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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steckverzahnungsanordnung, wobei die Steckverzahnungsanordnung eine Mitnehmerscheibe mit einer Innenverzahnung und ein Nabenelement mit einer korrespondierenden Außenverzahnung umfasst. Dabei ist die Steckverzahnung beispielsweise in einer Kupplungsanordnung mit zumindest zwei Zwischenscheiben und einem Federelement zur Anpresskrafterzeugung vorgesehen, wobei die Mitnehmerscheibe zwischen den beiden Zwischenscheiben zur drehfesten Mitnahme durch die axiale Anpresskraft in Drehrichtung um eine Drehachse A mitgenommen wird.
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Aus der deutschen Patentanmeldung
DE 101 18 233 A1 ist eine Kupplungsanordnung bekannt, mit einem Kupplungskorb und einer Mitnehmerscheibe, bei der die Mitnehmerscheibe an ihrem Außenumfang Zähne und Zahnlücken aufweist, die mit korrespondierenden Zahnlücken bzw. Zähne im Kupplungskorb eine Steckverzahnung bilden. Hierbei ist der Zahn des Kupplungskorbes mit einem axial verlaufenden Schlitz vorgesehen wobei der Zahn des Kupplungskorbes eine größere Breite aufweist als die dazu korrespondierende Zahnlücke der Mitnehmerscheibe. Hierdurch wird eine rasselfreie Verbindung des Kupplungskorbes mit der Mitnehmerscheibe bewirkt. Dabei ist die Verzahnung zwischen dem Kupplungskorb und der Mitnehmerscheibe vorgespannt, was vorteilhaft ist für eine rasselfreie Verbindung, jedoch sich negativ auf eine axiale Verschiebbarkeit der Mitnehmerscheibe zum Kupplungskorb auswirkt.
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Ausgehend vom erläuterten Stand der Technik ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Steckverzahnungsanordnung so weiter zu bilden, dass eine Mitnehmerscheibe zu einem Nabenelement axial verschiebbar angeordnet ist und wobei bei einer Übertragung eines Drehmoments zwischen der Mitnehmerscheibe und dem Nabenelement eine Flächenbelastung der Zahnflanken der Steckverzahnung ein möglichst gleichmäßige Verteilung aufweist. Diese Aufgabe wird durch eine gattungsgemäße Steckverzahnungsanordnung, welche zusätzlich das kennzeichnende Merkmal des Anspruches 1 umfasst, gelöst. Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch eine Steckverzahnungsanordnung umfassend zumindest eine Mitnehmerscheibe mit einem Innenverzahnungsbereich, mit zumindest einem Innenzahnelement und einer Innenzahnlücke und ein Nabenelement mit einem korrespondierenden Außenverzahnungsbereich und zumindest einem Außenzahnelement und einer Außenzahnlücke, wobei das Innenzahnelement und/oder das Außenzahnelement einen axial ausgerichteten Schlitz aufweisen. Dabei ist die Steckverzahnungsanordnung so ausgeführt, dass die Mitnehmerscheibe zu dem Nabenelement axial verschiebbar angeordnet ist. Dies bedeutet, dass die Verzahnung ein Spiel aufweist. Wird nun von dieser Steckverzahnung ein Drehmoment übertragen, so kommt ein Zahnflankenbereich der Mitnehmerscheibe in Kontakt zu einem Zahnflankenbereich des Nabenelements. Da die Verzahnung der Mitnehmerscheibe unabhängig von der Verzahnung des Nabenelements bearbeitet wird, kommt es zu unterschiedlichen Flächenbelastungen an den Zahnflanken der Mitnehmerscheibe und des Nabenelements. Dabei können auf den jeweiligen Zahnflankenbereichen örtliche Flächenüberbelastungen entstehen, die zu Materialermüdung bzw. Materialverschleiß in Form von Einarbeitungen oder auch Ausbrüchen führen können. Um die Flächenbelastung auf den Zahnflankenbereichen gleichmäßiger zu verteilen, werden das Zahnelement des Nabenelements und/oder das Zahnelement der Mitnehmerscheibe mit einem axial verlaufenden Schlitz ausgeführt, wodurch das jeweilige Zahnelement umfangselastisch ausgeführt wird. Wird beispielsweise das Zahnelement des Nabenelements mit einem axialen Schlitz ausgeführt, so kann bei einem Einleiten eines Drehmomentes sich der Zahnflankenbereich des Nabenelements leicht verformen und sich folglich besser an den korrespondierenden Zahnflankenbereich der Mitnehmerscheibe anlegen. Dabei ist es oft schon ausreichend, wenn diese umfangselastische Ausführung des Zahnelements in einem µm Bereich liegt. Hierdurch werden örtliche bzw. punktuelle Überbelastungen auf den Zahnflankenbereichen reduziert. Dabei kann die umfangselastische Ausführung des Zahnelements durch eine Geometrie des Zahnelements beeinflusst werden.
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Es ist weiter vorteilhaft, wenn der Schlitz der Steckverzahnungsanordnung nach einer radialen Richtung offen ist und hierdurch das jeweilige Zahnelement umfangselastisch ausgeführt ist. Dabei kann, wie bereits erwähnt, die Geometrie des Schlitzes in dem Zahnelement die umfangselastische Eigenschaft des Zahnelements bestimmen. Dabei können eine Schlitztiefe und eine Schlitzbreite für die umfangselastische Eigenschaft des jeweiligen Zahnelements entscheidend sein.
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Weiter kann es vorgesehen sein, dass die Innenzahnlücke und die Außenzahnlücke größer sind als das korrespondierende Außenzahnelement und das korrespondierende Innenzahnelement. Dies bedeutet dass die Steckverzahnung zwischen dem Nabenelement und der Mitnehmerscheibe leicht axial verschiebbar ausgeführt sind. Dies ist besonders vorteilhaft, wenn die Steckverzahnungsanordnung in einer Reibkupplung für ein Fahrzeug verwendet wird, da bei einem Auskuppelvorgang ein axiales verschieben der Mitnehmerscheibe funktionsrelevant für den Auskuppelvorgang, also für den Zustand in dem kein Drehmoment übertragen wird, ist.
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Weiter kann es vorgesehen sein, dass die Mitnehmerscheibe radial außen eine erste Reibseite und/oder eine zweite Reibseite vorsieht. Dabei kann die jeweilige Reibseite umfangsmäßig durchgehend oder umfangsmäßig durchbrochen, also flügelartig ausgeführt sein.
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Weiter kann es vorgesehen sein, dass die erste Reibseite und/oder die zweite Reibseite mindestens eine Reibfläche vorsehen. Dabei kann auch hier die Reibfläche umfangsmäßig durchlaufend oder umfangsmäßig mit Ausbrüchen verlaufen. Dabei kann die Reibfläche aus einem bekannten Reibmaterial beispielsweise ein Sinterreibmaterial oder als ein bekanntes organisches Reibmaterial ausgeführt sein.
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Weiter wird eine Kupplungsanordnung für ein Fahrzeug in einer Einscheibenausführung oder in einer Mehrscheibenausführung mit zumindest zwei Zwischenscheiben, einer Mitnehmerscheibe, einem Nabenelement und ein Federelement für eine Axialkrafterzeugung beansprucht, wobei das Nabenelement mit der Mitnehmerscheibe mittels einer Steckverzahnungsanordnung drehfest und axial verschiebbar verbunden ist, wobei die Steckverzahnungsanordnung nach einem der bereits vorrangehend beschriebenen Ausführungsvarianten vorgesehen ist. Besonders bei Kupplungsanordnungen die als Mehrscheibenausführungen vorgesehen sind, ist es für die Funktionssicherheit bei einem Auskuppelvorgang entscheidend, dass die Mitnehmerscheiben auf dem Nabenelement axial verschiebbar ausgeführt sind. Wird beispielsweise von einer Kupplungsanordnung mit einer Mehrscheibenausführung ein Drehmoment übertragen, so wird von dem Federelement auf die Zwischenscheiben bzw. die Mitnehmerscheiben eine axiale Kraft ausgeübt. Durch die axiale Kraft wird ein Reibschluss von den Mitnehmerscheiben zu den Zwischenscheiben bewirkt, wobei die Mitnehmerscheiben und die Zwischenscheiben drehfest miteinander verbunden sind. Folglich wird ein an den Zwischenscheiben bzw. an den Mitnehmerscheiben anliegendes Drehmoment auf das Nabenelement, welches drehfest mit den Mitnehmerscheiben verbunden ist, übertragen. Erfolgt nun beispielsweise bei einem Auskuppelvorgang eine Reduzierung bzw. eine Anpresskraftverringerung auf nahezu Null, ist es vorteilhaft, dass sich die Mitnehmerscheiben und die Zwischenscheiben in eine axiale Richtung voneinander weg bewegen um möglicht kein Schleppmoment zu erzeugen und ein funktionssicheres Auskuppeln zu gewährleisten. Hierdurch wird der Reibschluss zwischen den Mitnehmerscheiben und den Zwischenscheiben reduziert bzw. aufgehoben und die Kupplungsanordnung überträgt kein Drehmoment mehr zwischen den Zwischenscheiben und dem Nabenelement. Um diesen Auskuppelvorgang sicher zu gewährleisten, ist es für die Funktion von entscheidender Bedeutung, dass die Mitnehmerscheiben an dem Nabenelement frei axial verschiebbar sind. Durch die Drehmomentübertragung bei einer geschlossenen Kupplungsanordnung wird das an der Mitnehmerscheibe anliegende Drehmoment an das Nabenelement übertragen. Dabei kommen die Zahnflanken der Mitnehmerscheiben in direkten Kontakt mit den Zahnflanken des Nabenelements. Die hierdurch erzeugte Flächenpressung kann sich örtlich unterschiedlich auf die Zahnflanken erstrecken. Durch den Bearbeitungsprozess die Zahnflanken der Mitnehmerscheiben und des Nabenelements, der unabhängig voneinander erfolgt, liegen die Zahnflanken meist nicht vollflächig aufeinander sondern es kann zu örtlichen höheren Flächenpressungen an den Zahnflanken kommen. Diese örtlich höheren Flächenpressungen an den Zahnflanken können zu Materialbeschädigungen oder Materialausbrüchen führen. Wird nun beispielsweise ein Zahnelement des Nabenelements umfangselastisch ausgeführt, wie beispielsweise mit dem sich radial erstreckenden Schlitz am Zahnelement des Nabenelements, so kann sich das Zahnelement des Nabenelements örtlich in Umfangsrichtung verformen und somit die Flächenbelastung der Zahnflanken gleichmäßiger verteilen. Hierdurch sinkt die örtliche Flächenbelastung der Zahnflanken und es ergibt sich eine gleichmäßiger verteilte Flächenpressung auf den Zahnflanken, sowohl auf den Zahnflanken der Mitnehmerscheiben als auch auf den korrespondierenden Zahnflanken des Nabenelements. Dabei kann es ausreichend sein, dass die umfangselastische Verformung des Zahnelements sich im µm Bereich bewegt.
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Wie bereits erwähnt kann die Kupplungsanordnung zumindest eine weitere Mitnehmerscheibe vorsehen.
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Auch kann es sein, dass die Kupplungsanordnung Zwischenscheiben aus einem Stahl und/oder aus einem kohlenstofffaserhaltigen Material und/oder aus einem kohlstofffaserverstärkten Siliziumkarbid ausgeführt sind. Hierbei treten die Mitnehmerscheiben, die beispielsweise als Sinterscheiben ausgeführt sind, in Reibkontakt mit den Zwischenscheiben aus Stahl und/oder aus kohlenstofffaserhaltigen Material und/oder aus kohlenstofffaserverstärkten Siliziumkarbid in Reibkontakt.
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Im Folgenden werden bevorzugt Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beiliegenden Figuren erläutert. Es zeigt:
- 1 eine erfindungsgemäße Steckverzahnungsanordnung mit einer Mitnehmerscheibe und einem Nabenelement;
- 2 ein Nabenelement im Querschnitt, wie bereits in 1 beschrieben;
- 3 das Nabenelement aus 2 in einem Längsschnitt;
- 4 eine Kupplungsanordnung als eine Mehrscheibenausführung mit einer erfindungsgemäßen Steckverzahnungsanordnung;
- 5 eine explodierte Ansicht von den Mitnehmerscheiben, Zwischenscheiben und dem Nabenelement aus der 4.
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In der 1 ist eine Steckverzahnungsanordnung 1 dargestellt, mit einer Mitnehmerscheibe 20 und einem Nabenelement 30. Dabei ist hier die Mitnehmerscheibe 20 mit einer ersten Reibseite 23 und einer zweiten Reibseite 25 ausgeführt. Dabei sind hier die beiden Reibseiten 23 und 25 mit zusätzlichen Reibflächen 21 versehen, die hier beispielsweise aus einem Sinterreibbelag ausgeführt sind. Dabei sind die beiden Reibseiten 23 und 25 umfangsmäßig unterbrochen, so dass sich eine flügelartige Ausbildung der Reibflächen 21 ergibt. Dabei können die Reibflächen 21, die hier beispielsweise aus einem Sintermaterial bestehen können, mit der Mitnehmerscheibe 20 durch einen Lötvorgang oder durch einen Schraub- oder Nietvorgang drehfest verbunden werden. Weiter radial innen der Mitnehmerscheibe 20 befindet sich ein Innenverzahnungsbereich 22 mit einem Innenzahnelement 24 und einer Innenzahnlücke 26, welche umfangsmäßig abwechselnd angeordnet sind. Das Nabenelement 30 ist mit einem Außenverzahnungsbereich 32 versehen, der korrespondierend zu dem Innenverzahnungsbereich 22 der Mitnehmerscheibe 20 ausgeführt ist. Dabei umfasst der Außenverzahnungsbereich 32 des Nabenelements 30 ebenfalls ein Außenzahnelement 34 und eine Außenzahnlücke 36. Dabei ist das Außenzahnelement 34 mit einem sich axial erstreckenden Schlitz 38 versehen. Der Schlitz 38 ist dabei nach radial außen offen und nach radial innen mit einer spannungsminimierenden Verrundung versehen. Durch den angebrachten Schlitz 38 kann das Außenzahnelement 34 des Nabenelements 30 in Umfangsrichtung elastisch ausgeführt werden. Wird nun beispielsweise von der Mitnehmerscheibe 20 ein Drehmoment auf das Nabenelement 30 übertragen, kommen ein Zahnflankenbereich 27 der Mitnehmerscheibe 20 in Kontakt zu einem Zahnflankenbereich 37 des Nabenelements 30. Dieser Kontaktbereich der beiden Zahnflanken 27, 37 ist dabei von einer Flächenpressung her betrachtet nicht gleichmäßig in der Verteilung. Vorwiegend und bedingt durch die Bearbeitungsprozesse der Zahnflankenbereiche 27 und 37 kann es zu örtlich hohen Flächenpressungen bzw. zu starken Schwankungen in der Flächenpressung auf den beiden Zahnflanken 27; 37 kommen. Die Bereiche an den Zahnflanken 27; 37 mit hohen Flächenpressungen können dabei beschädigt werden. Dies kann sich beispielsweise in Materialbeschädigungen an dem Nabenscheibenelement oder auch an der Mitnehmerscheibe 20 zeigen. Durch die umfangselastische Ausbildung des Außenzahnelements 34 des Nabenelements mit dem Schlitz 38 kann sich das Außenzahnelement 34 in Umfangsrichtung verformen und durch die Verformung eine gleichmäßigere Verteilung der Flächenpressung an den Zahnflanken 27; 37 bewirken. Dabei kann eine Verformung des Außenzahnelements 34 in einem µm Bereich ausreichend sein um eine gleichmäßige Flächenbelastung an den Zahnflankenbreichen 27; 37 zu bewirken. Dabei sind hier alle Außenzahnelemente 34 des Nabenelements 30mit axial verlaufenden Schlitzen 38 versehen. Nur beispielhaft ist auch ein Schlitz 28 an einem Innenzahnelement 24 der Mitnehmerscheibe 20 dargestellt. Dabei hat dieser Schlitz 38 die gleiche Funktion wie der Schlitz 38 des Nabenelements 30. Auch hier kann, jedoch nicht dargestellt, jedes Innenzahnelement 24 der Mitnehmerscheibe 20 mit einem Schlitz 28 ausgeführt sein. Durch eine Innenverzahnung 45 an dem Nabenelement 30 kann beispielsweise ein von der Mitnehmerscheibe 20 eingeleitete Drehmoment an beispielsweise eine Getriebeeingangswelle, hier nicht dargestellt, weitergeleitet werden. Das Nabenelement 30 kann dabei aus einem Stahl oder einem Titanwerkstoff oder einem Aluminiumwerkstoff ausgeführt werden.
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Die 2 zeigt ein Nabenelement 30, wie bereits in der 1 beschrieben, in einer Querschnittdarstellung. Dabei ist gut der Außenverzahnungsbereich 32 mit dem Außenzahnelement 34 und der Außenzahnlücke 36 zu sehen. Ebenfalls gut zu sehen ist der Schlitz 38 der hier mittig am Außenzahnelement 34 angebracht ist. Der Schlitz 38 ist dabei nach radial außen offen und erstreckt sich nahezu hälftig in Bezug auf eine Außenzahnhöhe 47 nach radial innen. Zur Reduzierung von Spannungen und Kerbeigenschaften ist das radial innere Ende des Schlitzes 38 mit einer Verrundung 42 ausgeführt. Eine Schlitzbreite 41 des Schlitzes 38 ist dabei so gewählt, dass das Außenzahnelement 34 in Umfangsrichtung elastisch ist aber dennoch ein anliegende Drehmoment sicher übertragen kann. Radial innen ist das Nabenelement 30 mit einer Innenverzahnung 45 ausgeführt, die beispielsweise in eine Getriebeeingangswelle eingreifen kann.
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Die 3 zeigt das Nabenelement 30, wie bereits in der 2 beschrieben, jedoch in einem Längsschnitt. Hierbei ist radial außen gut der Schlitz 38 zu erkennen, der sich über die gesamte axiale Erstreckung des Nabenelementes 30 erstreckt. Eine Schlitztiefe 39 kann dabei für die umfangselastischen Eigenschaften des Außenzahnelements 34 verwendet werden.
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Die 4 zeigt eine um eine Drehachse A drehbare Kupplungsanordnung 2 für ein Fahrzeug als eine Dreischeibenkupplung ausgeführt, wobei die Kupplungsanordnung 2 hier drei Mitnehmerscheiben 20 umfasst, welche mit dem Nabenelement 30 mittels einer Steckverzahnungsanordnung 1 drehfest verbunden sind. Dabei ist die Steckverzahnungsanordnung 1 wie bereits beschrieben mit einem Schlitz 38 im Bereich des Außenzahnelements des Nabenelements 30 ausgeführt. Ferner umfasst hier die Kupplungsanordnung ein Gehäuse 80 sowie zwei Federelemente 90 zur Erzeugung einer axial wirkenden Kraft sowie ein Anpressplattenelement 95, das hier zweiteilig ausgeführt ist. Dabei sind hier die Zwischenscheiben 40, 50, 60 und auch 60 drehfest und axial verschiebbar mit dem Gehäuse verbunden. Zwischen den Zwischenscheiben 40, 50, 60, 60 werden die drei Mitnehmerscheiben 20 aufgenommen. Wird nun von den beiden Federelementen 90 eine axiale Anpresskraft auf das Anpressplattenelement 95 ausgeübt, so werden auch die Zwischenscheiben 40, 50 und 70 sowie die Mitnehmerscheiben 20 mit einer axial wirkenden Kraft versehen. Wird beispielsweise an das Gehäuse 80 ein Drehmoment angelegt, so kann das Drehmoment mittels Reibschluss zwischen den Mitnehmerscheiben 20 und den Zwischenscheiben 40, 50, 60, 60 an das Nabenelement 30 geleitet werden.
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Die 5 zeigt eine explodierte Darstellung der Zwischenscheiben 40, 50, 60, 60, sowie der Mitnehmerscheiben 20, 20, 20 und des Nabenelements 30. Dabei sind die Mitnehmerscheiben 20, 20, 20 drehfest und axial verschiebbar mit dem Nabenelement 30 mittels der bereits vorangehend ausführlich beschriebenen, besonders in der 1, Steckverzahnungsanordnung 1 verbunden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Steckverzahnungsanordnung
- 2
- Kupplungsanordnung
- 20
- Mitnehmerscheibe
- 21
- Reibfläche
- 22
- Innenverzahnungsbereich
- 23
- erste Reibseite
- 24
- Innenzahnelement
- 25
- zweite Reibseite
- 26
- Innenzahnlücke
- 27
- Zahnflankenbereich
- 28
- Schlitz
- 30
- Nabenelement
- 32
- Außenverzahnungsbereich
- 34
- Außenzahnelement
- 36
- Außenzahnlücke
- 37
- Zahnflankenbereich
- 38
- Schlitz
- 39
- Schlitztiefe
- 40
- Zwischenscheibe
- 41
- Schlitzbreite
- 42
- Verrundung
- 45
- Innenverzahnung
- 47
- Außenzahnhöhe
- 50
- Zwischenscheibe
- 60
- Zwischenscheibe
- 80
- Gehäuse
- 90
- Federelement
- 95
- Anpressplattenelement
- A
- Drehachse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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