DE19842642A1 - Keilverzahnte Nabe für eine Dämpferscheibenanordnung - Google Patents

Description

Diese Erfindung betrifft im allgemeinen eine keil- bzw. kerbverzahnte Nabe für eine Dämpferscheibenanordnung. Ge­ nauer betrifft die vorliegende Erfindung eine keilverzahnte Nabe einer Dämpferscheibenanordnung, welche in einer Kupp­ lungsscheibenanordnung verwendet wird.

Eine Kupplungsscheibenanordnung überträgt und unterbricht eine Übertragung von Drehmoment zwischen einem Motor und einem Getriebe. Die Kupplungsscheibenanordnung ist eines der Elemente, welches drehbar an der Eingangswelle des Ge­ triebes befestigt ist. Die Kupplungsscheibenanordnung um­ faßt eine keilverzahnte Nabe, welche sich mit der Eingangs­ welle des Getriebes im Eingriff befindet. Viele Keilnaben werden entweder auf galvanischem Wege hart verchromt bzw. plattiert oder mittels Kanigen-Galvanisieren behandelt, um die Resistenz gegen Abnutzung infolge des Kupplungsbetrie­ bes zu verbessern.

Wenn ein galvanisiertes bzw. plattiertes Metall infolge des kontinuierlichen Kupplungsbetriebes abblättert bzw. ab­ platzt, unterliegt der Keileingriffsbereich einem schnellen Verschleiß und hält nicht lange. Zudem werden auch Abwas­ serbehandlungseinrichtungen benötigt, um einer Umweltver­ schmutzung durch Abwasser vom Galvanisierungs- bzw. Plat­ tierungsprozeß vorzubeugen. Da der Galvano-Überzug sehr dünn ist (normalerweise dünner als 8 µm), geht der Ver­ schleiß schnell vonstatten, wenn einmal der Galvano-Überzug abgetragen bzw. abgenutzt ist.

Ein anderes Verfahren zur Erhöhung der Festigkeit der Keilnabe ist, die Keilnabe wärmezubehandeln, und somit eine gehärtete Schicht zu bilden, welche zur Galvano-Schicht im vorher beschriebenen Verfahren äquivalent ist. Im allgemei­ nen verlangt jedoch die Zahnform der Keilnabe genaue Abmes­ sungen, um Spiel zu verhindern. Da eine herkömmliche Wärme­ behandlung im allgemeinen eine Dimensionsänderung infolge von Deformation bzw. Formänderung aufgrund der Wärme verur­ sacht, erfüllt eine wärmebehandelte Keilnabe nicht die Maß­ genauigkeitsanforderung. Wenn ein Poliervorgang nach der Wärmebehandlung ausgeführt wird, wird die Genauigkeitsan­ forderung erfüllt, aber dies erhöht die Anzahl von Verfah­ rensschritten und die Kosten, wodurch die Wärmebehandlung eine geringere Präferenz als das Galvanisieren bzw. Plat­ tieren erfährt.

Wie aus den obigen Ausführungen deutlich wird, besteht ein Bedarf für eine Keilnabe einer Dämpferscheibenanordnung, welche insbesondere in einer Kupplungsscheibenanordnung verwendbar ist, welche die oben erwähnten Probleme im Stand der Technik überwindet. Diese Erfindung richtet sich auf diesen Bedarf im Stand der Technik sowie weitere Notwendig­ keiten, welche für den Fachmann aus der vorliegenden Offen­ barung ersichtlich werden.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Keilnabe einer Dämpferscheibenanordnung zu schaffen, welche nicht durch Galvanisieren bzw. Plattieren hergestellt wird, während eine Verschleißresistenz und eine Maßgenauigkeit der Keilnabe beibehalten wird.

Eine Keilnabe gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird in einer Dämpferscheibenanordnung verwendet, welche Drehmoment zwischen einem Eingangsrotationskörper und einem Ausgangsrotationskörper überträgt. Die Keilnabe weist hauptsächlich einen Flanschbereich und einen Nabenwulstbe­ reich bzw. Nabenbereich auf. Der Flanschbereich ist mit ei­ nem Eingangselement der Dämpferscheibenanordnung verbunden. Drehmoment wird auf das Eingangselement der Dämpferscheibe vom Eingangsrotationskörper übertragen. Der Nabenbereich ist fest mit dem inneren Umfangsende des Flanschbereichs verbunden. Die innere Umfangsfläche des Nabenbereichs weist Keilaussparungen bzw. Keilnuten auf. Der Nabenbereich be­ findet sich mit einer Achse des Ausgangsrotationskörpers im keilverzahnten Eingriff. Eine gehärtete Schicht ist teil­ weise auf der Fläche der Keilaussparungen an der inneren Umfangsfläche des Nabenbereichs gebildet.

Die gehärtete Schicht ist teilweise gebildet, d. h. nur in dem Umfang, welcher notwendig ist, um die notwendige Ver­ schleißresistenz aufrechtzuerhalten. Wenn die gehärtete Schicht auf der Gesamtfläche der inneren Umfangsfläche ge­ bildet ist, wird die Maßgenauigkeitsanforderung der Keilnabe infolge von Deformation durch das Härten nicht er­ füllt. Somit wird gleichzeitig der Verschleißwiderstand und die Maßgenauigkeit der Keilnabe erhalten. Mit anderen Wor­ ten wird die gehärtete Schicht nur teilweise auf der Keil­ verzahnung gebildet, was dazu führt, daß die Deformation infolge des Härtens klein genug ist, um die Maßgenauigkeit der Keilnabe nicht zu beeinflussen. Auf diese Weise ist es möglich, auf das Galvanisieren zu verzichten, welches bei herkömmlichen Keilnaben verwendet wurde, während der Ver­ schleißwiderstand und die Maßgenauigkeit beibehalten wer­ den.

Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung weist die Oberfläche der Keilnabe gehärtete Schichten an zumin­ dest zwei Orten bzw. Stellen auf, welche voneinander axial getrennt bzw. separiert sind. Die gehärteten Schichten, welche an zumindest zwei voneinander beabstandeten Stellen angeordnet sind, sind ausgelegt, um das Auftreten von Ver­ schleiß infolge des Gleitens bzw. Rutschens des Nabenbe­ reichs der Keilnabe auf der Achse des Ausgangsrotationskör­ pers in axialer Richtung zu verhindern. Überdies sind die gehärteten Schichten vorgesehen, um Verschleiß durch unun­ terbrochenen Kontakt des Nabenbereichs der Keilnabe mit der Achse des Ausgangsrotationskörpers zu verhindern bzw. zu verringern, welcher auftritt, wenn der Nabenbereich der Keilnabe und die Achse des Ausgangsrotationskörpers mit Druck in Rotationsrichtung gehalten werden. Mit anderen Worten sollten die Positionen der gehärteten Schichten nicht auf einen Bereich der Keilaussparung konzentriert werden. Durch Aufteilung der Positionen der gehärteten Schichten kann der Verschleiß auch gleichmäßiger über die Keilaussparungen verteilt werden. Als Ergebnis sind die Keilaussparungen insgesamt verschleißfester.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die gehärtete Schicht der Keilnabe auf ungefähr 10% bis un­ gefähr 50% der Fläche der Oberfläche der Keilaussparungen gebildet. Gemäß diesem Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt die Bildung der gehärteten Schicht auf mehr als 10% der Oberfläche der Keilnabe einen Widerstand gegenüber Ver­ schleiß sicher, welcher groß genug ist. Durch Beschränkung der Fläche der gehärteten Schicht auf weniger als 50% wird die Maßgenauigkeit beibehalten.

Des weiteren ist es möglich, das Verhältnis der Bildung der gehärteten Schicht auf der Oberfläche der Keilaussparungen zu steuern. Es ist ebenfalls bevorzugt, eine gehärtete Schicht auf ungefähr 20% bis ungefähr 40% der Oberfläche der Keilaussparungen aus Sicht des Verschleißwiderstandes und der Maßgenauigkeit zu bilden.

Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die gehärtete Schicht der Keilnabe durch Hochfrequenzhärten gebildet. Gemäß diesem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfaßt das Hochfrequenzhärten das innere Aufwärmenlassen der Oberfläche der Keilnabe und das schnelle Abschrecken durch Aufsprayen eines Kühlmittels. Da das Hochfrequenzhär­ ten teilweise auf der Oberfläche der Keilnabe ausgeführt werden kann, ist es möglich, Deformation infolge des Här­ tens in den Bereichen zu verhindern, in welchen die gehär­ tete Schicht nicht gebildet wird.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die gehärtete Schicht der Keilnaben in Umfangsrichtung kon­ tinuierlich gebildet. Gemäß diesem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird durch Anordnen einer Hochfrequenz-Härtevor­ richtung benachbart zu einer bestimmten Position auf der Keilnabe und anschließendem Drehen der Keilnabe eine gehär­ tete Schicht gleichmäßig auf der Keilnabe in Umfangsrich­ tung gebildet. Dieses Verfahren verringert auch die Anzahl von Schritten, um die Hochfrequenz-Härtevorrichtung zu be­ wegen, wodurch die Effizienz des Härteprozesses verbessert wird.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Keilnabe entweder aus einem legierten Stahl oder einem Kohlenstoffstahl bzw. unlegierten Stahl hergestellt, wel­ cher mehr als 0,35% Kohlenstoff enthält. Die Frequenz des Hochfrequenzhärtens beträgt vorzugsweise mehr als 400 kHz. Die Tiefe der gehärteten Schicht am Boden der Keilausspa­ rung ist geringer als ungefähr 600 µm.

Der Grund, warum die Tiefe der gehärteten Schicht am Boden der Keilaussparung kleiner als 600 µm ist, liegt darin, daß wenn die Tiefe der gehärteten Schicht am Boden der Keilaus­ sparung 600 µm übersteigt, die Deformation bzw. Verformung aufgrund von Wärme so groß wird, daß die Maßgenauigkeit der Keilnabe nicht sichergestellt werden kann. Die Frequenz für das Hochfrequenzhärten sollte aus dem gleichen Grund über 400 kHz gehalten werden.

Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist der Unterschied zwischen dem Durchmesser der Spitze und des Bodens der Keilaussparung nach dem Bilden der gehärteten Schicht und dem Durchmesser der Spitze und des Bodens der Keilaussparung vor dem Härten kleiner als ungefähr 0,2%. Wenn die Gesamtfläche der Keilaussparung unter den gleichen Bedingungen gehärtet wird, tendiert der Unterschied dazu, größer als ungefähr 0,25% zu sein, wobei der Mittelwert bei ungefähr 0,3% liegt.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die gehärtete Schicht der Keilnabe durch Laserhärten gebil­ det. Bei diesem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die gehärtete Schicht der Keilnabe durch Erwärmen der Oberflä­ che der Keilaussparung mit einem Laserstrahl und einem selbständigen Abschreckenlassen (self-quench) der Oberflä­ che der Keilaussparung gebildet. Mit anderen Worten kann die gehärtete Schicht durch einen trockenen Prozeß gebildet werden. Da Laserlicht auf jeden Punkt gerichtet werden kann, um die gehärtete Schicht zu bilden, ist es möglich, Positionen zur Bildung der gehärteten Schicht derart auszu­ wählen, daß der Verschleißwiderstand der Keilaussparungen insgesamt verbessert wird.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Tiefe der gehärteten Schicht der Keilnabe am Boden der Keilaussparung größer als ungefähr 3 µm.

Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die gehärtete Schicht der Keilnabe hauptsächlich auf der ersten Seite der Zähne gebildet. Die erste Seite der Zähne ist eine der Seiten zwischen dem Boden und der Spitze der Keilaussparung und zwar die Seite, welche Drehmoment im po­ sitiven Drehsinn überträgt. Gemäß diesem Aspekt der vorlie­ genden Erfindung ist die gehärtete Schicht der Keilnabe hauptsächlich auf der ersten Seite der Zähne durch Einsatz eines Lasers gebildet, welcher in der Lage ist, einen klei­ nen Punkt auszuwählen, um eine gehärtete Schicht zu bilden. Da die erste Seite der Zähne normalerweise Drehmoment im positiven Drehsinn überträgt, ist die erste Seite ununter­ brochenen Kontakten unter verschiedenen Belastungen bei Drehmomentschwankungen ausgesetzt. Daher ist die erste Seite der Zähne die Seite, welche von den Oberflächen der Keilausnehmungen am meisten verschleißt. Durch Konzentra­ tion der gehärteten Schicht auf die erste Seite der Zähne kann der Verschleißwiderstand am besten mit der kleinsten gehärteten Fläche verbessert werden.

Diese und weitere Ziele, Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden für den Fachmann aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung verständlich, wel­ che in Verbindung mit der Zeichnung bevorzugte Ausführungs­ beispiele der vorliegenden Erfindung offenbart. In der Zeichnung ist:

Fig. 1 eine Längsquerschnittsansicht einer Kupplungsschei­ benanordnung mit einer Keilnabe gemäß einem Ausfüh­ rungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht einer Keilnabe der Kupplungsscheibenanordnung;

Fig. 3 eine Längsquerschnittsansicht einer Keilnabe der Kupplungsscheibenanordnung;

Fig. 4 eine Querschnittsansicht der Keilnabe entlang der Linie IV-IV in Fig. 3;

Fig. 5 eine Zustandsdarstellung eines Hochfrequenzhärtens;

Fig. 6 eine Längsquerschnittsansicht einer Keilnabe der Kupplungsscheibenanordnung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel;

Fig. 7 eine Querschnittsansicht einer Keilnabe entlang der Linie VII-VII in Fig. 6; und

Fig. 8 eine schematische Ansicht einer Laserhärtevorrich­ tung, welche einen Laserlichtstrahl auf eine ausge­ wählte Fläche einer der Keilnuten richtet.

Bezugnehmend auf Fig. 1 ist eine Kupplungsscheibenanordnung (Dämpferscheibenanordnung) 30 dargestellt, welche eine Keilnabe 1 aufweist, welche gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist. Die Kupplungs­ scheibenanordnung 30 ist insbesondere zur Verwendung in ei­ ner Kupplung für Kraftfahrzeuge ausgelegt. Die Kupplungs­ scheibenanordnung 30 überträgt Drehmoment von einem Schwungrad 31, welches an einer Kurbelwelle eines Motors (Eingangsrotationskörper) befestigt ist, auf eine Eingangs­ welle 32 eines Getriebes (Ausgangsrotationskörper) . In Fig. 1 stellt die Mittellinie 0-0 die Rotationsachse der Kupp­ lungsscheibenanordnung 30 dar.

In der Mitte der Kupplungsscheibenanordnung 30 ist die Keilnabe 1 angeordnet, welche sich mit der Eingangswelle 32 des Getriebes im keilverzahnten Eingriff befindet. Die Keilnabe 1 umfaßt hauptsächlich einen Nabenbereich 2 und einen Flanschbereich 3. Der Nabenbereich 2 ist ungefähr ein scheibenförmiges Element. Der Nabenbereich 2 umfaßt haupt­ sächlich eine Mittelbohrung mit mehreren Keilaussparungen bzw. Keilnuten 20, welche entlang der inneren Umfangsflä­ che, wie in Fig. 2, gezeigt gebildet sind. Die Keilnuten 20 greifen in die auf der äußeren Umfangsfläche der Eingangs­ welle 32 gebildeten Keilnuten ein. Die Keilnuten sind teil­ weise durch Hochfrequenzhärten mit Hochfrequenz- bzw. In­ duktionserwärmung gehärtet, was später beschrieben wird.

Der Flanschbereich 3 ist ein Bereich, welcher von der äuße­ ren Umfangsfläche des Nabenbereichs 2 radial nach außen vorsteht. Der Flanschbereich 3 ist vorzugsweise als inte­ grales, einheitliches Teil des Nabenbereichs 2 gebildet. Mit anderen Worten, der Nabenbereich 2 und der Flanschbe­ reich 3 sind integral als einstückiges, einheitliches Ele­ ment gebildet. Wie in Fig. 2 gezeigt, weist der Flanschbe­ reich 3 mehrere Aussparungen bzw. Einkerbungen 3a auf, wel­ che um den äußeren Umfangsbereich des Flanschbereichs 3 in gleichen Abständen zueinander angeordnet sind. Die Ausspa­ rungen 3a dienen als Anschlagbolzen im äußeren Umfangsbe­ reich des Flanschbereichs 3. Eine Fensterbohrung oder -öff­ nung 3b ist im Flanschbereich 3 zwischen zwei benachbarten Aussparungen 3a gebildet. Jede der Fensterbohrungen 3b ent­ hält eine Torsionsfeder 4, wie in Fig. 1 gezeigt.

Wie in Fig. 1 gezeigt, sind eine scheibenförmige Rückhalte­ platte 6 und eine Kupplungsplatte 7 an den äußeren Umfangs­ seiten der Keilnabe 1 angeordnet. Beide Platten 6 und 7 (Eingangselemente) befinden sich mit der Keilnabe 1 für eine Relativrotation zueinander drehbar im Eingriff. Die Rückhalteplatte 6 und die Kupplungsplatte 7 sind miteinan­ der an ihren äußeren Umfangsbereichen durch mehrere An­ schlagbolzen 8 verbunden. Die Anschlagbolzen 8 sind im In­ neren der Aussparungen 3a des Flanschbereichs 3 angeordnet.

Die Kupplungsplatte 7 weist mehrere Dämpfungsplatten 16 auf, welche mit ihr verbunden sind. Insbesondere sind die Dämpfungsplatten 16 fest mit dem äußeren Umfangsbereich der Kupplungsplatte 7 verbunden. Jede der äußeren Dämpfungs­ platten 16 weist ein Paar von Reibbelägen 15 auf, wobei ein Reibbelag 15 auf jeder Seite der Dämpfungsplatten 16 ange­ ordnet ist. Die Reibbeläge 15 sind vorzugsweise mit den Dämpfungsplatten 16 mittels mehrerer Nieten 17 fest verbun­ den.

Die Rückhalteplatte 6 umfaßt mehrere Fensterbohrungen 6a, welche den Fensterbohrungen 3b des Flanschbereichs 3 ent­ sprechen. In gleicher Weise umfaßt die Kupplungsplatte 7 mehrere Fenster 7a, welche den Fensterbohrungen 3b des Flanschbereichs 3 entsprechen. Die Fensterbohrungen 6a und 7a sind derart gebildet, daß die Torsionsfedern 4 von außen bedeckt sind und die Fensterbohrungen 6a und 7a die Tor­ sionsfedern 4 zwischen sich aufnehmen.

Zwischen dem inneren Umfangsbereich des Flansches 3 und dem inneren Umfangsbereich der Rückhalteplatte 6 ist eine ring­ förmige Konusfeder 11, eine Reibplatte 12 und eine Reib­ scheibe 13 angeordnet. Diese Komponenten sind in dieser Reihenfolge ausgehend von der Getriebeseite angeordnet. Eine weitere Reibscheibe 14 ist zwischen dem Flanschbereich 3 und dem inneren Umfang der Kupplungsplatte 7 angeordnet.

Eine vorbestimmte Reibkraft wird mit den Reibscheiben 13 und 14 erzeugt, welche mit dem Flanschbereich 3 zwischen den beiden Platten 6 und 7 gleiten.

Nachfolgend wird der Betrieb einer Kupplung beschrieben, welche die vorliegende Erfindung verwendet. Eine Druck­ platte, welche nicht dargestellt ist, drückt die Reibbeläge 15 gegen ein Schwungrad 31. Wenn die Reibbeläge 15 durch den Druck mit dem Schwungrad 31 verbunden sind, kann Drehmoment vom Schwungrad 31 über die Reibbeläge 15 auf die Dämpfungsplatte 16 übertragen werden. Das Drehmoment wird weiter auf den Flanschbereich 3 über die Kupplungsplatte 7, die Rückhalteplatte 6 und die Torsionsfeder 4 übertragen. Das Drehmoment wird an die Eingangswelle 32 über den Naben­ bereich 2 abgegeben.

Im folgenden wird eine Erläuterung des Hochfrequenzhärtens gegeben, welches an den Keilnuten 20 der Keilnabe 1 ausge­ übt wird. Wie in den Fig. 3 und 4 gezeigt, sind die Keilnu­ ten 20 teilweise gehärtet, um ein Paar von partiell gehär­ teten Schichten zu bilden. Die gehärteten Schichten 20a sind in den Fig. 3 und 4 als schraffierte Bereiche darge­ stellt. Die gehärteten Schichten 20a sind an zwei Positio­ nen gebildet, welche in axialer Richtung voneinander ge­ trennt bzw. beabstandet sind. Die gehärteten Schichten 20a sind vorzugsweise in Umfangsrichtung durchgehend bzw. kon­ tinuierlich gebildet, so daß jede Keilnut 20 gekreuzt wird. In diesem Ausführungsbeispiel beträgt die Breite jeder der gehärteten Schichten 20a ungefähr 3,5 mm. Die axiale Länge der Keilnuten 20 der Keilnabe beträgt ungefähr 20,5 mm. Mit anderen Worten sind die gehärteten Schichten 20a auf unge­ fähr 35% der Oberfläche der Keilnuten 20 gebildet. Da das Verhältnis der gehärteten Schichten 20a zur Gesamtfläche der Oberflächen der Keilnuten 20 ungefähr 35% ist, ist die Minimalanforderung von ungefähr 10% und die obere Grenze von ungefähr 50% erfüllt. Dies stellt den Verschleißwider­ stand und die Maßgenauigkeit sicher. Diese 35% sind eben­ falls größer als 20%, was ein Kriterium für den Verschleiß­ widerstand mit einer in Betracht gezogenen Sicherheitsspan­ ner ist. Diese 35% sind ebenfalls kleiner als 40%, welche ein Kriterium für die Maßgenauigkeit mit einer in Betracht gezogenen Sicherheitsspanne sind. Deshalb befindet sich die Keilnabe 1 dieses Ausführungsbeispiels hinsichtlich des Verschleißwiderstandes und der Maßgenauigkeit gut im Gleichgewicht.

Die hier beschriebene Keilnabe 1 ist vorzugsweise aus einem Kohlenstoffstahl hergestellt, welcher ungefähr 0,48% Koh­ lenstoff enthält. Vorzugsweise bilden die Keilnuten 20 der Keilnabe 1 einen Durchmesser an der Spitze oder am Kopf (nachfolgend als kleiner Durchmesser bezeichnet) von unge­ fähr 20,109 mm und einen Durchmesser am Boden bzw. Fuß (nachfolgend als großer Durchmesser bezeichnet) von unge­ fähr 22,225 mm. Die Frequenz des Hochfrequenzhärtens ist bevorzugt 400 kHz. Die Tiefe der gehärteten Schicht am Fuß 22 der Keilnuten 20 ist 0,4 mm (=400 µm). Wenn die Tiefe der gehärteten Schicht am Fuß 22 der Keilnuten 20 größer als 600 µm ist, erfahren der kleine Durchmesser und der große Durchmesser der Keilnabe 1 eine Dimensionsänderung. Deshalb wird die Maßgenauigkeit der Keilnabe 1 nicht beibe­ halten. Durch Einstellen der Frequenz auf 400 kHz wird die Tiefe der gehärteten Schicht auf unter 600 µm gehalten.

Beim Hochfrequenzhärten wird die Oberfläche der Keilnuten 20 mit einer Hochfrequenz-Heizvorrichtung 40 von innen er­ wärmt, welche kleiner als der kleinere Durchmesser der Keilnabe 1 ist, wie in Fig. 5 gezeigt. Nachdem die Oberflä­ che, welche die Keilnuten 20 bildet, erwärmt ist, wird die Oberfläche, welche die Keilnuten 20 bildet, durch Aufsprü­ hen eines Kühlmittels abgeschreckt. Wie in Fig. 5 gezeigt, wird die Hochfrequenz-Heizvorrichtung 40 verwendet, um die Oberfläche der Keilnuten 20 nur partiell bzw. teilweise zu erwärmen. Insbesondere weist die Hochfrequenz-Heizvorrich­ tung 40 eine kleine Breite in axialer Richtung auf, so daß dünne, ringförmige, gehärtete Schichten 20a gebildet werden können. Auf diese Weise gibt es fast keine Deformation durch das Härten, wo die gehärtete Schicht 20a nicht gebil­ det wird. Zum Zeitpunkt des Härtens werden die Hochfre­ quenz-Heizvorrichtung 40 und eine Spule 41, welche eine Hauptkomponente der Hochfrequenz-Heizvorrichtung 40 ist und eine Hochfrequenzspannung bereitstellt, an einer vorbe­ stimmten Position gehalten, während sich die Keilnabe 1 dreht. Auf diese Weise werden die gehärteten Schichten 20a gleichmäßig in Umfangsrichtung gebildet.

Die nachfolgende Tabelle stellt die Ergebnisse eines Ver­ gleichs von Maßänderungen zwischen den Keilnuten 20, welche teilweise die gehärteten Schichten 20a, wie in den Fig. 3 und 4 gezeigt, umfassen, und herkömmlichen Keilnuten dar, welche die gehärtete Schicht auf der Gesamtfläche (nicht gezeigt) aufweisen.

Tabelle 1

Die im obigen Test verwendeten Keilnaben hatten Keilnuten 20 mit einem kleinen Durchmesser von ungefähr 20,109 mm und einem großen Durchmesser von ungefähr 22,225 mm vor dem Härten. Weiter hatten die Keilnaben der obigen Versuche ei­ nen Zwischenstiftdurchmesser (overpin diameter) von unge­ fähr 18,60 mm, wobei der Zwischenstiftdurchmesser der Durchmesser bzw. Abstand zwischen zwei in einander gegen­ überliegenden Nuten der Keilnabe angeordneten Stiften bzw. Bolzen ist (was eine genaue Maßbestimmung der Keilverzah­ nung ermöglicht), wobei die Stifte einen Durchmesser von ungefähr 1,80 mm aufweisen. Gemäß Tabelle 1 im Falle der Keilnabe, welche die gehärtete Schicht 20a nur teilweise entlang ihrer Oberfläche aufweist, ist die Maßänderung nach dem Härten klein genug, so daß die Maßgenauigkeit nach dem Härten innerhalb des zulässigen Bereichs ist. Im Falle der Keilnabe, welche die gehärtete Schicht auf der gesamten Oberfläche aufweist, ist jedoch die Änderung durch das Här­ ten so groß, daß die Maßgenauigkeit der Keilnabe außerhalb des zulässigen Bereichs liegt. Wenn deshalb die gesamte Oberfläche der Keilnuten 20 gehärtet wird, ist ein zusätz­ licher Verfahrensschritt wie beispielsweise Polieren not­ wendig, um die Maßgenauigkeit sicherzustellen.

In der folgenden Tabelle sind die Ergebnisse eines Haltbar­ keitsversuchs dargestellt, welcher den Verschleißwiderstand zwischen einer Keilnabe, dessen Oberfläche der Keilnuten galvanisiert ist und der Keilnabe l dieses Ausführungsbei­ spiels vergleicht.

Tabelle 2

Beim obigen Haltbarkeitsversuch war die Kupplung 5 Millio­ nen mal bei vorbestimmter Geschwindigkeit und Drehmoment bei Raumtemperatur ein- und ausgerückt. Die im obigen Ver­ such verwendeten Keilnaben hatten Keilnuten 20 mit einem kleinen Durchmesser von ungefähr 20,109 mm und einem großen Durchmesser von ungefähr 22,225 mm vor dem Härten. Die Keilnaben der obigen Versuche hatten ebenfalls einen Zwi­ schenstiftdurchmesser von ungefähr 18,60 mm bei einem Stiftdurchmesser von ungefähr 1,80 mm, wobei der Stift in gegenüberliegenden Nuten der Keilverzahnungen angeordnet ist. Wie aus Tabelle 2 ersichtlich ist, ist der Verschleiß­ betrag hinsichtlich der Änderung des Durchmessers der Keil­ verzahnung für beide Keilnaben fast der gleiche. Daher stimmt der Verschleißwiderstand der Keilnabe 1, welche ge­ mäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung teilweise gehärtet ist, fast mit dem Verschleißwiderstand einer galvanisierten Keilnabe überein.

Nachfolgend wird ein weiteres Ausführungsbeispiel der vor­ liegenden Erfindung beschrieben. Bezugnehmend auf die Fig. 6 bis 8 ist eine modifizierte Keilnabe 1 gemäß der vorlie­ genden Erfindung dargestellt. Im Hinblick auf Ähnlichkeiten zwischen diesem Ausführungsbeispiel und dem vorherigen Aus­ führungsbeispiel werden die gleichen Bezugszeichen zur Be­ zeichnung von Teilen und Bereichen verwendet, welche mit denen des ersten Ausführungsbeispiels gleich oder ähnlich sind. Deshalb werden diese Teile oder Bereiche in Bezug auf dieses Ausführungsbeispiel nachfolgend nicht im Detail be­ schrieben oder dargestellt. Vielmehr ist es für den Fach­ mann aus dieser Offenbarung offensichtlich, daß die Be­ schreibung dieser Teile oder Bereiche mit Bezug auf das er­ ste Ausführungsbeispiel ebenfalls in diesem Ausführungsbei­ spiel verwendet werden kann.

Beim oben beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel werden die gehärteten Schichten 20a auf den Keilnuten 20 mittels Hochfrequenzhärten gebildet. Es ist ebenfalls möglich, eine gehärtete Schicht durch Laserhärten anstelle des Hochfre­ quenzhärtens zu bilden.

Wie in Fig. 8 gezeigt, werden in diesem Fall eine Laseros­ zillationsvorrichtung 50 und ein Reflektor 51 verwendet, um die Keilnuten 20 teilweise zu härten. Laserlicht oder La­ serstrahlen von der Laseroszillationsvorrichtung 50 ändern die Richtung am Reflektor 51 in Richtung der Keilnuten 20. Wenn das Laserlicht auf die ausgewählte Fläche der Keilnuten 20 auftrifft, erhöht sich die Temperatur der ausgewähl­ ten Fläche und die umgebenden Bereiche werden ebenfalls durch Wärmeleitung erwärmt. Diese Bereiche werden selbstän­ dig abgeschreckt und werden gehärtet. Beim Laserhärten wird das Leistungsniveau des Lasers und die Dauer der Bestrah­ lung derart bestimmt, daß die Tiefe der gehärteten Schicht am Fuß der Keilnuten 20 größer als 3 µm ist.

Wie in den Fig. 6 und 7 gezeigt, werden in erster Linie die ersten Seiten 23 der Keilnuten 20 aller Oberflächen der Keilnuten 20 lasergehärtet. Die erste Seite 23 ist eine der Seiten zwischen der Spitze oder dem Kopf 21 und dem Fuß bzw. Boden 22 der Keilnut 20 und überträgt Drehmoment im positiven Drehsinn. Normalerweise wird die erste Seite 23, welche Drehmoment im positiven Drehsinn überträgt, ununter­ brochenen Kontakten infolge von Schwankung des Drehmoments ausgesetzt. Deshalb sind die ersten Seiten die Seite der Nuten 20, welche von allen Oberflächen der Keilnuten 20 den größten Verschleiß aufweisen. Durch das intensive Bilden der gehärteten Schicht 20b auf der ersten Seite 23 kann der Verschleißwiderstand mit einem minimalen gehärteten Bereich am besten verbessert werden. Im Falle des Hochfrequenzhär­ tens muß die Spitze 21, der Boden 22 und die zweite Seite 24 (die Seite, welche negativ drehendes Drehmoment über­ trägt) wie auch die erste Seite 23 jeder der Keilnuten 20 erwärmt werden, was in einer größeren Maßänderung infolge von Wärmeverformung resultiert. Andererseits kann durch La­ serhärten der Punkt ausgewählt werden, an welchem gehärtete Schichten gebildet werden sollen. Auf diese Weise werden gehärtete Schichten 20b in erster Linie auf der ersten Seite 23 jeder der Keilnuten 20 gebildet.

Nachfolgend wird die Wirkung der Erfindung beschrieben. Diese Erfindung bildet gehärtete Schichten auf der Oberflä­ che von Keilnuten nur in dem Ausmaß, in welchem der notwen­ dige Verschleißwiderstand sichergestellt ist. Auf diese Weise ist der Verschleißwiderstand gesichert und die Maßge­ nauigkeit der Keilnabe nachdem die gehärtete Schicht gebil­ det ist, wird gleichzeitig sichergestellt.

Zusammenfassend wurde insoweit eine Keilnabe 1 als eine Komponente einer Kupplungsscheibenanordnung 30 beschrieben, welche Drehmoment zwischen einem Schwungrad 31 und einer Eingangswelle 32 eines Getriebes überträgt. Die Keilnabe 1 wird ohne Plattieren bzw. Aufbringen eines galvanischen Überzugs hergestellt, während der Verschleißwiderstand und die Maßgenauigkeit der Keilnabe 1 beibehalten werden. Die Keilnabe 1 umfaßt einen Flanschbereich 3 und einen Nabenbe­ reich 2. Der Flanschbereich 3 ist mit einer Platte 7 der Kupplungsscheibenanordnung 30 verbunden, über welche Drehmoment vom Schwungrad 31 übertragen wird. Der Nabenbe­ reich 2 ist fest mit dem inneren Umfangsende des Flanschbe­ reichs 3 verbunden. Keilnuten 20 sind an der inneren Um­ fangsfläche des Nabenbereichs 2 gebildet. Der Nabenbereich 2 befindet sich mit einer Eingangswelle 32 des Getriebes im keilverzahnten Eingriff. Gehärtete Schichten bzw. Lagen 20a sind teilweise auf der Oberfläche der Keilnuten 20 gebil­ det. Bei einem Ausführungsbeispiel weist die Bohrung der Keilnabe 1 ringförmige gehärtete Schichten 20a auf, welche die Keilnuten 20 schneiden bzw. kreuzen. Die ringförmigen, gehärteten Schichten 20a sind in Axialrichtung voneinander beabstandet. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel weisen nur ausgewählte Stellen bzw. Punkte der Keilnuten 20 gehär­ tete Schichten 20b auf.

Claims (25)

1. Keilnabe (1), welche an einer Dämpferscheibenanordnung (30) befestigbar ist, die Drehmoment zwischen einem Eingangsrotationskörper (31) und einem Ausgangsrotati­ onskörper (32) überträgt, mit:

• - einem Flanschbereich (3), welcher mit einem Ein­ gangsseitenelement der Dämpferscheibenanordnung (30) verbindbar ist, wobei der Eingangsrotations­ körper (31) Drehmoment auf das Eingangsseitenele­ ment überträgt, wobei der Flanschbereich (3) ein inneres Umfangsende und ein äußeres Umfangsende aufweist; und
• - einem Nabenbereich (2), welcher fest mit dem inne­ ren Umfangsende des Flanschbereichs (3) verbunden ist, wobei der Nabenbereich (2) eine Öffnung mit einer inneren Umfangsfläche aufweist, welche meh­ rere Keilnuten (20) bildet, wobei die Keilnuten (20) Zähne mit einem Bodenbereich (22), einem Kopf­ bereich (21) und ersten und zweiten Seiten (23, 24), welche zwischen dem Bodenbereich (22) und dem Kopfbereich (21) angeordnet sind, festlegen, wobei die Keilnuten (20) mit dem Ausgangsrotationskörper (32) in keilverzahnten Eingriff bringbar sind, und die Keilnuten (20) eine gehärtete Schicht (20b) aufweisen, welche nur teilweise auf der inneren Um­ fangsfläche gebildet ist.

2. Keilnabe (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Umfangsfläche, welche die Keilnuten (20) bildet, die gehärtete Schicht (20b) an zumindest zwei Positionen aufweist, welche in Axialrichtung voneinan­ der beabstandet sind.

3. Keilnabe (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die gehärtete Schicht (20b) auf 10% bis 50% der Fläche der inneren Umfangsfläche, welche die Keilnuten (20) bildet, gebildet ist.

4. Keilnabe (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die gehärtete Schicht (20b) auf 10% bis 50% der Fläche der inneren Umfangsfläche, welche die Keilnuten (20) bildet, gebildet ist.

5. Keilnabe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die gehärtete Schicht (20b) mittels Hochfrequenzhärten gebildet ist.

6. Keilnabe (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die gehärtete Schicht (20b) durch Hochfrequenzhär­ ten gebildet ist.

7. Keilnabe (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die gehärtete Schicht (20b) durch Hochfrequenzhär­ ten gebildet ist.

8. Keilnabe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die gehärtete Schicht (20b) konti­ nuierlich in Umfangsrichtung gebildet ist.

9. Keilnabe (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die gehärtete Schicht (20b) kontinuierlich in Um­ fangsrichtung gebildet ist.

10. Keilnabe (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die gehärtete Schicht (20b) kontinuierlich in Um­ fangsrichtung gebildet ist.

11. Keilnabe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine Frequenz des Hochfrequenzhär­ tens größer als 400 kHz ist, wobei die Tiefe der gehär­ teten Schicht (20b) am Bodenbereich (22) der Keilnut (20) kleiner als 600 µm ist und die Keilnabe (1) entwe­ der aus legiertem Stahl oder unlegiertem Stahl, welcher mehr als 0,35% Kohlenstoff enthält, hergestellt ist.

12. Keilnabe (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Frequenz des Hochfrequenzhärtens größer als 400 kHz ist, wobei die Tiefe der gehärteten Schicht (20b) am Bodenbereich (22) der Keilnut (20) kleiner als 600 µm ist und die Keilnabe (1) entweder aus legiertem Stahl oder unlegiertem Stahl, welcher mehr als 0,35% Kohlenstoff enthält, hergestellt ist.

13. Keilnabe (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Frequenz des Hochfrequenzhärtens größer als 400 kHz ist, wobei die Tiefe der gehärteten Schicht (20b) am Bodenbereich (22) der Keilnut (20) kleiner als 600 µm ist und die Keilnabe (1) entweder aus legiertem Stahl oder unlegiertem Stahl, welcher mehr als 0,35% Kohlenstoff enthält, hergestellt ist.

14. Keilnabe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Unterschied zwischen den Radien des Kopfbereichs (21) und des Bodenbereichs (22) der Keilnabe (1) nach dem Bilden der gehärteten Schicht (20b) und den Radien des Kopfbereichs (21) und des Bo­ denbereichs (22) der Keilnabe (1) vor dem Härten klei­ ner oder gleich 0,2% ist.

15. Keilnabe (1) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Unterschied zwischen den Radien des Kopfbe­ reichs (21) und des Bodenbereichs (22) der Keilnabe (1) nach dem Bilden der gehärteten Schicht (20b) und den Radien des Kopfbereichs (21) und des Bodenbereichs (22) der Keilnabe (1) vor dem Härten kleiner oder gleich 0,2% ist.

16. Keilnabe (1) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Unterschied zwischen den Radien des Kopfbe­ reichs (21) und des Bodenbereichs (22) der Keilnabe (1) nach dem Bilden der gehärteten Schicht (20b) und den Radien des Kopfbereichs (21) und des Bodenbereichs (22) der Keilnabe (1) vor dem Härten kleiner oder gleich 0,2% ist.

17. Keilnabe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die gehärtete Schicht (20b) mittels Laserhärten gebildet ist.

18. Keilnabe (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die gehärtete Schicht (20b) mittels Laserhärten ge­ bildet ist.

19. Keilnabe (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die gehärtete Schicht (20b) mittels Laserhärten ge­ bildet ist.

20. Keilnabe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefe der gehärteten Schicht (20b) am Bodenbereich (22) der Keilnabe (1) größer als 3 µm ist.

21. Keilnabe (1) nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefe der gehärteten Schicht (20b) am Bodenbe­ reich (22) der Keilnabe (1) größer als 3 µm ist.

22. Keilnabe (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefe der gehärteten Schicht (20b) am Bodenbe­ reich (22) der Keilnabe (1) größer als 3 µm ist.

23. Keilnabe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß die gehärtete Schicht (20b) auf der ersten Seite der Zähne gebildet ist, wobei die erste Seite (23) zwischen dem Bodenbereich (22) und dem Kopf­ bereich (21) zur Übertragung von Drehmoment im positi­ ven Drehsinn angeordnet ist.

24. Keilnabe (1) nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die gehärtete Schicht (20b) auf der ersten Seite der Zähne gebildet ist, wobei die erste Seite (23) zwi­ schen dem Bodenbereich (22) und dem Kopfbereich (21) zur Übertragung von Drehmoment im positiven Drehsinn angeordnet ist.

25. Keilnabe (1) nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die gehärtete Schicht (20b) auf der ersten Seite der Zähne gebildet ist, wobei die erste Seite (23) zwi­ schen dem Bodenbereich (22) und dem Kopfbereich (21) zur Übertragung von Drehmoment im positiven Drehsinn angeordnet ist.