DE19648414C1

DE19648414C1 - Nabenkörper für Kupplungen, insbesondere Reibungskupplungen in Kraftfahrzeugen

Info

Publication number: DE19648414C1
Application number: DE1996148414
Authority: DE
Inventors: Frank D Dr Ing Ilzig; Ernst Buberl
Original assignee: Mannesmann Sachs AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1996-11-22
Filing date: 1996-11-22
Publication date: 1998-06-10
Anticipated expiration: 2016-11-23

Description

Die Erfindung betrifft einen Nabenkörper für Kupplungen, insbeson dere Reibungskupplungen in Kraftfahrzeugen, mit einer Innenverzah nung zur Verbindung mit einer Getriebeeingangswelle und einer Au ßenverzahnung mit sich in radialer und axialer Richtung er streckenden Zähnen zur Verbindung mit einer Mitnehmerscheibe der Kupplung.

Ein solcher Nabenkörper wird verwendet, wenn die Reibungskupplung mit einem Vordämpfer ausgebildet ist. Die DE 40 26 765 A1 offen bart eine Kupplungsscheibe mit einem Leerlaufsystem und einem Lastsystem. Der Nabenkörper oder die Nabe wird mit ihrer Innenver zahnung auf die Getriebeeingangswelle aufgesetzt. Über die Außen verzahnung ist mit dem Nabenkörper eine Nabenscheibe verbunden, wobei die Außenverzahnung ein Drehspiel aufweist, das den Wirkungsbereich des Leerlaufsystems festlegt. Sämtliche Teile des Torsionsschwingungsdämpfers sind konzentrisch um die Drehachse angeordnet. Die Nabenscheibe ist mit einem Belagträger verbunden, der an seinem Außenumfang die Reibbeläge aufweist und über die das Drehmoment eingeleitet wird. Über die Außenverzahnung wird das Drehmoment in den Nabenkörper und von dort über die Innenverzah nung in die Getriebeeingangswelle geleitet.

Der Nabenkörper unterliegt als letztes Glied in der Kraftfluß-Ket te einer hohen Belastung. Bekanntlich sind die Zähne großer Flä chenpressung ausgesetzt. Damit eine ausreichende Standfestigkeit und Betriebssicherheit gegeben ist, muß der Nabenkörper aus ent sprechend hoch vergütetem Stahl gefertigt werden. Die höchste Bau teilbelastung ist in der Verzahnung zu erwarten. Folglich muß bei der Materialauswahl ein Stahl Berücksichtigung finden, dessen Fe stigkeitswerte über der zu erwartenden Belastung in der Verzahnung liegen. Ein solcher Werkstoff ist entsprechend teuer.

Um die Kosten bei der Materialauswahl reduzieren zu können, werden die Nabenkörper deshalb in aller Regel nach dem Schmieden gehär tet. Hierdurch erfolgt eine gleichmäßige Festigkeitserhöhung über den Umfang des Nabenkörpers, so daß beispielsweise die Verzahnung bis zu einer bestimmten radialen Tiefe an allen Stellen nahezu dieselbe Festigkeit aufweist. Das Härten eines Bauteiles erfordert einen weiteren Arbeitsgang, so daß die Herstellkosten des Naben körpers entsprechend hoch sind.

Von dieser Problemstellung ausgehend soll ein gattungsgemäßer Na benkörper so fortgebildet werden, daß er einfach und kostengünstig herstellbar ist, wobei seine Dauerfestigkeitseigenschaften natür lich nicht beeinträchtigt werden dürfen.

Zur Problemlösung ist der Härteverlauf in den Zähnen der Außenver zahnung und in den darunterliegenden Bereichen des Nabenkörpers bezogen auf eine axiale Ebene so gewählt, daß er in axialer Rich tung von einem Minimalwert auf einen Maximalwert ansteigend und wieder abfallend ist und bezogen auf eine radiale Ebene der Härte verlauf in den Zähnen der Außenverzahnung und gegebenenfalls in den darunterliegenden Bereichen des Nabenkörpers von einem Maxi malwert radial innen auf einen Minimalwert radial außen abfällt.

Durch diese Maßnahme ist es möglich, die Festigkeit des Nabenkör pers an die im Betrieb auf ihn einwirkende Belastung anzupassen. Dadurch, daß der Härteverlauf nicht mehr gleichmäßig über das Bau teil erfolgt, kann der Nabenkörper in einem einzigen Arbeitsgang durch Kaltpressen hergestellt werden. Das bisher übliche Schmieden eines Rohteils und anschließendes Vergüten, sowie Drehen und Boh ren und Außen- und Innenräumen der Verzahnung kann dadurch entfal len. Gegenüber den bekannten Nabenkörper werden die Herstellungs kosten ganz deutlich reduziert.

Zur weiteren Anpassung des Nabenkörpers auf die individuelle Bela stung ist es vorteilhaft, wenn auch der Härteverlauf im Grundkör per bezogen auf eine axiale Ebene in axialer Richtung von einem Minimalwert auf einen Maximalwert ansteigend und wieder abfallend ist.

Vorteilhaft ist es, wenn der Härteverlauf zwischen zwei Zähnen der Außenverzahnung bezogen auf eine axiale Ebene in axialer Richtung von einem Minimalwert auf einen Maximalwert ansteigend und wieder abfallend ist und bezogen auf eine radiale Ebene der Härteverlauf seinen Maximalwert zwischen radial innen und radial außen einnimmt. Durch diese Maßnahme wird der Nabenkör per auch in den Zahnlücken in seiner Festigkeit an die Belastung angepaßt, die im späteren Betrieb auf ihn einwirkt.

Vorzugsweise ist zwischen zwei Zähnen bezogen auf eine radiale Ebene die Härte radial innen höher als radial außen. Dabei ist es insbesondere vorteilhaft, wenn bezogen auf eine radiale Ebene die maximale Härte im Bereich der Bauteilmitte, also im Bereich des mittleren Radius auftritt.

Die Härte in den Zähnen der Innenverzahnung ist vorzugsweise am höchsten eingestellt, da diese der höchsten Belastung ausgesetzt ist.

Um der Flächenpressung im Betrieb Stand zu halten, ist die Härte in den Flanken der Zähne am höchsten. Dabei ist es vorteilhaft, wenn bezogen auf eine radiale Ebene der Härteverlauf in den Zähnen von seinen Maximalwert in den Flanken zum Minimalwert in der Zahnmitte im wesentlichen symmetrisch verläuft. Das hat den Vorteil, daß das Preßwerkzeug symmetrisch ausgebildet sein kann.

Insbesondere vorteilhaft ist es, wenn der Einlauf und der Auslauf der Innenverzahnung in axialer Richtung gerundet ist. Dadurch wird die Montage der später zusammengesetzten Kupplungsscheibe verein facht.

Vorteilhaft ist es, wenn der Nabenkörper im Quer-Fließpreßverfah ren hergestellt wird. Durch entsprechende Genauigkeit bei der Werkzeugerstellung kann dabei der einzustellende Härteverlauf re produzierbar vorherbestimmt werden.

Mit Hilfe einer Zeichnung soll die Erfindung nachfolgend näher erläutert werden. Es zeigt:

Fig. 1 - einen Nabenkörper in perspektivischer Darstellung;

Fig. 2 - den Axialschnitt durch den Nabenkörper;

Fig. 2a - den Härteverlauf im Nabenkörper durch einen Zahn bezogen auf die axiale Ebene E_A1 gemäß dem Schnitt IIab nach Fig. 1;

Fig. 2a1 - den Härteverlauf im Nabenkörper durch einen Zahn bezogen auf die axiale Ebene E_A2 gemäß dem Schnitt IIab nach Fig. 1;

Fig. 2a2 - den Härteverlauf im Nabenkörper durch einen Zahn bezogen auf die axiale Ebene E_A3 gemäß dem Schnitt IIab nach Fig. 1;

Fig. 2b - den Härteverlauf im Nabenkörper innerhalb eines Zahnes bezogen auf eine radiale Ebene gemäß Schnitt IIab nach Fig. 1;

Fig. 2c - den Härteverlauf im Nabenkörper zwischen zwei Zäh nen bezogen auf eine axiale Ebene gemäß dem Schnitt IIcd nach Fig. 1;

Fig. 2d - den Härteverlauf im Nabenkörper zwischen zwei Zäh nen bezogen auf eine radiale Ebene gemäß dem Schnitt IIcd nach Fig. 1;

Fig. 3 - einen anderen Axialschnitt des Nabenkörpers;

Fig. 3a - die Einzelheit "X" nach Fig. 3;

Fig. 3b - die Einzelheit "Z" nach Fig. 3;

Fig. 4 - Punkte unterschiedlicher Härte in einem Außenzahn bezogen auf den Schnitt IV-IV nach Fig. 3.

Der Nabenkörper ist hülsenförmig ausgebildet und mit einer Außen verzahnung 1 und einer Innenverzahnung 3 versehen. Die Zähne 2 der Außenverzahnung 1 sind in einer Axialrichtung abgestuft ausgebil det. Auch der hülsenförmige Grundkörper 8 ist in axialer Richtung abgestuft. Wie Fig. 1 zeigt, weist der Bereich 5 (Zahnlücke) zwi schen zwei Zähnen 2 der Außenverzahnung 1 einen größeren Durchmes ser auf, als der Grundkörper 8, so daß die aus Zähnen 2 und Zahn lücken 5 gebildete Außenverzahnung 1 gegenüber dem Grundkörper 8 ringförmig erhöht ist. Wie Fig. 3a und 3b zeigen, sind sowohl der Einlauf 6 als auch der Auslauf 7 zur Innenverzahnung 3 in axialer Richtung ausgerundet, so daß ein fasenfreier Übergang zur Innenverzahnung 3 eingestellt ist.

Die Fig. 2a bis 2d zeigen den Verlauf der Härte im Nabenkörper jeweils bezogen auf eine radiale oder axiale Ebene. Zur besseren Verdeutlichung sind die Werte der Vickershärte zum Härteverlauf angegeben.

Fig. 2 zeigt den Axialschnitt durch den Nabenkörper, wobei die rechte Seite den Schnitt in Höhe eines Zahnes 2 und die linke Sei te in Höhe einer Zahnlücke 5 zeigt. Bezogen auf eine axiale Ebene (E_A1, E_A2, E_A3) steigt der Härteverlauf in den Zähnen 2 in axialer Richtung von einem Minimalwert (253) auf einen Maximalwert (263) an und fällt danach wieder auf einen niedrigeren Wert (244) ab, wie aus Fig. 2a ersichtlich ist. Wie Fig. 2b zeigt ist bezogen auf eine radiale Ebene (E_RZ) der Härteverlauf in den Zähnen 2 von seinem Maximalwert (292) radial innen auf seinen Minimalwert (227) radial außen abfallend. Da die gewählten Meßpunkte bei der Härte angabe zueinander beabstandet sind, ist die Diagrammdarstellung in den Fig. 2a bis 2d stufenförmig ausgebildet.

Ein Vergleich der Fig. 2a, 2a1 und 2a2, die jeweils den Härte verlauf in einer anderen Ebene darstellen, wobei Fig. 2a den Här teverlauf in der Ebene (E_A1), Fig. 2a1 den Härteverlauf in der Ebene (E_A2) und Fig. 2a2 den Härteverlauf in der Ebene (E_A3) dar stellen, macht deutlich, daß grundsätzlich der Härteverlauf in axialer Richtung von einem Minimalwert auf einen Maximalwert an steigt und danach wieder auf einen niedrigeren Wert abfällt, wobei die Härte in Richtung des äußeren Radius jeweils ansteigend ist.

Fig. 2c verdeutlicht, daß der Härteverlauf in einer Zahnlücke 5 bezogen auf eine axiale Ebene (E_AL) von einem Minimalwert (224) auf einen Maximalwert (268) ansteigt und wieder auf einen niedrigeren Wert (246) abfällt. Bezogen auf eine radiale Ebene (E_RL) ist die Härte radial innen höher (270) als außen (256). Die maximale ra diale Härte (278/279) tritt im Bereich des mittleren Radius auf, befindet sich also in etwa in der Mitte des hülsenförmigen Körpers 8. Ein Vergleich der Härtewerte in Darstellungen in den Fig. 2 zeigt, daß die Härte in den Zähnen 4 der Innenverzahnung 3 am höchsten ist.

Fig. 4 zeigt zwei Punkte unterschiedlicher Härte im Zahn 2 der Außenverzahnung 1, wobei ersichtlich ist, daß die maximale Härte in der Zahnflanke 2a anzutreffen ist. Auf eine Umfangsrichtung bezogen ist der Härteverlauf im wesentlichen symmetrisch zu Zahn mitte 2b, in der das Minimum eingestellt ist.

Der Nabenkörper ist vorzugsweise durch Quer-Fließpressen herge stellt. Dieses Verfahren gestattet es, die einzuhaltenden Härte werte, die an die Belastung, die auf den Nabenkörper im Betrieb einwirkt, angepaßt sind, einzustellen. Beim Quer-Fließpressen han delt es sich um ein übliches Kaltumformungsverfahren, bei dem die Umformungsrichtung des in das Preßwerkzeug eingelegten Rohlings quer zur Krafteinleitungsrichtung erfolgt. Über die Werkzeugge staltung wird der Materialfluß gesteuert und die Härte einge stellt. Durch eine starke Umformung werden hohe Härtewerte und durch eine weniger starke Umformung entsprechend geringere Härte werte realisiert. Das Quer-Fließpreßverfahren ist dem Fachmann aber bekannt, so daß es hier keiner detaillierten Erläuterung be darf, sondern im übrigen auf die Beschreibung der DE 28 19 167 A1 verwiesen werden kann.

Claims

1. Nabenkörper für Kupplungen, insbesondere Reibungskupplungen in Kraftfahrzeugen, mit einer Innenverzahnung (3) zur Ver bindung mit einer Getriebeeingangswelle und einer Außenver zahnung (1) mit sich in radialer und axialer Richtung er streckenden Zähnen (2) zur Verbindung mit einer Mitnehmer scheibe der Kupplung, dadurch gekennzeichnet, daß der Här teverlauf in den Zähnen (2) der Außenverzahnung (1) und in den darunterliegenden Bereichen des Nabenkörpers bezogen auf eine axiale Ebene (E_A1, E_A2, E_A3) in axialer Richtung von einem Minimalwert auf einen Maximalwert ansteigend und wie der abfallend ist und bezogen auf eine radiale Ebene (E_RZ) der Härteverlauf in den Zähnen (2) der Außenverzahnung und gegebenenfalls in den darunterliegenden Bereichen des Na benkörpers von einem Maximalwert radial innen auf einen Minimalwert radial außen abfällt.

2. Nabenkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Härteverlauf im Nabenkörper (8) zwischen zwei Zähnen (2) der Außenverzahnung (1) bezogen auf eine axiale Ebene (E_AL) in axialer Richtung von einem Minimalwert auf einen Maximalwert ansteigend und wieder abfallend ist und bezogen auf eine radiale Ebene (E_RL) der Härteverlauf seinen Maximalwert zwischen radial innen und radial außen einnimmt.

3. Nabenkörper nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen zwei Zähnen (2) der Außenverzahnung bezogen auf eine radiale Ebene (E_RL) die Härte radial innen höher ist als radial außen.

4. Nabenkörper nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen zwei Zähnen (2) der Außenverzahnung bezogen auf eine radiale Ebene (E_RL) die maximale Härte im Bereich des mittleren Radius auftritt.

5. Nabenkörper nach einem oder mehreren der vorstehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Härte in den Zäh nen (4) der Innenverzahnung (3) am höchsten ist.

6. Nabenkörper nach einem oder mehreren der vorstehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in den Zähnen (2) der Außenverzahnung die Härte in der Flanke (2a) am höchsten ist.

7. Nabenkörper nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Härteverlauf in den Zähnen (2) von seinem Maximalwert in der Flanke (2a) zum Minimalwert in der Zahnmitte (2b) im wesentlichen symmetrisch verläuft.

8. Nabenkörper nach einem oder mehreren der vorstehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlauf (6) und der Auslauf (7) der Innenverzahnung (3) in axialer Richtung gerundet sind.

9. Nabenkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Härteverlauf im Grundkörper (8) bezogen auf eine kon stante axiale Ebene (E_A1) in axialer Richtung von einem Mi nimalwert auf einen Maximalwert ansteigend und wieder ab fallend ist.

10. Nabenkörper nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch die Herstellung im Quer-Fließpreßver fahren.