DE3022958A1

DE3022958A1 - Keilwellenkupplung

Info

Publication number: DE3022958A1
Application number: DE19803022958
Authority: DE
Inventors: Shori Kaoru
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1979-07-25
Filing date: 1980-06-19
Publication date: 1981-01-29
Also published as: FR2462609A1; AU5906080A; GB2054100A; AU524377B2; JPS5618121A; JPS6218770B2; IT8049250A0

Description

Beschreibung:
Die Erfindung betrifft ganz allgemein eine Keilwellenkupplung zur Übertragung eines Drehmoments von einer Keilwelle auf ein mit dieser kämmendes keilverzahntes Zahnrad oder umgekehrt, und insbesondere eine Keilwellenkupplung, die eine Einrichtung hat, die an den Längsnuten ausgebildet ist und wahlweise eine Axialbewegung des Zahnrades relativ zu der Keilwelle verhindert.
Keilwellenkupplungen werden in großem Umfang bei den verschiedensten Fahrzeuggetrieben und anderen Getrieben zur Drehmomentübertragung verwendet. Um die Drehzahl und somit das Drehmoment über das Getriebe regeln zu können, sind mehrere verschiedene Zahnräder auf einer als Keilwelle ausgebildeten Hauptwelle des Getriebes aufgekeilt, und zwar derart, daß die Zahnräder einzeln und unabhängig axial auf der Welle gleiten können, um wahlweise mit anderen Zahnrädern in Eingriff zu kommen, die eine unterschiedliche Zähnezahl haben. Hierdurch wird die Drehzahl und somit das Drehmoment eines Getriebes oder einer Antriebswelle eines Getriebegehäuses relativ zu der Drehzahl der Eingangswelle reguliert. Die Keilwellenkupplung gestattet, daß das Zahnrad auf der Getriebewelle axial gleiten kann, währenddem eine Berührung zwischen dem Zahnrad und der Welle aufrechterhalten wird, um das Drehmoment wirksam übertragen zu können.
Wenn die Wellenachse und die Längsnuten bzw. Keilnuten fehlausgerichtet sind, sind auch die Zähne des Zahnrades und die Keilnuten des Zahnrades fehlausgerichiet oder die Ebenen der verschiedenen Zahnräder sind nicht genau parallel zur Drehachse des Zahnrades und/oder der Keilwelle, wenn die Zähne des Zahnrades mit Zähnen eines zweiten Zahnrades kämmen, so daß eine Kraft erzeugt wird, die versucht, das Zahnrad axial längs der Keilwelle zu bewegen. Die hiermit verbundenen Schwierigkeiten liegen auf der Hand.
Die Keilwellenkupplung nach der Erfindung hat einen Vorsprung oder einen erhabenen Abschnitt, der mit einer Seitenwandung einer Wellenlängsnut ein Stück bildet, um die Zähne eines Keilnutzahnrades in der Wellenkeilnut zu halten, solange entweder auf die Welle oder das Zahnrad ein Drehmoment einwirkt.
Beim Einwirken eines Drehmoments werden entgegenwirkende Kräfte an der Grenzfläche zwischen der Längsnutseitenwandung und dem Zahn des Zahnrades erzeugt, die den Zahn gegen die Seitenwandung drücken und eine Axialbewegung des Zahnrades über den Vorsprung an der Längsnut verhindern, so daß das Zahnrad in seiner bestimmungsgemäßen Lage gehalten ist.
Ein bevorzugter Gedanke der Erfindung liegt in einer Keilwellenkupplung mit einem Vorsprung oder einem erhabenen Abschnitt, der mit der Wellennutseitenwandung ein Stück bildet. Der Vorsprung verhindert, daß ein keilverzahntes Zahnrad längs der Keilwelle axial dadurch verschoben wird, daß das Zahnrad Normalkräfte überwindet, die entweder von der Welle oder dem Zahnrad resultieren, und die zwischen der Wellenseitenwandung und dem Zahn des Zahnrades wirken, damit der Zahn sich nach oben und über den Vorsprung bei einer Axialbewegung längs der Welle bewegen muß.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Keilwellenkupplung nach der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung von Beispielen unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung. Darin zeigt: Figur 1 eine vertikale Längsschnittansicht einer üblichen Keilwellen-Drehmomentübertragungswelle und eines darauf gleitend beweglichen Zahnrades, das ebenfalls im Schnitt gezeigt ist, Figur 2 eine Vertikalschnittansicht längs der Linie A-A in Figur 1, Figur 3 eine Horizontalschnittansicht einer üblichen Keilwellenkupplung längs der Linie B-B in Figur 1, Figur 4 eine Vertikalschnittansicht einer üblichen Synchronisierungseinrichtung, die in einem Kraftfahrzeuggetriebe verwendet wird, Figur 5 eine schematische Ansicht zur Verdeutlichtung einer Veränderung des Kämmeingriffs von Zahnrad und den Muffenzähnen der Synchronisierungseinrichtung von Figur 4, Figur 6 eine Figur 3 ähnliche Horizontalschnittansicht einer bevorzugten Ausführungsform einer Keilwellenkupplung nach der Erfindung, Figur 7 eine den Figuren 3 und 6 ähnliche Horizontalschnittansicht einer zweiten Ausführungsform einer Keilwellenkupplung nach der Erfindung, Figur 8 eine Figur 5 ähnliche schematische Ansicht zur Verdeutlichung einer dritten Ausführungsform einer Keilwellenkupplung nach der Erfindung, und Figur 9 eine den Figuren 3, 6 und 7 ähnliche Horizontalschnittansicht einer vierten Ausführungsform einer Keilwellenkupplung nach der Erfindung.
In der Zeichnung sind gleiche oder ähnliche Teile mit denselben Bezugszeichen versehen.
Zur Verdeutlichung der Erfindung soll kurz bezug auf übliche Keilwellenkupplungen genommen werden, die in den Figuren 1 bis 5 angedeutet sind. In Figur 1 ist eine übliche Keilwelle oder ein anderes zylindrisches, sich drehendes Element 1 gezeigt, das eine Drehachse 2 hat. Die Welle 1 ist mit einer Vielzahl von Wellenzähnen 3 versehen, die eine Vielzahl von Wellennuten 4 begrenzen, die Seitenwandungen 5 haben. Ein Zahnrad 6 ist über der Keilwelle 1 drehbeweglich mit dieser angeordnet. Das Zahnrad 6 umfaßt eine Vielzahl von innen angeordneten Zähnen 7, die eine Vielzahl von Zahnradlängsnuten 8 begrenzen, die in ähnlicher Weise Seitenwandungen 9 haben. Das in Figur 1 gezeigte Zahnrad umfaßt auch eine ringförmige Gabelausnehmung 10, die dazu bestimmt ist, eine Gabel (nicht gezeigt) aufzunehmen und das Zahnrad 6 längs der Welle 1 wahlweise zu positionieren. Das Zahnrad 6 umfaßt auch außen angeordnete Zähne 11, die in Eingriff mit einem damit kämmenden Zahnrad 12 kommen, um ein Drehmoment von der Drehachse 2 der Welle auf die Drehachse 13 des in Kämmeingriff stehenden Zahnrades zu übertragen.
In Figur 3 ist in detaillierter Form der Eingriffszustand des Zahnrades 6 um die Keilwelle 1 gezeigt. Wenn die innen angeordneten Zähne 7 des Zahnrades, wie in den Figuren 1 und 3 gezeigt, vorgesehen sind und ein Drehmoment entweder auf die Welle 1 oder das Zahnrad 2 einwirkt, werden erste und zweite Normalkräfte erzeugt, die mit entsprechenden Pfeilen 16 und 17 dargestellt sind, die bewirken, daß sich das Zahnrad und die Welle um die Drehachse 2 drehen. Unter idealen Bedingungen sind dies die einzigen Kräfte, die zwischen den Zähnen 7 und den Längsnuten 4 bei der Drehbewegung um die Achse 2 erzeugt werden. Fehler bei der Fertigung und Bearbeitung der Keilwelle, des Zahnrades oder Fehlausrichtungen der Druckzentren der miteinander kämmenden Zähne des Zahnrades 6 und des damit kämmenden Zahnrades 12 jedoch ergeben eine erste von zwei Tangentialkräften, die mit entsprechenden Pfeilen 14 und 15 eingetragen sind.
Häufig ist die Stärke dieser Tangentialkräfte so ausreichend groß, daß die Scherkraft zwischen den miteinander kämmenden Zahnrädern und der Keilwelle überwunden werden kann, so daß die Neigung besteht, daß das Zahnrad 6 in der in Figur 1 gezeigten Position gehalten wird. Wenn dies der Fall ist, wird das Zahnrad 6 in Axialrichtung längs der Welle 1 in Abhängigkeit von der Drehrichtung des Zahnrades und der Keilwelle in irgendeine Richtung gedrückt.
In Figur 4 ist eine übliche Synchronisierungseinrichtung der Servobauart zur Synchronisierung der in Kämmeingriff stehenden Zahnräder bei einem Kraftfahrzeuggetriebe gezeigt. Eine Kupplungsmuffe 21 bewegt sich gleitend axial längs einer Synchronisierungsnabe 22 in Richtung auf ein Kupplungszahnrad 23.
Ein Synchronisierungsring 24 bringt die Kupplungsmuffe 1 zur Fluchtung mit dem Kupplungszahnrad 23, um die Muffe und das Zahnrad in Kämmeingriff miteinander zu bringen und um eine Drehbewegung zwischen einem Zahnrad 25 und einer Drehwelle 26 zu erreichen.
In Figur 5 ist eine Auslegungsmöglichkeit für die Zähne des Kupplungszahnrades und der Zähne der Kupplungsmuffe dargestellt, die verhindert, daß sich die Kupplungsmuffe 1 von dem Kupplungszahnrad 23 beim Einwirken irgendeiner der zuvor angegebenen Tangentialkräfte 14 oder 16 löst. Die Zähne 27 des Kupplungszahnrades haben konische Flächen 27a, die derart ausgelegt und beschaffen sind, daß sie in Paßeingriff mit konischen Flächen 28a der Zähne 28 der Kupplungsmuffe kommen, um hierdurch die Kupplungsmuffe und das Kupplungszahnrad in Form einer gleichförmigen Drehbewegung um die Welle 26 zu halten. Obgleich die konische Auslegung der Zähne nach Figur 5 in adäquater Weise auch das mit Längsnuten versehene Kupplungszahnrad in bezug zu der Kupplungs muffe in seiner Position hält, ist es erkenntlich, daß ein extrem genauer Bearbeitungsvorgang bei der Herstellung des Zahnrades und der Verzahnung der Kupplungsmuffe erforderlich ist. Eine solche Bearbeitung ist zeitraubend und teuer.
Unter Berücksichtigung der vorstehenden Ausführungen der Beschreibung von Keilwellenkupplungen wird nunmehr bezug auf die Figuren 6 bis 9 und insbesondere auf Figur 6 genommen, in der eine bevorzugte Ausführungsform einer Keilwellenkupplung nach der Erfindung insgesamt mit 40 bezeichnet dargestellt ist.
Die Keilwellenkupplung 40 weist eine Keilwelle 1 auf, die eine Wellenlängsnut 4 hat, die von Seitenwänden 5 begrenzt wird. Innen liegende Zähne 7 des Zahnrades kämmen mit den Längsnuten 4 der Welle wie bei der in Figur 1 gezeigten Keilwellenkupplung.
Bei der Keilwellenkupplung nach der Erfindung hingegen ist eine Einrichtung 42 vorgesehen, die mit den Seitenwänden 5 der Längsnuten ein Stück bildet, und die Zähne des Zahnrades in Position halten, sowie eine Axialbewegung in Abhängigkeit von außergeähnlicheTangentialkräften 15 verhindern, wenn ein Drehmoment entweder auf die Keilwelle oder das Zahnrad 6 einwirkt. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform hat diese Halteeinrichtung 42 einen Vorsprung oder erhabenen Abschnitt, der mit der Seitenwand 5 der Keilwellennut ein Stück bildet. Bei der in Figur 6 gezeigten Ausführungsform sind zwei Vorsprünge aneinander gegenüberliegend in den gegenüberliegenden parallelen Seitenwandungen 5 der Keilwellennuten 4 ausgebildet. Selbstverständlich reicht auch ein Vorsprung zur Erreichung des Zieles nach der Erfindung in Abhängigkeit von der Drehrichtung des Zahnrades und der Keilwelle und in Abhängigkeit von der speziellen Arbeitsweise des Getriebes oder des Getriebegehäuses aus, für die die Keilwellenkupplung nach der Erfindung bestimmt ist.
Nach den Figuren 6 bis 8 trennt ein Abstand d die Spitzen der zugeordneten Vorsprünge. Dieser Abstand d muß selbstverständlich größer als die Stärke t der einzelnen innen liegenden Zähne 7 des Zahnrades sein, um zu erreichen, daß die Zähne des Zahnrades frei gleitend längs den Keilwellennuten 4 wie erforderlich beweglich sind (d.h. daß die Zähne 7 des Zahnrades zwischen den Vorsprüngen 42 an den Längsnuten durchgehen können, wenn keine entgegenwirkenden Normalkräfte 16 und 17 vorhanden sind, die zwischen den Zähnen des Zahnrades und den Längsnutenseitenwandungen 5 infolge eines Drehmoments wirken, daß entweder auf die Keilwelle 1 oder das Zahnrad 6 einwirkt).
Die Vorsprünge 42 an der Längsnutenseitenwandung haben die Aufgabe, die innen angeordneten Zähne 7 des Zahnrades in der in Figur 6 gezeigten Position zu halten, solange erste und zweite Normalkräfte 16 und 17 vorhanden sind. Wenn das Drehmoment nicht mehr auf die Keilwelle 1 oder das Zahnrad 6 ausgeübt wird, werden die entgegenwirkenden Kräfte 16 und 17 aufgehoben und das im Inneren mit Zähnen 7 versehene Zahnrad kann in den Keilnuten 4 leicht in axialer Richtung gleitend zu einer Stellung verschoben werden, die mit Hilfe eines in gebrochenen Linien eingetragenen Zahnrades in Figur 6 gezeigt ist.
Hieraus ist leicht der überraschende Effekt der Haltevorsprünge 42 an den Längsnuten der Zahne des Zahnrades, wie in Figur 6 nach der Erfindung gezeigt, erkenntlich. Die konische Fläche des Vorsprunges 42 führt die Zähne 7 des Zahnrades über den Kanal, der von den Spitzen der zugeordneten Vorsprünge 42 begrenzt wird, wenn keine ausreichend großen entgegenwirkenden Normalkräfte 16 und 17 vorhanden sind, die zwischen den innen angeordneten Zähnen des Zahnrades und den Keilwellenseitenwandungen wirken.
In Figur 7 ist eine abgewandelte Ausführungsform nach der Erfindung gezeigt, bei der eine Vielzahl von paarweise angeordneten gegenüberliegenden Haltevorsprüngen 42 zum Halten der Verzahnung der Längsnuten vorgesehen ist. Die Auslegung und die Arbeitsweise der Längsnutenvorsprünge nach Figur 7 stimmt genau mit jener der Vorsprünge nach Figur 6 überein.
In Figur 7 ist jedoch gezeigt, daß eine Anzahl von Zahnradhaltevorsprüngen nach der Erfindung in einem Abstand innerhalb einer einzigen Wellennut 4 angeordnet werden kann, um wahlweise das mit Innenverzahnung 7 versehene Zahnrad in irgendeiner der gewünschten möglichen Arbeitsstellungen zu halten.
Um zusätzlich das Zahnrad 6 genau in der Stellung um die Keilwelle 1 zu halten, haben die konischen Vorsprünge 42 nach der Erfindung auch einen Zentrierungseffekt, um das Zahnrad direkt zwischen einem Paar von axial im Abstand angeordneten Vorsprüngen beim Aufbringen eines Drehmoments auf das Zahnrad oder die Welle auszurichten. Bei einwirkendem Drehmoment werden Normalkräfte 16 und 17 erzeugt, die eine Fehlausrichtung des Zahnrades 6 versuchen, wobei dieses in Eingriff mit der konisch ausgebildeten Fläche des Vorsprunges kommt und in Gegenrichtung in Richtung auf die zentrierte Lage zwischen den beiden axial im Abstand angeordneten Vorsprüngen zurückgedrückt wird.
In Figur 8 ist eine weitere Ausführungsform nach der Erfindung gezeigt, die in eine servounterstützt arbeitende Synchronisierungseinrichtung eingebaut ist. Die Zähne 50 der Synchronisierungsnabe kämmen mit den Zähnen 51 der Kupplungsmuffe bei der in Figur 5 gezeigten Ausführungsform. Die Zähne 51 der Kupplungsmuffe greifen auch in die Zähne 52 des Kupplungszahnrades ein, um das Drehmoment von der Kupplungsmuffe auf das Kupplungszahnrad oder umgekehrt zu übertragen. Wie bei der in den Figuren 6 und 7 gezeigten Ausführungsform ergeben sich beim Aufbringen eines Drehmoments entweder auf die Kupplungsmuffe oder das Kupplungszahnrad 25 Normalkräfte analog den Kräften 16 und 17 und die lialtevorsprünge 53 für die Zähne des Zahnrades arbeiten derart, daß sie die Zähne der Kupplungsmuffe 51 in der in Figur 8 gezeigten Lage halten. Bei der Unterbrechung des entweder auf die Kupplungsmuffe des Kupplungszahnrades einwirkenden Drehmoments heben sich die entgegenwirkenden Normalkräfte auf, so daß die Zähne 15 der Kupplungsmuffe axial über die Haltevorsprünge 53 der Zähne des Zahnrades und längs der Zähne 50 der Synchronisierungsnabe verschoben werden können.
Obgleich die Halteeinrichtungen 42 als Einrichtungen gezeigt und beschrieben sind, die von vorspringenden Vorsprüngen gebildet werden, die auf den Seitenwandflächen 5 der Wellennuten 4 ausgebildet sind, ist es selbstverständlich, daß die Vorsprünge auch an den dazu passenden Seitenwandungen 9 der Zähne des Zahnrades ausgebildet werden können, wie dies mit 62 in Figur 9 angedeutet ist. Hierbei ist es jedoch erforderlich, zusätzliche Paßaunehmungen 64 in den Keilwellenseitenwandungen 5 vorzusehen, um eine präzisere Positionierung des Zahnrades auf der Keilwelle zu erreichen.
Wie die obigen Ausführungen gezeigt haben, schafft die Erfindung eine Keilwellenkupplung, die alle Erfordernisse zufriedenstellend erfüllt. Leerseite

Claims

Kei.well nkupplung Patentansprüche Keilwellenkupplung, g e k e n n z e i c h n e t durch: ar ein zylindrisches, drehbewegliches Element (10), das eine darin ausgebildete Längsnut (4) hat, die eine Seitenwandung (5) umfaßt, und b) ein Radelement (6), das auf dem zylindrischen, drehbeweglichen Element in axialer Richtung unter Bildung eines Gleiteingriffs mit demselben angebracht ist und das eine Verzahnung (7) umfaßt, die mit der Längsnut in dem zylindrischen, drehbeweglichen Element kämmt, um das zylindrische, drehbewegliche Element und das Radelement zusammen um die Achse (2) des zylindrischen, drehbeweglichen Elements zu drehen, wobei die Kupplung Halteeinrichtungen (42) umfaßt, die daran ausgebildet sind, um wahlweise eine Axialbewegung des Radelements relativ zu dem zylindrischen, drehbeweglichen Element zu verhindern.
2. Keilwellenkupplung, g e k e n n z e i c h n e t durch: a) ein zylindrisches, drehbewegliches Element (10), das eine Vielzahl von darin ausgebildeten Längsnuten (4) hat, die jeweils eine Seitenwandung (5) umfassen, und b) ein Radelement (6), das auf dem zylindrischen, sich drehenden Element in Axialrichtung unter Bildung eines Gleitberührungseingriffs damit angeordnet ist, und das eine Vielzahl von Zähnen (7) umfaßt, die jeweils in Längsnuten in dem zylindrischen, drehbeweglichen Element eingreifen, um das zylindrische, drehbewegliche Element und das Radelement zusammen um die Achse (2) des zylindrischen, drehbeweglichen Elements zu drehen, wobei die Kupplung Halteeinrichtungen (42) umfaßt, die mit dieser ausgebildet sind, um wahlweise eine Axialbewegung des Radelements relativ zu dem zylindrischen, drehbeweglichen Element zu verhindern.
3. Kupplung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t, daß das Radelement eine Vielzahl von in Umfangsrichtung im Abstand angeordneten Zähnen (11) hat.
4. Keilwellenkupplung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß eine Vielzahl von Halteeinrichtungen (42) ausgebildet sind, die wahlweise das Radelement in jeweils einer von mehreren gewünschten Axialstellungen in Anordnung um das zylindrische, drehbewegliche Element halten.
5. Keilwellenkupplung nach Anspruch 4, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß das Radelement eine Vielzahl von in Umfangsrichtung im Abstand angeordneten Zähnen (11) umfaßt.
6. Keilwellenkupplung nach Anspruch 4, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß jede halten einrichtung einen Vorsprung (42) aufweist, der mit der Längsnutseitenwandung (5) des zylindrischen, drehbeweglichen Elements ausgebildet ist, um wahlweise das Radelement in der jeweiligen gewünschten Stellung von einer Vielzahl von axialen Stellungen unter Anordnung um das zylindrische, drehbewegliche Element hält.
7. Keilwellenkupplung nach Anspruch 6, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t, daß das Radelement eine Vielzahl von in Umfangsrichtung im Abstand angeordneten Zähnen (11) umfaßt.
8. Keilwellenkupplung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß die Halteeinrichtungen einen Vorsprung (42) aufweisen, der an der Längsnutseitenwandung (5) des zylindrischen, drehbeweglichen Elements ausgebildet ist, um wahlweise die Axialbewegung des Radelements relativ zu dem zylindrischen, drehbeweglichen Element zu verhindern.
9. Keilwellenkupplung nach Anspruch 8, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß das Radelement eine Vielzahl von in Umfangsrichtung im Abstand angeordneten Zähnen (11) umfaßt.
10. Keilwellenkupplung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß die Halteeinrichtungen einen Vorsprung (6) aufweisen, der an der Verzahnung (7) des Radelements ausgebildet ist und eine Paßausnehmung (64), die an der Längsnutseitenwandung (5) des zylindrischen, drehbeweglichen Elements ausgebildet ist, um einen wahlweisen Eingriffszustand miteinander zu bilden, damit eine Axialbewegung des Radelements relativ zu dem zylindrischen, drehbeweglichen Element verhindert wird.
11. Keilwellenkupplung nach Anspruch 10, dadurch y e k e n n z e i c h n e t, daß das Radelement eine Vielzahl von in Umfangsrichtung im Abstand angeordneten Zähnen (11) umfaßt.
12. Keilwellenkupplung, g e k e n n z e i c h -n e t durch: a) ein Radelement (6), das i) eine es durchziehende konzentrische Bohrung, ii) eine Vielzahl von in Umfangsrichtung im Abstand angeordneten, Zähnen (11), und iii) eine Vielzahl von Längsnuten in der Bohrung hat und jede Längsnut eine Seitenwandung (9) umfaßt, und b) eine Keilwelle (1), die i) eine Vielzahl von Längsnuten (4) hat, die jeweils eine Seitenwandung (5) haben, die in Klemmeingriff mit dazu passenden Längsnuten in dem Radelement kommen, um die Welle und das Radelement zusammen um die Achse der Welle zu drehen, und ii) eine Vielzahl von Haltevorsprüngen (42) hat, die an den zugeordneten Seitenwandungen jeder Längsnut ausgebildet sind und radial in einer Ebene quer zur Wellenachse liegen, um wahlweise das Radelement in einer speziellen axialen Stellung auf der Welle zu halten, solange ausreichend in Gegenrichtung wirkende Drehmomente auf das Radelement und das mit Längsnuten versehene zylindrische, drehbewegliche Element jeweils einwirken.