WO2023061523A1 - Stirnverzahnung mit prägeradien - Google Patents

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WO2023061523A1
WO2023061523A1 PCT/DE2022/100671 DE2022100671W WO2023061523A1 WO 2023061523 A1 WO2023061523 A1 WO 2023061523A1 DE 2022100671 W DE2022100671 W DE 2022100671W WO 2023061523 A1 WO2023061523 A1 WO 2023061523A1
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tooth
radial direction
face
teeth
toothing
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Andreas Kaiser
Daniel Koenig
Simon Braehler
Norbert Gross
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Schaeffler Technologies AG & Co. KG
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    • B23F19/10—Chamfering the end edges of gear teeth
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B60B—VEHICLE WHEELS; CASTORS; AXLES FOR WHEELS OR CASTORS; INCREASING WHEEL ADHESION
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    • B60B27/0031—Hubs for driven wheels characterised by torque transmission means from drive axle of the axial type, e.g. front teeth
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
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    • B60B35/12—Torque-transmitting axles
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    • F16D2003/22326—Attachments to the outer joint member, i.e. attachments to the exterior of the outer joint member or to the shaft of the outer joint member
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    • F16D2250/00—Manufacturing; Assembly
    • F16D2250/0023—Shaping by pressure

Definitions

  • the present invention relates to face gearing, use of such face gearing in a wheel bearing arrangement, a tool for producing face gearing and use of such a tool for producing face gearing on a wheel bearing hub.
  • spur gears as an axially effective coupling of rotating elements, such as shafts.
  • spur gears are known which form a sprocket running in the circumferential direction about an axis of rotation on a wheel bearing arrangement for a drivable wheel hub, the spur gears being provided for play-free engagement in a mating gear facing the spur gears.
  • Face gears can be produced, among other things, by cutting or by a forming process.
  • the assembly of spur gears, in particular the meshing of two spur gears, can be made more difficult due to the known manufacturing processes.
  • the face gearing according to the invention in particular for a wheel bearing arrangement, in particular for driven wheels, has a plurality of teeth which are arranged adjacent to one another on the face side and in the circumferential direction and extend in the radial direction.
  • the teeth are set up to engage teeth of a counter-toothing axially, ie in the axial direction.
  • Each of the teeth has at least tooth flanks and a tooth crest.
  • a transition from the tooth flanks to a tooth profile surface arranged on the outside in the radial direction has rounding radii or embossing radii.
  • tooth profile surface is to be understood as meaning a cross-sectional surface of the tooth which is formed when a cut runs in a circumferential direction.
  • the tooth profile surface arranged on the outside in the radial direction is to be understood as meaning the outer surface of a tooth formed on the outside in the radial direction, in particular along an outer circumference of the face toothing.
  • the advantage of the solution according to the invention is in particular that the rounding radii, which can also be referred to as embossing radii, reduce, in particular avoid, a sharp-edged and/or burred transition between the tooth profile surface arranged radially on the outside and the tooth flanks.
  • the risk of injury, particularly when assembling the wheel bearing arrangement can be significantly reduced.
  • an undesired detachment of particles, in particular from the burr formed can be reduced in this way, in particular during the period of use.
  • production can be improved.
  • the formation of a tooth head can be improved by limiting the flow of material outwards in the radial direction during production and by guiding it through the embossing radii in such a way that the tooth head can be raised. Raising the tip of the tooth allows for a "more pointed" tip of the tooth, i.e. a small tip radius. The smaller the tooth tip radius, the more pointed the tooth tip. As a result, an undesired tooth-on-tooth position can be avoided during assembly.
  • the spur gearing is used in particular for wheel bearing arrangements with driven wheel bearings, for example for coupling a wheel bearing to a drive shaft or a joint bell.
  • the axial direction and the radial direction are to be understood in relation to the end face. This means that the axial direction extends along a central or rotational axis of the end face and the radial direction along a radius which essentially extends in the manner of a segment of a circle, in particular in the manner of a ring, or in the form of a circular ring, at the end face.
  • the embossing radii and the tooth profile surface merge tangentially into one another and/or the embossing radii and the tooth flanks merge tangentially into one another.
  • a tangential transition helps to reduce sharp-edged and/or burred edges or transitions and can thus reduce the risk of injury, particularly during assembly.
  • the tangential transition during the production of the spur gear can improve the material flow in the direction of the tooth tip.
  • the tooth profile surfaces arranged on the outside in the radial direction essentially have an inclination in the axial direction of between 0° and 25°. An improved tooth head formation can thus be achieved.
  • the tooth profile surfaces arranged on the outside in the radial direction each have a main embossing radius that extends in the radial direction.
  • the main coining radius can improve the flow of material towards the tooth tip during manufacture.
  • the tooth tip has a tooth tip radius of between approximately 0.5 mm and approximately 5 mm, in particular between 0.7 mm and 3 mm.
  • a tip radius can reduce the risk of the tooth-on-tooth position occurring during assembly, and thus simplify assembly.
  • the tooth tip radius can be a single radius or can be made up of several individual radii that merge tangentially into one another.
  • a further aspect of the invention relates to the use of at least one spur gearing according to the invention of a wheel bearing arrangement for the non-rotatable connection of a wheel bearing hub to a joint bell.
  • Spur gears in wheel bearing assemblies are particularly exposed to high loads.
  • the spur gearing described above and below enables, on the one hand, improved engagement in a corresponding counter-toothing and thus improved power transmission, which enables a higher load on this connection.
  • a further aspect of the invention relates to a tool for producing face gearing, in particular face gearing according to the invention.
  • the tool has a counter-toothing, which has several teeth, which are on the front side and in Circumferentially adjacent to each other, and extend in the radial direction.
  • Two teeth arranged adjacent to one another are each arranged at a distance from one another by a tooth gap.
  • a transition from tooth flanks of the tooth gaps to a tooth profile surface arranged on the outside in the radial direction has embossing radii, and a peripheral tool edge, in particular on the outside in the radial direction, which surrounds the counter-toothing.
  • the surrounding tool edge reduces or limits the material flow radially outwards. This increases resistance for the flowing material in the radial direction. Since the material always flows in the direction of least resistance, the material flow deviates in the circumferential and/or vertical direction (axial direction).
  • the embossing radii additionally facilitate the flow of material in the circumferential and/or vertical direction. In this way, the degree of filling of the tooth shape, which is formed by the tooth gaps of the tool, can be improved, particularly in the direction of the tip of the tooth, as a result of which the formation of a sharper tooth can be achieved. This can reduce the risk of a tooth-on-tooth position during assembly.
  • the edge of the tool extends at least to a depth of a tooth root feature of the tooth gaps.
  • a further aspect of the invention relates to the use of a tool according to the invention for producing face gearing, in particular face gearing described above and below, on a wheel bearing hub by means of wobble riveting.
  • the material flows according to the law of least resistance, which is generally lowest radially outwards and is higher in the height direction, ie in the axial direction in the direction of the tooth tip narrowing tooth shape. Due to the radially outer circumferential tool edge of the tool described above and below, the resistance in the radial direction, in particular radially outward, is increased in such a way that the material in the circumferential and / or height direction of the toothing deviates.
  • the embossing radii also promote such a material flow, since they facilitate the material flow in this direction.
  • the radially outer circumferential tool edge increases the resistance for the material flow radially outwards in such a way that the material, which flows according to the law of least resistance, flows in the circumferential and/or vertical direction of the toothing, since this now represents the lower resistance.
  • the embossing radii can additionally promote the flow of material in the direction of circulation and/or height, since the rounding of the edges due to the embossing radii additionally facilitates the flow of material.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a spur gearing according to an embodiment of the invention in a plan view
  • FIG. 2 shows an enlarged partial section of the spur gearing from FIG. 1 ;
  • FIG. 3 shows a schematic representation of a partial view of a spur gearing according to an embodiment of the invention in a perspective view
  • FIG. 4 shows a schematic representation of a tool according to an embodiment of the invention in a perspective view.
  • FIG. 1 and 2 show an exemplary schematic representation of a spur gear 1, with FIG. 2 showing an enlarged section of the spur gear 1 from FIG.
  • the spur gearing 1 has a plurality of teeth 2, which are separated in the circumferential direction by tooth gaps 3 spaced apart from one another on a surface, e.g. an end face of a shaft.
  • a tooth profile 4 corresponds to a cross-sectional area in the axial direction, here the direction of an axis of rotation X, of the end face.
  • the cross-sectional area corresponds to a sectional area of a section in the circumferential direction.
  • An extension direction of the teeth 2 corresponds to a radial direction R of the end face.
  • Each of the teeth 2 has tooth flanks 5, a tooth head 6 and tooth roots 7 (see FIG. 3).
  • the tooth flanks 5 are formed on the side faces of the tooth 2 and essentially merge tangentially into the tooth crest 6 and into the tooth roots 7 .
  • the tip of the tooth 6 is arranged essentially in the middle and forms the “tip” of the tooth 2, which includes the highest point of the tooth 2 viewed in the axial direction.
  • the spur gearing 1 can also be referred to as Hirth gearing and is an axially effective gearing that can be used as a form-fitting coupling of rotating elements, for example for coupling driven wheel bearings to the drive shaft, for torque transmission.
  • the spur toothing 1 engages in a correspondingly designed counter-toothing (not shown) in the axial direction. With such a connection, the flanks 5 of the teeth 2 lie statically and flat against the flanks of the teeth of the counter-toothing.
  • the teeth of the end toothing 1 have embossing radii 8 radially on the outside, which round off a transition between a tooth profile surface 9 lying radially on the outside and the tooth flanks 5 .
  • the embossing radii 8 reduce or prevent sharp-edged and/or burred transitions that pose a potential risk of injury during assembly. In addition, this can prevent particles from detaching during operation that are undesirable in the production environment.
  • the embossing radii 8 which can also be referred to as fillet radii, allow the flow resistance ratio between the axial direction and the radial direction to be changed such that the flow resistance in the radial direction is increased such that the flow resistance in the axial direction is equal to or less than the flow resistance in the radial direction. It can thereby be achieved that the material flows during production in such a way that a more pointed tooth head 6 can be formed. The sharper the tip of the tooth 6, the lower the risk of a tooth-on-tooth position when assembling the front toothing 1 with a corresponding counter-toothing. It can be seen in FIG.
  • the tooth profile surface 9 has higher tooth flanks 5 due to the formation of a more pointed tooth head 6, which enable greater power transmission.
  • the tooth profile surface 9 has an inclination of approximately 5° to 10° with respect to the axial direction.
  • the tooth profile surface 9 can also have an inclination of essentially 0° and/or up to 25°.
  • the tooth profile surface 9 has a main coining radius 17 (see FIG. 4) which extends in the radial direction.
  • the tooth profile surface 9 has a rounding, in particular a convex rounding, which protrudes in the radial direction.
  • FIG. 4 shows an exemplary schematic representation of a tool 10 in a perspective representation.
  • the tool 10 is used to produce the spur gearing 1 by means of wobble riveting. It can be seen that the tool 10 also has a plurality of teeth 11 which are spaced apart from one another in the circumferential direction by tooth gaps 12 on an end face of the tool 10 .
  • the teeth 11 and the tooth gaps 12 in their entirety can also be referred to as teeth 13 of the tool 10 .
  • the tooth gaps 12 of the tool 10 serve as a mold for the formation of the teeth 2 of the end toothing 1.
  • the tool 10 On the radially outer side, the tool 10 has a tool edge 14, which surrounds the toothing 13 on the radially outer side in the circumferential direction.
  • the tool edge 14 has a depth t in the axial direction, which extends to a tooth root feature.
  • the tooth base characteristic describes a boundary in the tooth gaps 12 of the tool 10, which are used to form the tooth bases 7 of the teeth 2 of the spur gearing 1.
  • the tool edge 10 completely closes the tool 10 in the radial direction along the circumferential direction and thus limits a material flow in the radial direction during the production of the face gearing 1 .
  • the tool edge 14 thus represents a large resistance for the material flowing during production. Since the material flow follows the law of least resistance, the material, after it has come into contact with the tool edge 14 radially on the outside, flows in the circumferential direction and/or the height direction of the respective tooth gap 12, whereby a tooth 2 of the face gear 1 is formed in each tooth gap 12.
  • Embossed radii 15 formed in the tooth gaps 12 are formed in such a way that the embossed radii 8, which form the transition between the tooth profile surface 9 and the tooth flanks 5, are formed during manufacture.
  • the embossing radii 15 in particular have such a radius that resistance to the flow of material during production is reduced, and the material thus—according to the law of least resistance—flows in the circumferential direction into the embossing radii 12 of the tool 10 .
  • a material flow in the direction of a tooth head shape 16 can be improved, in particular by a correspondingly high force with which the tool 10 is pressed or rolled onto the material to be embossed during the production of the spur gearing 1 .
  • This makes it possible to improve the shape of the tooth tip during manufacture.
  • the teeth 2 have larger or higher tooth flanks 5 which, when engaged with a corresponding counter-toothing (not shown), enable improved power transmission.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Stirnverzahnung (1), insbesondere für eine Radlageranordnung, aufweisend: mehrere Zähne (2), die stirnseitig und in Umfangsrichtung benachbart zueinander angeordnet sind, und sich in radialer Richtung (R) erstrecken, und dazu eingerichtet sind, axial in Zähne einer Gegenverzahnung zu greifen, wobei jeder der Zähne (2) zumindest Zahnflanken (5) und einen Zahnkopf (6) aufweist, wobei ein Übergang von den Zahnflanken (5) zu einer in radialer Richtung (R) außen angeordneten Zahnprofilfläche (9) Prägeradien (8) aufweist. Ferner betrifft die Erfindung auch ein Werkzeug (10) zur Herstellung einer Stirnverzahnung (1), aufweisend: eine Gegenverzahnung (13) aufweisend mehrere Zähne (11), die stirnseitig und in Umfangsrichtung benachbart zueinander angeordnet sind, und sich in radialer Richtung (R) erstrecken, wobei zwei zueinander benachbart angeordnete Zähne (11) jeweils durch eine Zahnlücke (12) zueinander beabstandet sind, wobei ein Übergang von Zahnflanken der Zahnlücken (12) zu einer in radialer Richtung (R) außen angeordneten Zahnprofilfläche Prägeradien (15) aufweist, und einen umlaufenden Werkzeugrand (14) aufweist, der die Gegenverzahnung (13) umgibt.

Description

Stirnverzahnung mit Prägeradien
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Stirnverzahnung, eine Verwendung einer solchen Stirnverzahnung in einer Radlageranordnung, ein Werkzeug zur Herstellung einer Stirnverzahnung sowie eine Verwendung eines solchen Werkzeugs zur Herstellung einer Stirnverzahnung an einer Radlagernabe.
Stand der Technik
Der Einsatz von Stirnverzahnungen als eine axial wirksame Kopplung von rotierenden Elementen, wie bspw. Wellen, ist bekannt. Insbesondere sind Stirnverzahnungen bekannt, die einen in Umfangsrichtung um eine Rotationsachse verlaufenden Zahnkranz an einer Radlageranordnung für eine antreibbare Radnabe ausbilden, wobei die Stirnverzahnung für einen spielfreien Eingriff in eine der Stirnverzahnung zugewandte Gegenverzahnung vorgesehen ist.
Stirnverzahnungen können unter anderem spanend oder durch einen Umformprozess hergestellt werden. Die Montage von Stirnverzahnungen, insbesondere das Ineinandergreifen zweier Stirnverzahnungen kann durch die bekannten Herstellungsverfahren fertigungsbedingt erschwert werden.
Es hat sich nunmehr herausgestellt, dass ein weiterer Bedarf besteht, eine bekannte Stirnverzahnung zu verbessern, insbesondere besteht ein Bedarf eine Stirnverzahnung bereitzustellen, die die Herstellung verbessert und insbesondere eine verbesserte Ausformung der Zähne ermöglicht.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Stirnverzahnung bereitzustellen, die die Herstellung verbessert, und insbesondere eine verbesserte Ausformung der Zähne ermöglicht.
Offenbarung der Erfindung
Diese und andere Aufgaben, die beim Lesen der folgenden Beschreibung noch genannt werden oder vom Fachmann erkannt werden können, werden durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen sind den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung zu entnehmen. Die erfindungsgemäße Stirnverzahnung, insbesondere für eine Radlageranordnung, insbesondere für angetriebene Räder, weist mehrere Zähne auf, die stirnseitig und in Umfangsrichtung benachbart zueinander angeordnet sind, und sich in radialer Richtung erstrecken. Insbesondere sind die Zähen dazu eingerichtet, axial, also in axialer Richtung, in Zähne einer Gegenverzahnung zu greifen. Jeder der Zähne weist zumindest Zahnflanken und einen Zahnkopf auf. Dabei weist ein Übergang von den Zahnflanken zu einer in radialer Richtung außen angeordneten Zahnprofilfläche Verrundungsradien bzw. Prägeradien auf.
Unter dem Begriff Zahnprofilfläche ist eine Querschnittsfläche des Zahns zu verstehen, die bei einem in einer Umfangsrichtung verlaufenden Schnitt ausgebildet wird. Unter der in radialer Richtung außen angeordneten Zahnprofilfläche ist die in radialer Richtung außen, insbesondere entlang eines Außenumfangs der Stirnverzahnung, ausgebildete Außenfläche eines Zahns zu verstehen.
Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung liegt insbesondere darin, dass durch die Verrundungsradien, die auch als Prägeradien bezeichnet werden können, ein scharfkantiger und/oder grätiger Übergang zwischen der radial außen angeordneten Zahnprofilfläche und den Zahnflanken reduziert, insbesondere vermieden, werden. Dadurch kann ein Verletzungsrisiko, insbesondere bei der Montage der Radlageranordnung, erheblich reduziert werden. Darüber hinaus kann so ein unerwünschtes Lösen von Partikeln, insbesondere vom gebildeten Grat, insbesondere während der Einsatzdauer, reduziert werden. Ferner kann durch bei einer solchen Stirnverzahnung die Herstellung verbessert werden. Insbesondere kann die Ausbildung eines Zahnkopf verbessert werden, indem bei der Herstellung ein Materialfluss in radialer Richtung nach außen begrenzt wird, und durch die Prägeradien derart geführt wird, dass eine Erhöhung des Zahnkopfes erreicht werden kann. Eine Erhöhung des Zahnkopfes ermöglicht einen „spitzeren“ Zahnkopf, also einen kleinen Zahnkopfradius. Je kleiner der Zahnkopfradius desto spitzer der Zahnkopf. Dadurch kann erreicht werden, dass bei der Montage eine unerwünschte Zahn-auf-Zahn-Stellung vermieden werden kann.
Die Stirnverzahnung wird insbesondere für Radlageranordnungen mit angetriebenen Radlagern, bspw. für eine Kopplung eines Radlagers an eine Antriebswelle bzw. eine Gelenkglocke eingesetzt.
Die axiale Richtung sowie die radiale Richtung sind in Bezug auf die Stirnfläche zu verstehen. Das bedeutet, dass sich die axiale Richtung entlang einer Mittel- oder Rotationsachse der Stirnfläche erstreckt und sich die radiale Richtung entlang eines Radius der im Wesentlichen kreissegmentartig, insbesondere ringartig, bzw. kreisringrunden, Stirnfläche erstreckt.
Gemäß einer Ausführungsform gehen die Prägeradien und die Zahnprofilfläche tangential ineinander über und/oder gehen die Prägeradien und die Zahnflanken tangential ineinander über. Ein tangentialer Übergang unterstützt ein Reduzieren von scharfkantigen und/oder grätigen Kanten bzw. Übergängen und kann somit ein Verletzungsrisiko, insbesondere während der Montage reduzieren. Darüber hinaus kann der tangentiale Übergang bei der Herstellung der Stirnverzahnung den Materialfluss in Richtung zum Zahnkopf hin verbessern.
Gemäß einer Ausführungsform weisen die in radialer Richtung außen angeordneten Zahnprofilflächen im Wesentlichen eine Neigung in axialer Richtung zwischen 0° und 25° auf. Damit kann eine verbesserte Zahnkopfausbildung erreicht werden.
Gemäß einer Ausführungsform weisen die in radialer Richtung außen angeordneten Zahnprofilflächen jeweils einen Hauptprägeradius auf, der sich in radialer Richtung erstreckt. Der Hauptprägeradius kann den Materialfluss während der Herstellung in Richtung zur Zahnkopf hin verbessern.
Gemäß einer Ausführungsform weist der Zahnkopf einen Zahnkopfradius auf, der zwischen etwa 0,5 mm und etwa 5 mm, insbesondere zwischen 0,7 mm und 3 mm, beträgt. Ein solcher Zahnkopfradius kann das Risiko für ein Auftreten der Zahn-auf-Zahn-Stellung bei der Montage reduzieren, und somit die Montage vereinfachen. Der Zahnkopfradius kann sich dabei ein einzelner Radius sein oder kann sich aus mehreren einzelnen Radien, die tangential ineinander übergehen, zusammensetzen.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Verwendung zumindest einer erfindungsgemäßen Stirnverzahnung einer Radlageranordnung zur drehfesten Verbindung einer Radlagernabe mit einer Gelenkglocke. Stirnverzahnungen in Radlageranordnungen sind insbesondere hohen Belastungen ausgesetzt. Die vorstehend und nachfolgend beschriebene Stirnverzahnung ermöglicht zum einen ein verbessertes Eingreifen in eine entsprechende Gegenverzahnung und somit eine verbesserte Kraftübertragung, die eine höhere Belastung dieser Verbindung ermöglicht.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Werkzeug zur Herstellung einer Stirnverzahnung, insbesondere einer erfindungsgemäßen Stirnverzahnung. Das Werkzeug weist eine Gegenverzahnung auf, die mehrere Zähne aufweist, die stirnseitig und in Umfangsrichtung benachbart zueinander angeordnet sind, und sich in radialer Richtung erstrecken. Zwei zueinander benachbart angeordnete Zähne sind jeweils durch eine Zahnlücke zueinander beabstandet angeordnet. Dabei weist ein Übergang von Zahnflanken der Zahnlücken zu einer in radialer Richtung außen angeordneten Zahnprofilfläche Prägeradien, und einen, insbesondere in radialer Richtung außen, umlaufenden Werkzeugrand auf, der die Gegenverzahnung umgibt.
Bei der Herstellung der Stirnverzahnung reduziert bzw. begrenzt der umlaufende Werkzeugrand den Materialfluss nach radial außen. Dadurch wird ein Widerstand für das fließende Material in radialer Richtung erhöht. Da das Material immer in Richtung des geringsten Widerstandes fließt, weicht der Materialfluss in die Umfangs- und /oder Höhenrichtung (axiale Richtung) aus. Die Prägeradien erleichtern den Materialfluss in die Umfangs- und/oder Höhenrichtung zusätzlich. So kann Ausfüllgrad der Zahnform, welche durch die Zahnlücken des Werkzeugs gebildet wird, verbessert werden, insbesondere in die Richtung des Zahnkopfes, wodurch die Ausformung eines spitzeren Zahns erreicht werden kann. Dadurch kann bei der Montage das Risiko einer Zahn-auf-Zahn-Stellung verringert werden.
Gemäß einer Ausführungsform erstreckt sich der Werkzeugrand zumindest bis auf eine Tiefe einer Zahnfußausprägung der Zahnlücken.
Dadurch kann bei der Montage eine Kollision mit einer radial längeren Gegenverzahnung verhindert werden. Insbesondere bei Stirnverzahnungen an einer Radlagernabe geht der Werkzeugrand an der Verzahnung des Radlagers mindestens bis auf die Tiefe der Zahnfußausprägung.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Verwendung eines erfindungsgemäßen Werkzeugs zur Herstellung einer Stirnverzahnung, insbesondere eine vorstehend und nachfolgend beschriebene Stirnverzahnung, an einer Radlagernabe mittels Taumelnieten.
Insbesondere beim Taumelnieten fließt das Material nach dem Gesetz des geringsten Widerstands, der in der Regel nach radial außen am geringsten ist und in die Höhenrichtung, also in axialer Richtung in die sich Richtung Zahnkopf verengende Zahnform höher ist. Durch den radial außen umlaufenden Werkzeugrand des vorstehend und nachfolgend beschriebenen Werkzeugs wird der Widerstand in radialer Richtung, insbesondere nach radial außen, derart erhöht, dass das Material in die Umlauf- und/oder Höhenrichtung der Verzahnung ausweicht. Die Prägeradien begünstigen einen solchen Materialfluss zusätzlich, da sie den Materialfluss in diese Richtung erleichtern.
Mit anderen Worten kann man sagen, dass der radial außen umlaufende Werkzeugrand den Widerstand für den Materialfluss nach radial außen derart erhöht, dass das Material, welches nach dem Gesetz des geringsten Widerstandes fließt, in die Umlauf- und/oder Höhenrichtung der Verzahnung fließt, da dies nun den geringeren Widerstand darstellt. Die Prägeradien können den Materialfluss in die Umlauf- und/oder Höhenrichtung zusätzlich begünstigen, da die Verrundungen der Kanten durch die Prägeradien, den Materialfluss zusätzlich erleichtern.
Detailbeschreibung anhand Zeichnung
Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigt:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Stirnverzahnung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in einer Draufsicht;
Fig. 2 einen vergrößert dargestellten Teilabschnitt der Stirnverzahnung aus Fig. 1 ;
Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Teilansicht einer Stirnverzahnung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in einer perspektivischen Ansicht; und
Fig. 4 eine schematische Darstellung eines Werkzeugs gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in einer perspektivischen Ansicht.
Die Figuren sind lediglich schematischer Natur, nicht maßstabsgetreu und dienen nur dem Verständnis der Erfindung. Dieselben Elemente sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Fig. 1 und 2 zeigen eine beispielhafte schematische Darstellung einer Stirnverzahnung 1, wobei Fig. 2 einen vergrößerten Ausschnitt der Stirnverzahnung 1 aus Fig. 1 zeigt. Die Stirnverzahnung 1 weist mehrere Zähne 2 auf, die in Umfangrichtung durch Zahnlücken 3 zueinander beabstandet auf einer Fläche, bspw. einer Stirnfläche einer Welle, angeordnet sind. Ein Zahnprofil 4 (siehe Fig. 3) entspricht dabei einer Querschnittsfläche in axialer Richtung, hier die Richtung einer Rotationsachse X, der Stirnfläche ausgebildet. Mit anderen Worten kann man sagen, dass die Querschnittsfläche einer Schnittfläche eines Schnitts in Umfangsrichtung entspricht. Eine Erstreckungsrichtung der Zähne 2 entspricht einer radialen Richtung R der Stirnfläche.
Jeder der Zähne 2 weist Zahnflanken 5, einen Zahnkopf 6 und Zahnfüße 7 (siehe Fig. 3) auf. Die Zahnflanken 5 sind an Seitenflächen des Zahns 2 ausgebildet und gehen im Wesentlichen tangential in den Zahnkopf 6 und in die Zahnfüße 7 über. Der Zahnkopf 6 ist im Wesentlichen mittig angeordnet und bildet die „Spitze“ des Zahns 2 aus, die in axialer Richtung gesehen den höchsten Punkt des Zahns 2 umfasst.
Die Stirnverzahnung 1 kann auch als Hirth-Verzahnung bezeichnet werden und ist eine axial wirksame Verzahnung, die als eine formschlüssige Kopplung von rotierenden Elementen, bspw. zur Kopplung von angetriebenen Radlagern an die Antriebswelle, zur Drehmomentübertragung eingesetzte werden kann. Hierzu greift die Stirnverzahnung 1 in axialer Richtung in eine entsprechend ausgebildete Gegenverzahnung (nicht dargestellt) ein. Bei einer solchen Verbindung liegen die Flanken 5 der Zähne 2 an den Flanken der Zähne der Gegenverzahnung statisch und flächig an.
Die Zähne der Stirnverzahnung 1 weisen radial außen Prägeradien 8 auf, die einen Übergang zwischen einer radial außenliegenden Zahnprofilfläche 9 und den Zahnflanken 5 verrunden. Die Prägeradien 8 reduzieren bzw. verhindern scharfkantige und/oder grätige Übergänge, die ein potentielles Verletzungsrisiko bei der Montage darstellen. Zusätzlich kann dadurch verhindert werden, dass sich im Betrieb Partikel ablösen, die im Produktionsumfeld unerwünscht sind.
Darüber hinaus ermöglichen die Prägeradien 8, die auch als Verrundungsradien bezeichnet werden können, dass das Verhältnis des Fließwiderstandes zwischen der axialen Richtung und der radialen Richtung derart verändert wird, dass der Fließwiderstand in die radiale Richtung so erhöht wird, dass der Fließwiderstand in der axialen Richtung gleich oder geringer ist als der Fließwiderstand in die radiale Richtung. Dadurch kann erreicht werden, dass das Material bei der Herstellung derart fließt, dass ein spitzerer Zahnkopf 6 ausgebildet werden kann. Je spitzer der Zahnkopf 6 desto geringer ist ein Risiko für eine Zahn-auf-Zahn- Stellung bei der Montage der Stirnverzahnung 1 mit einer entsprechenden Gegenverzahnung. In Fig. 3 ist zu erkennen, dass die Zahnprofilfläche 9 durch die Ausbildung eines spitzeren Zahnkopfs 6 höhere Zahnflanken 5 aufweist, die eine größere Kraftübertragung ermöglichen. Darüber hinaus ist zu erkennen, dass die Zahnprofilfläche 9 gegenüber der axialen Richtung eine Neigung von etwa 5° bis 10° aufweisen. Alternativ kann die Zahnprofilfläche 9 auch eine Neigung von im Wesentlichen 0° und/oder bis zu 25° aufweisen. Darüber hinaus weist die Zahnprofilfläche 9 einen Hauptprägeradius 17 (siehe Fig. 4) auf, der sich in radialer Richtung erstreckt. Dadurch weist die Zahnprofilfläche 9 eine, insbesondere konvexe, Verrundung auf, die in der radialen Richtung vorsteht.
Fig. 4 zeigt eine beispielhafte schematische Darstellung eines Werkzeugs 10 in einer perspektivischen Darstellung. Das Werkzeug 10 dient zur Herstellung der Stirnverzahnung 1 mittels Taumelnieten. Es ist zu erkennen, dass das Werkzeug 10 ebenfalls mehrere Zähne 11 aufweist, die in Umfangsrichtung durch Zahnlücken 12 zueinander beabstandet auf einer Stirnfläche des Werkzeugs 10 angeordnet sind. Die Zähne 11 und die Zahnlücken 12 in ihrer Gesamtheit können auch als Verzahnung 13 des Werkzeugs 10 bezeichnet werden.
Die Zahnlücken 12 des Werkzeugs 10 dienen als Form zur Ausbildung der Zähne 2 der Stirnverzahnung 1. Radial außenliegend weist das Werkzeug 10 einen Werkzeugrand 14 auf, der die Verzahnung 13 in Umfangsrichtung radial außenliegend umgibt. Der Werkzeugrand 14 weist in axialer Richtung eine Tiefe t auf, die sich bis zu einer Zahnfußausprägung erstreckt. Die Zahnfußausprägung beschreibt dabei eine Grenze in den Zahnlücken 12 des Werkzeugs 10, die zur Ausbildung der Zahnfüße 7 der Zähne 2 der Stirnverzahnung 1 dienen.
Der Werkzeugrand 10 schließt das Werkzeug 10 in radialer Richtung entlang der Umfangsrichtung vollständig und begrenzt somit bei der Herstellung der Stirnverzahnung 1 einen Materialfluss in radialer Richtung. Der Werkzeugrand 14 stellt somit einen großen Widerstand für das während der Herstellung fließende Material dar. Da der Materialfluss dem Gesetz des geringsten Widerstandes folgt, fließt das Material, nachdem es radial außen in Kontakt mit dem Werkzeugrand 14 gekommen ist, in die Umfangsrichtung und/oder die Höhenrichtung der jeweiligen Zahnlücke 12, wodurch ein Zahn 2 der Stirnverzahnung 1 in jeder Zahnlücke 12 ausgebildet wird. In den Zahnlücken 12 ausgebildete Prägeradien 15 sind derart ausgebildet, dass bei der Herstellung die Prägeradien 8, die den Übergang zwischen der Zahnprofilfläche 9 und den Zahnflanken 5 bilden, ausgeformt werden. Die Prägeradien 15 weisen insbesondere einen solchen Radius auf, dass ein Widerstand für den Materialfluss bei der Herstellung reduziert ist, und das Material somit - nach dem Gesetz des geringsten Widerstandes - in Umfangsrichtung in die Prägeradien 12 des Werkzeugs 10 fließt. Dadurch kann sich, insbesondere durch eine entsprechend hohe Kraft, mit der das Werkzeug 10 während der Herstellung der Stirnverzahnung 1 auf das zu prägende Material gedrückt bzw. gewälzt wird, ein Materialfluss in Richtung eine Zahnkopfform 16 verbessert werden. Dadurch ist es möglich, die Zahnkopfausprägung bei der Herstellung zu verbessern. Das bedeutet, dass der Zahnkopf 6 der Stirnverzahnung 1, wie bereits vorstehend beschrieben, spitzer zuläuft, da das Material weiter in die Zahnkopfform 16 der Zahnlücke 12 des Werkzeugs 10 hineinfließt. Dadurch kann das Risiko der Zahn-auf-Zahn-Stellung bei der Montage der Stirnverzahnung 1 mit einer entsprechenden Gegenverzahnung reduziert werden. Darüber hinaus weisen die Zähne 2 größere bzw. höhere Zahnflanken 5 auf, die im Betrieb in Eingriff mit einer entsprechenden Gegenverzahnung (nicht dargestellt) eine verbesserte Kraftübertragung ermöglichen.
Bezugszeichenliste
1 Stirnverzahnung
2 Zahn
3 Zahnlücke
4 Zahnprofil
5 Zahnflanke
6 Zahnkopf
7 Zahnfuß
8 Prägeradius
9 Zahnprofilfläche
10 Werkzeug
11 Zahn
12 Zahnlücke
13 Verzahnung
14 Werkzeugrand
15 Prägeradius
16 Zahnkopfform
17 Hauptprägeradius
X Rotationsachse
R radiale Richtung t Tiefe

Claims

Ansprüche Stirnverzahnung (1), insbesondere für eine Radlageranordnung, aufweisend: mehrere Zähne (2), die stirnseitig und in Umfangsrichtung benachbart zueinander angeordnet sind, und sich in radialer Richtung (R) erstrecken, und dazu eingerichtet sind, axial in Zähne einer Gegenverzahnung zu greifen, wobei jeder der Zähne (2) zumindest Zahnflanken (5) und einen Zahnkopf (6) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Übergang von den Zahnflanken (5) zu einer in radialer Richtung (R) außen angeordneten Zahnprofilfläche (9) Prägeradien (8) aufweist. Stirnverzahnung (1) nach Anspruch 1 , wobei die Prägeradien (8) und die Zahnprofilfläche (9) tangential ineinander übergehen und/oder die Prägeradien (8) und die Zahnflanken (5) tangential ineinander übergehen. Stirnverzahnung (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die in radialer Richtung (R) außen angeordneten Zahnprofilflächen (9) im Wesentlichen eine Neigung in axialer Richtung (X) zwischen 0° und 25° aufweisen. Stirnverzahnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die in radialer Richtung (R) außen angeordneten Zahnprofilflächen (9) jeweils einen Hauptprägeradius (17) aufweisen, der sich in radialer Richtung (R) erstreckt. Stirnverzahnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Zahnkopf (6) einen Zahnkopfradius aufweist, der zwischen etwa 0,5 mm und etwa 5 mm beträgt. Verwendung zumindest einer Stirnverzahnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 in einer Radlageranordnung zur drehfesten Verbindung einer Radlagernabe mit einer Gelenkglocke. Werkzeug (10) zur Herstellung einer Stirnverzahnung (1), aufweisend: eine Gegenverzahnung (13) aufweisend mehrere Zähne (11), die stirnseitig und in Umfangsrichtung benachbart zueinander angeordnet sind, und sich in radialer Richtung (R) erstrecken, wobei zwei zueinander benachbart angeordnete Zähne (11) jeweils durch eine Zahnlücke (12) zueinander beabstandet sind, dadurch gekennzeichnet, dass ein Übergang von Zahnflanken der Zahnlücken (12) zu einer in radialer Richtung (R) außen angeordneten Zahnprofilfläche Prägeradien (15) aufweist, und einen umlaufenden Werkzeugrand (14) aufweist, der die Gegenverzahnung (13) umgibt. Werkzeug (10) nach Anspruch 7, wobei sich der Werkzeugrand (14) zumindest bis auf eine Tiefe (t) einer Zahnfußausprägung der Zahnlücken (12) erstreckt. Verwendung eines Werkzeugs (10) nach einem der Ansprüche 7 oder 8 zur Herstellung einer Stirnverzahnung (1) an einer Radlagernabe mittels Taumelnieten.
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