DE19842642C2 - Keilverzahnte Nabe für eine Dämpferscheibenanordnung - Google Patents
Keilverzahnte Nabe für eine DämpferscheibenanordnungInfo
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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.
Derartige Reibungskupplungen sind z. B. aus der GB 2 184 517
oder der DE 35 42 847 bekannt.
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, d. h. Flanke 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 Kupplungsscheibenanordnung
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 Umfangsseiten
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 Oberfläche,
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.
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 zusätzlicher
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 1 dieses Ausführungsbei
spiels vergleicht.
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 Keilverzahnung
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 (10)
1. Keilnabe (1), welche an einer Dämpferscheibenanordnung (30)
befestigbar ist, die Drehmoment zwischen einem Eingangsro
tationskörper (31) und einem Ausgangsrotationskörper (32)
überträgt, mit:
- - einem Flanschbereich (3), welcher mit einem Eingangssei tenelement der Dämpferscheibenanordnung (30) verbindbar ist, wobei der Eingangsrotationskörper (31) Drehmoment auf das Eingangsseitenelement überträgt, wobei der Flanschbereich (3) ein inneres Umfangsende und ein äuße res Umfangsende aufweist; und
- - einem Nabenbereich (2), welcher fest mit dem inneren Um fangsende des Flanschbereichs (3) verbunden ist, wobei der Nabenbereich (2) eine Öffnung mit einer inneren Um fangsfläche aufweist, welche mehrere Keilnuten (20) bil det, wobei die Keilnuten (20) Zähne mit einem Bodenbe reich (22), einem Kopfbereich (21) und ersten und zwei ten Flanken (23, 24), welche zwischen dem Bodenbereich (22) und dem Kopfbereich (21) angeordnet sind, festle gen, wobei die Keilnuten (20) mit dem Ausgangsrotations körper (32) in keilverzahnten Eingriff bringbar sind, und die Keilnuten (20) eine gehärtete Schicht (20b) auf weisen, welche nur teilweise auf der inneren Um fangsfläche gebildet ist.
2. Keilrabe (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 voneinander beabstandet
sind, wobei, dazwischen ein ungehärteter Bereich liegt.
3. Keilnabe (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich
net, 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 einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge
kennzeichnet, dass die gehärtete Schicht (20b) mittels
Hochfrequenzhärten gebildet ist.
5. Keilnabe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge
kennzeichnet, dass die gehärtete Schicht (20b) konti
nuierlich in Umfangsrichtung gebildet ist.
6. Keilnabe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge
kennzeichnet, 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% Koh
lenstoff enthält, hergestellt ist.
7. Keilnabe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn
zeichnet, dass Art und Ausmaß der gehärteten Schicht derart sind, daß
Kopfdurchmesser (21) und Bodendurchmesser (22) der Keilnabe
(1),
sich durch das Härten um
nicht mehr als 0,2% verändern.
8. Keilnabe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge
kennzeichnet, dass die gehärtete Schicht (20b) mittels La
serhärten gebildet ist.
9. Keilnabe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch ge
kennzeichnet, dass die Tiefe der gehärteten Schicht (20b)
am Bodenbereich (22) der Keilnabe (1) größer als 3 µm ist.
10. Keilnabe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch ge
kennzeichnet, dass die gehärtete Schicht (20b) auf der er
sten Flanke der Zähne gebildet ist, wobei die erste Flanke
(23) zwischen dem Bodenbereich (22) und dem Kopfbereich
(21) zur Übertragung von Drehmoment im positiven Drehsinn
angeordnet ist.
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