dass sie in eine Gegenverzahnung 25, 15 eines zweiten Kupplungselementes 20, 10 zur Übertragung eines Drehmoments um die Drehachse A eingreifen kann und das erste Kupplungselement 10, 20 mit dem zweiten Kupplungselement 20, 10 drehfest miteinander verbindbar ist. Die Stirnverzahnung 15, 25 ist derart ausgebildet, dass deren Zähne 150, 250 sich konvex in axialer Richtung und von dem Zahnfuß 155, 255 weg gewölbte Zahnkopflinien 151, 251 aufweisen. Zur weiteren, bevorzugten Ausgestaltung der Zähne 150, 250, insbesondere der Zahnköpfe 152, 252 und Zahnkopflinien 151, 251 wird zur Vermeidung von Wiederholungen auf obige Ausführungen verwiesen. Das Kupplungselement 10, 20 kann eine Radnabe 11 oder ein Drehgelenk 21 einer Kupplungsanordnung sein, insbesondere einer zuvor beschriebenen Kupplungsanordnung 1, so dass auch diesbezüglich auf obige Ausführungen verwiesen wird.
Das erfindungsgemäße Kupplungselement, insbesondere dessen Verzahnung 15, 25, wird vorzugsweise mittels umformender, urformender und/oder spanender Bearbeitungsverfahren hergestellt.
Die Erfindung ist nicht auf die vorhergehenden Ausführungsbeispiele bzw. Ausgestaltungsformen beschränkt, solange sie vom Gegenstand der folgenden Ansprüche umfasst sind. Insbesondere sind die einzelnen Merkmale beliebig zwischen den Ausführungsbeispielen bzw. Ausgestaltungsformen austauschbar.

Claims

Kupplungsanordnung (1) mit einer Drehachse (A), um die sich die Kupplungsanordnung (1) drehen kann, aufweisend: ein erstes Kupplungselement (10) mit einer sich axial bezüglich der Drehachse (A) erstreckenden planseitigen Stirnverzahnung (15) mit ersten Zähnen (150), welche sich radial zur Drehachse (A) erstrecken, ein zweites Kupplungselement (20) mit einer sich axial bezüglich der Drehachse (A) erstreckenden und axial in die Stirnverzahnung (15) eingreifenden planseitigen Gegenverzahnung (25) mit zweiten Zähnen (250), welche sich radial zur Drehachse (A) erstrecken, und wenigstens ein Verspannmittel (30) zum axialen Verspannen des ersten Kupplungselements (10) mit dem zweiten Kupplungselement (20), die über die Stirnverzahnung (15) und die Gegenverzahnung (25) zur Übertragung eines Drehmoments um die Drehachse (A) drehfest miteinander verbunden sind, wobei wenigstens eine der Stirnverzahnung (15) oder der Gegenverzahnung (25) derart ausgebildet ist, dass deren Zähne (150, 250) konvex in axialer Richtung von dem Zahnfuß (155, 255) weg gewölbte Zahnkopflinien (151, 251) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass der gewölbte Zahnkopf (152, 252) an seiner höchsten axialen Erstreckung (E) in Umfangsrichtung (U) des Kupplungselements (1) bzgl. der Drehachse (A) gesehen am schmalsten (S) ausgebildet ist.
Kupplungsanordnung (1) nach Anspruch 1, wobei der gewölbte Zahnkopf (152, 252) in radialer Richtung bezüglich der Drehachse (A) gesehen zwischen dem radial äußersten Bereich und dem radial innersten Bereich des Zahnkopfes (152, 252), vorzugsweise in radialer Richtung gesehen mittig des Zahnes (150, 250), seine höchste Erstreckung (E) in axialer Richtung aufweist.
Kupplungsanordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die Punkte der höchsten axialen Erstreckung (E) und/oder die schmalsten Stellen (S) wenigstens zweier benachbarter Zahnköpfe (152, 252) einen unterschiedlichen radialen Abstand (R, R1, R2, R3) zur Drehachse (A) haben.
Kupplungsanordnung (1) nach einem er Ansprüche 1 bis 3, wobei eine gedachte Verbindung zwischen den Punkten höchster axialen Erstreckung (E) und/oder den schmalsten Stellen (S) aller Zahnköpfe (152, 252) bezüglich der Drehachse (A) periodisch, vorzugsweise sinusförmig oder wellenförmig verläuft, besonders vorzugsweise in der Draufsicht auf die entsprechende Verzahnung (10, 15) eine Tulpenform oder Sternform aufweist.
Kupplungsanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Zahnkopflinien (151, 251) des gewölbten Zahnkopfes (152, 252) an seiner höchsten axialen Erstreckung (E) einen kleineren Abstand zu Zahnfußlinien (154, 254) der gegenüberliegenden Verzahnung (25, 15) aufweist als radial außen und innen der höchsten axialen Erstreckung (E).
Kupplungsanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Stirnverzahnung (15) und die Gegenverzahnung (25) gegengleich gestaltet sind.
Kupplungsanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste Kupplungselement (10) eine Radnabe (11) und das zweite Kupplungselement (20) ein Drehgelenk (21) ist.
Kupplungsanordnung (1) nach Anspruch 7, wobei die Radnabe (11) einen Radflansch (12) zum Anschließen eines Rades und einen Hülsenabschnitt (13) zur Aufnahme einer Radlagerung (14) aufweist, wobei der Hülsenabschnitt (13) an seinem dem Drehgelenk (21) zugewandten Ende die Stirnverzahnung (15) aufweist.
Kupplungsanordnung (1) nach Anspruch 8, wobei der Hülsenabschnitt (13) vorzugsweise integral mit einem inneren Lagerring eines Lagers (140) zur drehbaren Verbindung der Radnabe (11) mit der Radlagerung (14) ausgebildet ist oder zur Aufnahme eines inneren Lagerringes (141) eines derartigen Lagers (140) dient.
Kupplungsanordnung (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei das Drehgelenk (21) ein Gleichlaufdrehgelenk ist, welches ein Gelenkaußenteil (22), ein Gelenkinnenteil (23) und drehmomentübertragende Elemente (24), vorzugsweise Kugeln, aufweist, wobei das Gelenkaußenteil (22) an seinem der Radnabe (11) zugewandten Ende die Gegenverzahnung (25) aufweist.
Kupplungsanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verspannmittel (30) einerseits an dem ersten Kupplungselement (10), vorzugsweise einer Radnabe (11), und andererseits an dem zweiten Kupplungselement (20), vorzugsweise einem Gelenkaußenteil (21), axial abgestützt ist.
Kupplungsanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das zweite Kupplungselement (20), vorzugsweise das Gelenkaußenteil (22), eine zentrale Gewindebohrung (221) aufweist, in welche das Verspannmittel (30) eingreift, wobei das Verspannmittel (30) vorzugsweise ein Gewindebolzen, besonders vorzugsweise eine Hohlschraube ist, der in eine zentrale Bohrung (16) des ersten Kupplungselements (10), vorzugsweise der Radnabe (11), eingesetzt und in die Gewindebohrung (221) des zweiten Kupplungselements (20) eingeschraubt ist und sich in eingeschraubtem Zustand axial an einer radialen Stützfläche (17) des ersten Kupplungselements (10) abstützt.
Kupplungselement (10, 20) mit einer Drehachse (A), um die sich das Kupplungselement (10, 20) drehen kann, aufweisend eine sich axial bezüglich der Drehachse (A) erstreckende planseitigen Stirnverzahnung (15, 25), welche derart ausgelegt ist, dass sie in eine planseitigen Gegenverzahnung (25, 15) eines zweiten Kupplungselementes (20, 10) zur Übertragung eines Drehmoments um die Drehachse (A) eingreifen kann und das erste Kupplungselement (10, 20) mit dem zweiten Kupplungselement (20, 10) drehfest miteinander verbindbar ist, die Stirnverzahnung (15, 25) derart ausgebildet ist, dass deren Zähne (150, 250), welche sich radial zur Drehachse (A) erstrecken, konvex in axialer Richtung von dem Zahnfuß (155, 255) weg gewölbte Zahnkopflinien (151, 251) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass der gewölbte Zahnkopf (152, 252) an seiner höchsten axialen Erstreckung (E) in Umfangsrichtung (U) des Kupplungselements (1) bzgl. der Drehachse (A) gesehen am schmalsten (S) ausgebildet ist.
Kupplungselement (10, 20) nach Anspruch 13, wobei der gewölbte Zahnkopf (152, 252) vorzugsweise in radialer Richtung gesehen mittig des Zahnes (150, 250) seine höchste Erstreckung (E) in axialer Richtung aufweist, wobei die Punkte der höchsten axialen Erstreckung (E) und/oder die schmalsten Stellen (S) wenigstens zweier benachbarter Zahnköpfe (152, 252) vorzugsweise einen unterschiedlichen radialen Abstand (R, R1, R2, R3) zur Drehachse (A) haben, wobei eine gedachte Verbindung zwischen den Punkten höchster axialen Erstreckung (E) und/oder den schmalsten Stellen (S) aller Zahnköpfe (152, 252) bezüglich der Drehachse (A) vorzugsweise periodisch, besonders vorzugsweise sinusförmig oder wellenförmig verläuft, ferner vorzugsweise in der Draufsicht auf die entsprechende Verzahnung (10, 15) eine Tulpenform oder Sternform aufweist, und wobei die Zahnkopflinie (151, 251) des gewölbte Zahnkopfes (152, 252) vorzugsweise an seiner höchsten axialen Erstreckung (E) einen kleineren Abstand zu Zahnfußlinien (154, 254) einer gegenüberliegenden Verzahnung (25, 15) aufweist als radial außen und innen der höchsten axialen Erstreckung (E).
Kupplungselement nach Anspruch 13 oder 14, wobei das Kupplungselement (10, 20) eine Radnabe (11) oder ein Drehgelenk (21) einer Kupplungsanordnung (1) ist.