DE102012214884B3 - Kupplungsanordnung und Kupplungselement - Google Patents
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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 derDE 31 16 720 C1 identische Ausgestaltung zeigt auch dieDE 10 2005 054 283 A1 . - Ferner zeigen die
DE 10 2005 016 427 A1 sowie dieDE 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 gemäß4a . -
2a zeigt beispielhaft allgemein eine Kupplungsanordnung1 , wie sie grundsätzlich auch erfindungsgemäß bereitgestellt werden kann. Eine solche Kupplungsanordnung1 weist eine Drehachse A auf, um die sich die Kupplungsanordnung1 drehen kann. - Des Weiteren weist die Kupplungsanordnung
1 ein erstes Kupplungselement10 auf. Das erste Kupplungselement10 ist vorzugsweise als Radnabe11 ausgebildet. Die Radnabe11 weist vorzugsweise einen Radflansch12 zum Anschließen eines Rades (nicht gezeigt) und einen Hülsenabschnitt13 zur Aufnahme einer Radlagerung14 auf. Der Hülsenabschnitt13 ist hierzu vorzugsweise integral mit einem inneren Lagerring eines Lagers140 zur drehbaren Verbindung der Radnabe11 mit der Radlagerung14 ausgebildet. Alternativ kann, wie in2a gezeigt, der Hülsenabschnitt13 zur drehfesten Aufnahme eines inneren Lagerringes141 des Lagers140 dienen. Das Lager140 weist vorzugsweise ferner einen äußeren Lagerring142 auf, welcher wiederum drehfest mit der Radlagerung14 verbunden ist, wobei zur drehbaren Verbindung zwischen dem inneren Lagerring141 und dem äußeren Lagerring142 vorzugsweise Wälzkörper143 vorgesehen sind, welche auf Laufbahnen des jeweiligen Lagerrings141 ,142 laufen. Vorzugsweise ist das Lager140 als zweireihiges Schrägkugellager ausgebildet, wie in2a gezeigt. - Das erste Kupplungselement
10 weist eine sich axial bezüglich der Drehachse A erstreckende planseitige Stirnverzahnung15 mit ersten Zähnen150 auf. - Die Kupplungsanordnung
1 weist ferner ein zweites Kupplungselement20 auf. Entsprechend dem ersten Kupplungselement10 weist auch das zweite Kupplungselement20 eine sich axial bezüglich der Drehachse A erstreckenden planseitige Stirnverzahnung in Form einer Gegenverzahnung25 mit zweiten Zähnen250 auf, die axial in die Stirnverzahnung15 des ersten Kupplungselements10 eingreift. Die Stirnverzahnung15 und die Gegenverzahnung25 sind vorzugsweise gegengleich gestaltet. Die ersten Zähne150 und die zweiten Zähne250 verlaufen vorzugsweise radial zur Drehachse A. - Die zweite Kupplungsanordnung
20 ist vorzugsweise als Drehgelenk21 , besonders vorzugsweise als Gleichlaufdrehgelenk ausgebildet. Das Gleichlaufdrehgelenk21 weist vorzugsweise ein Gelenkaußenteil22 mit äußeren Kugelbahnen220 , ein Gelenkinnenteil23 mit inneren Kugelbahnen230 (jeweils schematisch dargestellt) und jeweils in einem Paar von einer äußeren Kugelbahn220 und einer inneren Kugelbahn230 angeordnete drehmomentübertragende Elemente24 , vorzugsweise Kugeln, und einen die drehmomentübertragenden Elemente24 haltenden Käfig240 auf (jeweils schematisch dargestellt). - Ist das erste Kupplungselement
10 als Radnabe11 ausgebildet, dann weist vorzugsweise der Hülsenabschnitt13 an seinem dem zweiten Kupplungselement20 bzw. Drehgelenk21 zugewandten Ende die Stirnverzahnung15 auf. Ist das zweite Kupplungselement dann als Drehgelenk21 ausgebildet, weist das Gelenkaußenteil22 an seinem der Radnabe11 zugewandten Ende die Gegenverzahnung25 auf, welche folglich zur drehfesten Verbindung des ersten Kupplungselements10 und des zweiten Kupplungselements20 in Eingriff gebracht werden/sind. - Das Kupplungselement
1 weist ferner wenigstens ein Verspannmittel30 zum axialen Verspannen des ersten Kupplungselements10 mit dem zweiten Kupplungselement20 auf, die über die Stirnverzahnung15 und die Gegenverzahnung25 zur Übertragung eines Drehmoments um die Drehachse A drehfest miteinander verbunden sind. Das Verspannmittel30 ist vorzugsweise einerseits an dem ersten Kupplungselement10 , also vorzugsweise der Radnabe11 , und andererseits an dem zweiten Kupplungselement20 , also vorzugsweise dem Gelenkaußenteil22 des (Gleichlauf-)Drehgelenks21 , axial abgestützt. Das zweite Kupplungselement20 , also vorzugsweise das Gelenkaußenteil22 , weist insbesondere hierzu eine zentrale Gewindebohrung221 auf, in welche das Verspannmittel30 eingreift. Das Verspannmittel30 ist dann vorzugsweise als Gewindebolzen31 , besonders vorzugsweise als Hohlschraube ausgebildet; weist also einen Gewindeschaft32 mit Außengewinde320 auf, welcher vorzugsweise mit der Gewindebohrung221 im Sinne einer kraftschlüssigen Verbindung korrespondiert. Der Gewindebolzen31 bzw. das Verspannmittel30 ist vorzugsweise in eine zentrale (durchgehende) Bohrung16 des ersten Kupplungselements10 , vorzugsweise der Radnabe11 , eingesetzt und in die Gewindebohrung221 des zweiten Kupplungselements20 eingeschraubt. Das Verspannmittel30 ist ferner derart ausgebildet, dass es sich in eingeschraubtem Zustand axial an einer radialen Stützfläche17 des ersten Kupplungselements10 abstützt. Hierzu weist das Verspannmittel30 vorzugsweise einen Ringflansch330 auf, welcher einen größeren Durchmesser als die zentrale Bohrung16 aufweist und sich mit den die zentrale Bohrung16 übergreifenden Bereichen an der Stützfläche17 abstützt. Vorzugsweise wird der Ringflansch330 durch einen Schrauben- oder Bolzenkopf33 des Verspannmittels30 gebildet. - Eine vorgenannte Kupplungsanordnung
1 mit verspannter Radnabe11 und (Gleichlauf-)Drehgelenk21 wird auch als Radnabe-Drehgelenk-Anordnung bezeichnet. - Mit Verweis auf
1 ist/sind erfindungsgemäß wenigstens eine der Stirnverzahnung15 oder der Gegenverzahnung25 oder beide derart ausgebildet, dass deren Zähne150 ,250 konvex in axialer Richtung (und) von dem jeweiligen sich vorzugsweise ebenfalls radial erstreckenden Zahnfuß155 ,255 des entsprechenden Zahnes150 ,250 weg gewölbte Zahnkopflinien151 ,251 aufweisen. Die sich daraus ergebende, exponierte, höchste axiale Erstreckung E des Zahnes150 ,250 in axialer Richtung stellt somit einen vergleichbar kleinen Bereich – also eine kleine Auflagefläche/Breite quer zur Zahnkopflinie151 ,251 und zur Drehachse A – dar, der in Stirn-Anlage mit dem gegenüberliegenden Zahn250 ,150 des anderen Kupplungselementes20 ,10 kommen kann. Auf diese Weise wird es begünstigt, dass die gegenüberliegenden Zähne150 ,250 der verbauten Kupplungselemente10 ,20 sicher aneinander vorbei in Eingriff der Verzahnungen15 ,25 miteinander gleiten und deren Zahnköpfe152 ,252 nicht versehentlich aufeinander zum Liegen kommen, sodass ein Fehlverbau durch aufeinanderliegende Zahnköpfe152 ,252 sicher vermieden wird. - Vorzugsweise hat der gewölbte Zahn
150 ,250 bzw. Zahnkopf152 ,252 des Zahnes150 ,250 in radialer Richtung gesehen zwischen dem radial äußersten Bereich und dem radial innersten Bereich des Zahnkopfes152 ,252 , besonders vorzugsweise mittig des Zahnes150 ,250 , seine höchste Erstreckung E in axialer Richtung; also seine höchste axiale Erstreckung E. - Ferner kann der gewölbte Zahn
150 ,250 bzw. Zahnkopf152 ,252 an seiner höchsten axialen Erstreckung E in Umfangsrichtung U des Kupplungselements10 ,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 Zahnes150 ,250 ) aufweisen. Dies wird vorzugsweise einfach und automatisch dadurch erreicht, dass die Zahnkopflinien151 ,251 gewölbt ausgebildet sind. Sind die Zahnflanken153 ,253 dabei eben ausgebildet, erstrecken sie sich also jeweils in einer Ebene (wobei die zwei Ebenen der Zahnflanken153 ,253 eines Zahnes150 ,250 vorzugsweise zueinander geneigt sind, um die Zahngeometrie zu bilden), so laufen die zueinander geneigten Zahnflanken153 ,253 zum Zahnkopf152 ,252 hin umso weiter in Umfangsrichtung U des Kupplungselements10 ,20 bzgl. der Drehachse A gesehen aufeinander zu, je weiter sich der Zahnkopf152 ,252 (bzw. dessen Zahnkopflinien151 ,251 ) von dem Kupplungselement10 ,20 bzw. dem (entsprechenden) Zahnfuß155 ,255 weg in axialer Richtung erstreckt. Dies hat zur Folge, dass der Zahnkopf152 ,252 in Umfangsrichtung U des Kupplungselementes10 ,20 bzgl. dessen Drehachse A gesehen umso schmaler ausgebildet ist, je weiter sich der Zahn150 ,250 bzw. dessen Zahnkopf152 ,252 oder Zahnkopflinien151 ,251 in axialer Richtung vom Kupplungselement10 ,20 bzw. vom Zahnfuß155 ,255 weg erstreckt/erstrecken. Durch den somit in dem am meisten exponierten Bereich des Zahnkopfes152 ,252 bzw. der Zahnkopflinien151 ,251 besonders schmal – in Umfangsrichtung U bzgl. der Drehachse A gesehen – vorzugsweise spitz (zulaufend) – in axialer Richtung des Kupplungselements10 ,20 gesehen – ausgebildeten Zahn150 ,250 bzw. Zahnkopf152 ,252 wird ein Aufeinanderliegen gegenüberliegender Zähne150 ,250 beim Verbauen der Kupplungselemente10 ,20 und somit ein Fehlverbau sicher vermieden. -
4a zeigt eine weitere Ausgestaltungsform eines Kupplungselements10 ,20 gemäß der Erfindung in der Draufsicht auf die Verzahnung15 ,25 . Gemäß der in4a gezeigten Ausgestaltungsform können die Punkte der höchsten axialen Erstreckung E und/oder die schmalsten Stellen S – welche im vorliegenden, bevorzugten Beispiel je Zahn150 ,250 zusammenfallen, jedoch auch auseinanderliegen können – wenigstens zweier benachbarter Zahnköpfe152 ,252 vorzugsweise einen unterschiedlichen radialen Abstand R (R1, R2, R3, ...) zur Drehachse A haben. Besonders vorzugsweise verläuft dann, wie in4a gezeigt, eine gedachte Verbindung bzw. Verbindungslinie V zwischen den Punkten höchster axialer Erstreckung E und/oder den schmalsten Stellen S aller Zahnköpfe152 ,252 bezüglich der Drehachse A periodisch, besonders vorzugsweise sinusförmig oder wellenförmig und weist ferner besonders vorzugsweise (in der Draufsicht auf die Verzahnung15 ,25 ) eine Tulpenform oder Sternform auf. Mit der in4a gezeigten Ausgestaltung der Verzahnungen15 ,25 der Kupplungselemente10 ,20 wird es weiter vereinfacht ermöglicht, vollausgeprägte Verzahnungsköpfe152 ,252 auf beiden Verbaupartnern (Kupplungselementen10 ,20 ) auf variablen Durchmessern bereitzustellen. -
4b zeigt beispielhaft einen Rohling für ein Kupplungselement10 ,20 gemäß4a , bevor die Zähne150 ,250 darin ausgeformt wurden. Es ist zu erkennen, dass die Tulpen- oder Sternform im Bereich der auszubildenden Zähne150 ,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 Zahnköpfe152 ,252 sich bei Einbringen der Zähne folglich automatisch ergibt.4a zeigt das Kupplungselement10 ,20 nach der Ausformung der Zähne150 ,250 ausgehend von dem Rohling gemäß der4b . - Die Zahnkopflinien
151 ,251 des gewölbten Zahnkopfes152 ,252 weisen vorzugsweise an ihrer höchsten axialen Erstreckung E einen kleineren Abstand zu Zahnfußlinien154 ,254 der gegenüberliegenden Verzahnung25 ,15 auf als radial außen und innen der höchsten axialen Erstreckung E. - Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltungsform laufen die Zahnfußlinien
154 ,254 zwischen zwei Zähnen150 ,250 eines Kupplungselements10 ,20 in Richtung zu der Drehachse A aufeinander zu, wobei der Schnittpunkt der Zahnfußlinien154 ,254 innerhalb oder außerhalb der Verzahnung15 ,25 liegen kann, vorzugsweise in der Drehachse A. Alternativ können die Zahnfußlinien154 ,254 auch parallel zueinander ausgerichtet sein. - Vergleichbar verlaufen Geraden G eines Zahnes
150 ,250 , welche die äußersten Punkte radial außen und radial innen der Zahnkopflinie151 ,251 schneiden, ebenfalls vorzugsweise in Richtung zu der Drehachse A aufeinander zu, wobei der Schnittpunkt dieser Geraden G innerhalb oder außerhalb der Verzahnung15 ,25 liegen kann, vorzugsweise in der Drehachse A. Die Geraden G und die Zahnfußlinien154 ,254 eines Zahnes150 ,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 Kupplungselementen10 ,20 vollumfänglich verwiesen. Ein solches Kupplungselement10 ,20 mit einer Drehachse A, um die sich das Kupplungselement10 ,20 drehen kann, weist somit eine sich axial bezüglich der Drehachse A erstreckende Stirnverzahnung15 ,25 auf, welche derart ausgelegt ist, dass sie in eine Gegenverzahnung25 ,15 eines zweiten Kupplungselementes20 ,10 zur Übertragung eines Drehmoments um die Drehachse A eingreifen kann und das erste Kupplungselement10 ,20 mit dem zweiten Kupplungselement20 ,10 drehfest miteinander verbindbar ist. Die Stirnverzahnung15 ,25 ist derart ausgebildet, dass deren Zähne150 ,250 sich konvex in axialer Richtung und von dem Zahnfuß155 ,255 weg gewölbte Zahnkopflinien151 ,251 aufweisen. Zur weiteren, bevorzugten Ausgestaltung der Zähne150 ,250 , insbesondere der Zahnköpfe152 ,252 und Zahnkopflinien151 ,251 wird zur Vermeidung von Wiederholungen auf obige Ausführungen verwiesen. Das Kupplungselement10 ,20 kann eine Radnabe11 oder ein Drehgelenk21 einer Kupplungsanordnung sein, insbesondere einer zuvor beschriebenen Kupplungsanordnung1 , 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 (15)
- 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.
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Legal Events
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R016 | Response to examination communication | ||
R016 | Response to examination communication | ||
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R020 | Patent grant now final |
Effective date: 20141128 |
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