(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸方向で方向付けられた回転軸線（１０）周りのトルクを伝達するためのカップリングエレメント（３）であって、
前記回転軸線（１０）周りの回転方向で延在する端面歯列（１１）を備え、
該端面歯列（１１）が複数の歯（１５）を有しており、各々の歯（１５）が回転方向に沿った縦断面で見て略三角形に形成されて、２つの歯フランク（１７）が形成されており、該歯フランク（１７）が歯頂部領域（１６）で終端している形式のものにおいて、
前記歯フランクの少なくとも１つが前記縦断面で見て仮想の直線状の基準歯フランク（２０ａ，ｂ）に対して曲面状に形成されており、
前記歯フランク（１７）の曲面は、前記端面歯列（１１）を相手側歯列（１４）と軸方向で締め付けた後に、直線状の歯フランク（２０ａ，ｂ）を備える端面歯列に比較してより均等な支持が達成されるように寸法設定されており、
前記縦断面で見て前記曲面の中点が前記歯フランク（１７）の中央にかつ／又は中心に配置されていることを特徴とする、カップリングエレメント。
【請求項２】
前記歯フランク（１７）が前記縦断面で見て前記基準歯フランク（２０ａ，ｂ）に対して、少なくとも０．００５ｍｍかつ／又は最大０．９ｍｍの最大偏差を有する、請求項１記載のカップリングエレメント。
【請求項３】
前記縦断面で見て１つの歯の前記基準歯フランク（２０ａ，ｂ）が仮想の延長線上において１つの三角形（１９）を形成し、隣り合う歯の三角形が間断なく互いに並んでいる、請求項１又は２記載のカップリングエレメント。
【請求項４】
前記縦断面で見て前記基準歯フランク（２０ａ，ｂ）に対する前記歯フランク（１７）の最大偏差と、三角形幅（Ｂ）との間の比が、少なくとも０．００５：５である、かつ／又は最大０．９：５である、請求項３記載のカップリングエレメント。
【請求項５】
歯先円直径と歯フランクとの間の移行部が丸み付けられている、請求項１から４までのいずれか１項記載のカップリングエレメント。
【請求項６】
丸み付けられた頂部領域（１６）が三角形高さ（Ｈ）及び／又は歯長さの少なくとも２０％にわたって延在している、請求項４記載のカップリングエレメント。
【請求項７】
ハブエレメントとして形成されている、請求項１から６までのいずれか１項記載のカップリングエレメント。
【請求項８】
前記ハブエレメント（３）がホイールフランジ（６）及び／又は内輪転動軌道（７）と一体的なエレメントとして形成されている、請求項７記載のカップリングエレメント。
【請求項９】
駆動ユニット（１）であって、請求項７又は８記載のハブエレメント（３）と、以下ではまとめてジョイント軸と呼ぶ、ジョイント軸（２）又は該ジョイント軸に結合される中間エレメントとを備える形式のものにおいて、前記ジョイント軸（２）が相手側端面歯列（１４）を備え、該相手側端面歯列（１４）が組み立てられた状態において前記ハブエレメント（３）の端面歯列（１１）と噛み合い、相対回動不能な結合を形成することを特徴とする、駆動ユニット。
【請求項１０】
前記相手側端面歯列（１４）が直線状の歯フランクを備える、請求項９記載の駆動ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軸方向で方向付けられた回転軸線周りのトルクを伝達するためのカップリングエレメントであって、複数の歯を備える端面歯列を備え、各々の歯が回転方向に沿った縦断面で見て略三角形に形成されて、２つの歯フランクが形成されており、該歯フランクが歯頂部領域で終端している形式のものに関する。さらに本発明は、カップリングエレメントを備える駆動ユニットに関する。
【０００２】
トルクを伝達するために、例えば自動車の駆動されるホイールにおいてジョイント軸とハブとの間でトルクを伝達するために、ジョイント軸あるいは適当な中間部材とハブとを相対回動不能に互いに連結することが必要である。
【０００３】
相対回動不能な連結は、一般に、半径方向歯列、つまり、歯が半径方向内方あるいは外方に方向付けられている歯列によってなされる。ジョイント軸の半径方向の歯列は、ハブの半径方向の相手側歯列に係合する。組み立て時、ジョイント軸及びハブは、互いに差し合わされて、軸方向で締め付けられる。しかし、トルクを伝達するための半径方向歯列においては、ハブあるいはホイールフランジとジョイント軸との間に、歯列間の遊びに基づいて、機能性又は快適性についての問題が運転中に生じることが判っている。
【０００４】
ジョイント軸あるいは中間部材及びハブの歯列に関する別のコンセプトは、最も近似した背景技術を形成する刊行物としてのドイツ連邦共和国特許出願公開第１０２００５００９９３９号明細書において、駆動可能なホイールハブのための端面歯列の形態で開示されている。半径方向歯列の代わりに、この刊行物においては、端面歯列が提案されている。端面歯列は、一方ではホイールハブに形成され、他方では相手側歯列としてジョイント軸に形成されている。組み立ての際、ジョイント軸及びホイールハブは、互いに軸方向で締め付けられるので、形状摩擦力結合（Ｆｏｒｍ−Ｋｒａｆｔｓｃｈｌｕｓｓ：形状及び摩擦力による束縛）がこれらの部品間に形成される。
【０００５】
本発明の課題は、優れた機能上の利点を有する、端面歯列を備えるトルクを伝達するためのカップリングエレメントを提案することである。
【０００６】
この課題は、請求項１記載の特徴を備えるカップリングエレメント、すなわち、軸方向で方向付けられた回転軸線周りのトルクを伝達するためのカップリングエレメントであって、前記回転軸線周りの回転方向で延在する端面歯列を備え、該端面歯列が複数の歯を有しており、各々の歯が回転方向に沿った縦断面で見て略三角形に形成されて、２つの歯フランクが形成されており、該歯フランクが歯頂部領域で終端している形式のものにおいて、前記歯フランクの少なくとも１つが前記縦断面で見て仮想の直線状の基準歯フランクに対して曲面状に形成されていることを特徴とするカップリングエレメントによって、かつ請求項１１記載の特徴を備える駆動ユニット、すなわち、駆動ユニットであって、請求項９又は１０記載のハブエレメントと、以下ではまとめてジョイント軸と呼ぶ、ジョイント軸又は該ジョイント軸に結合される中間エレメントとを備える形式のものにおいて、前記ジョイント軸が相手側端面歯列を備え、該相手側端面歯列が組み立てられた状態において前記ハブエレメントの端面歯列と噛み合い、相対回動不能な結合を形成することを特徴とする駆動ユニットによって解決される。本発明の有利な又は好ましい態様は、従属請求項、後述の説明及び添付の図面から看取される。好ましくは、前記曲面は、前記端面歯列を相手側歯列と軸方向で締め付けた後に、前記歯フランクの均等な支持及び／又は直線状の歯フランクを備える端面歯列に比較してより均等な支持が達成されるように寸法設定されている。好ましくは、前記縦断面で見て前記曲面の中点が前記歯フランクの中央にかつ／又は中心に配置されている。本発明に係るカップリングエレメントにおいて、好ましくは、前記歯フランクが前記縦断面で見て前記基準歯フランクに対して、少なくとも０．００５ｍｍ、有利には少なくとも０．１ｍｍ、特に少なくとも０．３ｍｍ、かつ／又は最大０．９ｍｍ、有利には最大０．５ｍｍ、特に最大０．３ｍｍの最大偏差を有する。好ましくは、前記縦断面で見て１つの歯の前記基準歯フランクが仮想の延長線上において１つの三角形を形成し、隣り合う歯の三角形が間断なく互いに並んでいる。好ましくは、前記縦断面で見て前記基準歯フランクに対する前記歯フランクの最大偏差と、三角形幅との間の比が、少なくとも０．００５：５、有利には少なくとも０．１：５、特に少なくとも０．３：５である、かつ／又は最大０．９：５、有利には最大０．５：５、特に最大０．３：５である。好ましくは、歯先円直径と歯フランクとの間の移行部が丸み付けられている、有利には０．１〜３ｍｍの半径を有して丸み付けられている。好ましくは、前記丸み付けられた頂部領域が三角形高さ及び／又は歯長さの少なくとも２０％にわたって延在している。好ましくは、当該カップリングエレメントがハブエレメントとして形成されている。好ましくは、前記ハブエレメントがホイールフランジ及び／又は内輪転動軌道と一体的なエレメントとして、特にホイール軸受ユニットとして形成されている。また、駆動ユニットにおいて、好ましくは、前記相手側端面歯列が直線状の歯フランクを備える。
【０００７】
本発明では、軸方向で方向付けられた回転軸線周りのトルクを伝達するためのカップリングエレメントが提案される。このカップリングエレメントは、任意の中間エレメント又は終端エレメントとして運動学的な連鎖の中に形成されていてよい。有利には、カップリングエレメントは、ハブ、特にホイールハブとしてかつ／又は固定式ジョイント（Ｆｅｓｔｇｅｌｅｎｋ）又は可動式ジョイントもしくはしゅう動式ジョイント（Ｌｏｓｇｅｌｅｎｋ）として実現されている。
【０００８】
カップリングエレメントは、任意の形式でカップリングエレメントに固定されていてよい端面歯列、有利にはカップリングエレメントに一体的に作り付けられているあるいは作り込まれている端面歯列を有する。端面歯列は、回転軸線周りの回転方向で配置されており、有利には、回転軸線に対して垂直な半径方向平面内に、回転軸線に対して同心的な配列で延在している。しかし、改変された態様では、端面歯列は、回転軸線に対して斜角に配置されている面を形成してもよい。
【０００９】
端面歯列は複数の歯を示し、各々の歯は縦断面で見て、特に回転方向に沿った展開図で見て略三角形に、あるいは三角形に似た形状に形成されている。この三角形の辺は、歯の頂部領域あるいは歯先領域において交わる歯フランクあるいは歯面によって形成されている。「略三角形（ｄｒｅｉｅｃｋｓａｅｈｎｌｉｃｈ）」という概念の意味は、本明細書においては有利には、１つの歯の２つの歯フランクが１つの歯頂部領域において合流することに尽きる。
【００１０】
本発明では、歯フランクの少なくとも一方、有利には両方を、上述の回転方向の縦断面で見て仮想の直線状の基準歯面と比較して曲面に形成することを提案する。
【００１１】
本発明に係るカップリングエレメントのこの態様は、カップリングエレメントを、相手側歯列を備える相手側エレメントと軸方向で締め付けた後に、歯フランクの均等な支持、特に歯フランクの延在面内における均等化された圧力分布を伴う歯フランクの均等な支持が達成されるという作用効果を奏する。特に、この作用効果は、直線状の歯フランクを備える端面歯列との対比で実現される。直線状の歯フランクを備える端面歯列の場合、歯列と相手側歯列との間の多数の可能な接触点に基づいて、歯列と相手側歯列との間の接触は幾何学的に過剰規定（ｕｅｂｅｒｂｅｓｔｉｍｍｔ）されている。歯フランクの、本発明により提案される特に軽微な曲面は、曲面状の領域におけるより強く張り出した接触点が塑性変形又は弾性変形によっておちこめられるように、相手側歯列上での歯列のなじみあるいはへたりを可能にする。その結果、歯列は均等に多数の接触点を介して相手側歯列に載置される。これにより、歯列の輪郭は、なじみプロセスによって、互いに適応する。
【００１２】
有利な態様では、上述の縦断面で見て、前記曲面が対称的又は略対称的に形成されている。その結果、曲面の中点は、歯フランク上の中央の領域にある。特に有利には、歯フランクは半径方向の延在方向において、曲面の中点が、カップリングエレメントの回転軸線を通る直線を規定する一本の線上に並ぶように形成されている。特に、中点は、回転軸線に対して垂直な半径方向平面上にある。
【００１３】
本発明の有利な態様、特にホイール軸受ユニットの形態での本発明の有利な態様は、実際の歯フランクが、上述の縦断面で見て、直線状の基準歯フランクに対して、少なくとも０．００５ｍｍ又は０．０１ｍｍ、有利には少なくとも０．１ｍｍ、及び最大０．９ｍｍ、有利には最大０．５ｍｍ、特に最大０．３ｍｍの最大偏差の分だけ逸脱している。端面歯列の領域において約３０〜１００ｍｍの直径を有する一般的なカップリングエレメントのためのこの寸法設定時、この付加的な材料は、均等化された負荷分布の所望の効果を達成するために十分である。
【００１４】
端面歯列の歯の幾何学形状についてやや抽象的に描写すると、各々の歯は三角形に書き換えられる。仮想の延長線上において、隣り合う歯あるいは三角形の辺は交わる。その結果、隣り合う歯の三角形は間断なく互いに並んでいる。有利には、すべての三角形あるいは歯は、同一に形成されている。
【００１５】
この抽象的な描写において、直線状の基準歯フランクに対する、歯フランクの、上で規定した最大偏差を、選択的に、三角形の高さあるいは三角形の幅に基づいて描写することができる。三角形の高さは、歯の高さと関係があり、三角形の幅は、回転方向での歯の幅を表す。
【００１６】
有利には、カップリングエレメントは、より一般的な規定によれば、縦断面で見た基準歯フランクに対する歯フランクの最大偏差と、三角形の高さとの間の比が、少なくとも０．００５：５、有利には少なくとも０．１：５、特に少なくとも０．３：５、及び／又は最大０．９：５、有利には最大０．５：５、特に最大０．３：５であるように構成されている。
【００１７】
これに対して択一的に、又は補足的に、縦断面で見た基準歯フランクに対する歯フランクの最大偏差と、三角形の幅との間の比は、少なくとも０．００５：５、有利には少なくとも０．１：５、特に少なくとも０．３：５、及び／又は最大０．９：５、有利には最大０．５：５、特に最大０．３：５であってよい。
【００１８】
本発明の有利な態様では、歯は、歯頂部領域が丸み付けられて形成されている、より具体的に言えば有利には０．１ｍｍ〜３ｍｍの半径を備えて丸み付けられて形成されているように形成される。補足すれば、この丸み付けられた頂部領域は、三角形の高さ及び／又は半径方向での歯の長さの少なくとも２０％にわたって延在する。この丸み付けは、それぞれ対応する歯が組み立ての際に引っ掛かることがないので、端面歯列を相手側歯列と簡単に組み合わせることを可能にする。半径方向での歯の長さは、例えば約１０ｍｍである。典型的な歯の開き角は、有利には４０°〜６０°、特に５５°である。歯間の歯みぞは、有利にはやはり丸み付けられて形成されている。この歯みぞの丸み付けは、組み合わされた状態において、自由な中間スペースが、相手側歯列の歯頂部領域と、端面歯列の歯みぞの底との間に残されるように寸法設定されている。
【００１９】
有利な態様では、カップリングエレメントが、ハブエレメント、例えば自動車の駆動されるホイールにおいて駆動トルクを自動車のホイールに伝達するために設けられているハブエレメントとして形成されている。
【００２０】
本発明の特に有利な態様では、ハブエレメントが、組み込まれた構成部分として一体形成されるホイールフランジ及び／又は一体形成されるブレーキディスクあるいはブレーキディスクフランジを備える一体的な又は単一材料からなるエレメントとして形成されている。選択的に、又は補足的には、ハブエレメントあるいは組み込まれた構成部分は、ホイール軸受の転動体が転動する内輪として実現されている、かつ／又はこの種の内輪のための支持領域を有する。特に、カップリングエレメントは、ホイール軸受ユニットとして形成されている。
【００２１】
本発明の別の対象は、先行する請求項のいずれか１項記載のハブエレメント又は前述したようなハブエレメントと、ジョイント軸又はこのジョイント軸に連結される中間エレメント（以下ではまとめてジョイント軸と呼ぶ）とを備え、ジョイント軸が相手側端面歯列を備え、この相手側端面歯列が組み立てられた状態においてハブエレメントの端面歯列と噛み合い、相対回動不能な結合を形成する、駆動ユニットに関する。ジョイント軸の係合する端部区分は、有利にはジョイントハウジングとして形成されている。
【００２２】
端面歯列の本発明に係る形態によって、既に上述したように、端面歯列と相手側端面歯列とが、均等な圧力分布を伴って互いに噛み合うことが達成される。
【００２３】
原理的には、相手側端面歯列を端面歯列と同様に曲面状のフランク輪郭を備えて形成してもよい。しかし、安価な、それゆえに有利な態様では、相手側端面歯列が直線状の歯フランクを有する。改善された圧力分布は、ハブエレメントの端面歯列の曲面によってのみ達成される。さらに、特に本発明の第１の対象にのみ係るものではないが、別の態様では、曲面状のフランク輪郭が相手側歯列に配置され、直線状のフランク輪郭がカップリングエレメントの端面歯列又は本発明の別の対象に係る駆動ユニットの端面歯列に配置されている。
【００２４】
本発明のその他の特徴、利点及び作用効果は、有利な実施の形態の後述の説明から看取される。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の一実施の形態としての駆動ユニットの概略断面図である。
【図２】図１に示した駆動ユニットの端面歯列の回転方向に沿った概略縦断面図である。
【００２６】
図１は、本発明の一実施の形態としての駆動ユニット１の概略断面図である。駆動ユニット１は、例えば自動車においてホイールを駆動するために使用される。
【００２７】
駆動ユニットは、鐘形のジョイントハウジング（Ｇｅｌｅｎｋｇｌｏｃｋｅ）２と、ハブユニット３とを備える。ジョイントハウジング２及びハブユニット３は、軸方向歯列４を介して、軸方向で中央ねじ５を介して６０ｋＮ〜２００ｋＮの力、有利には９０ｋＮ〜１２０ｋＮの力で互いに係入及び係合するように締め合わされていることによって、互いに相対回動不能に結合されている。
【００２８】
ハブユニット３は、一体的な、高度に統合されたホイール軸受構成ユニットとして形成されている。ハブユニット３は、ブレーキディスク又はリムのための一体的に形成されるフランジ６と、ホイール軸受８の第１の玉列のための内輪転動軌道７とを備える。
【００２９】
互いに締め合わされた構成群、すなわちハブユニット３及びジョイントハウジング２は、ホイール軸受８を介して、車両側固定のフランジ９に対して相対的に回転軸線１０を中心に回転可能に支承されている。
【００３０】
軸方向歯列４の領域に、ハブユニット３は端面歯列（Ｓｔｉｒｎｖｅｒｚａｈｎｕｎｇ）１１を有する。端面歯列１１は、例えば変形加工プロセス又は除去加工プロセス、特に切削加工プロセスによってハブユニット３に設けられている。より具体的に言えば、端面歯列１１は、ハブユニット３の自由端領域に形成されている。端面歯列１１は、半径方向外側に折り返されたカラー１２又は鍔として形成されている。カラー１２又は鍔は、半径方向で延在している。カラー１２の、端面歯列１１とは反対側の端面には、環状に延びる切欠きがハブユニット３内に設けられている。この切欠き内には、ホイール軸受８の第２の玉列のための内輪１３が装入されている。これにより、カラー１２は軸方向で、装入された内輪１３を介してハブユニット３に支持されている。
【００３１】
端面歯列１１は、例えば変形加工プロセスを介してジョイントハウジング２内に形成されている相手側歯列１４と噛み合う。軸方向歯列４は、回転軸線１０に対して同心的に配置されており、回転軸線１０に対して垂直に方向付けられた半径方向平面内を延在する。軸方向歯列４の外径は、約３０ｍｍ〜１００ｍｍである。
【００３２】
図２は、軸方向歯列４の半径方向外側の領域における、回転軸線１０（図１）周りの回転方向での端面歯列１１の部分展開図である。
【００３３】
図２に示した部分は、端面歯列１１の３つの歯１５を示している。歯１５の形状は、半径方向で、あるいは半径方向の列において、不変であるか、又は実質的に不変であるが、歯１２の寸法又は大きさは、この方向で減少するように形成されている。
【００３４】
有利には、端面歯列１１は、いわゆるハース歯列あるいはハースカップリング（Ｈｉｒｔｈ−Ｖｅｒｚａｈｎｕｎｇ）として実現されている。端面歯列１１の歯は、理想形状においては、端面歯列１１の半径方向で延びる幾何学的な線が中央において回転軸線１０上の１つの共通の点で交わり、歯１５がこれにより半径方向で回転軸線１０に向かって延在するように楔形に形成されている。
【００３５】
本発明の実形状においては、歯１５は、半径Ｒ＝０．１ｍｍ〜３．０ｍｍを有する丸み付けられた頂部領域１６と、フランク領域１７と、やはり丸み付けられたみぞ領域１８とにより形成される。頂部領域１６及びみぞ領域１８は、端面歯列１１を具体化する際、回転軸線１０に対して半径方向で縦断面で見て不変に形成されており、かつフランク領域１７は、回転軸線１０に向かって半径方向で、フランク高さを減じる。図２に示した半径方向外側の領域において、頂部領域１６は、１つの歯１５の全高Ｈの約２０％を占める。半径方向の延在に関して、頂部領域１６の丸み付けは、歯の長さの少なくとも約２０％にわたって形成されている。丸み付けの形成は、歯の全長にわたって延在しているか、又は歯の長さの最大で６０％、特に最大で４０％にわたって延在している。
【００３６】
破線によって図２には三角形１９が記入されている。これらの三角形１９は、それぞれ、歯１５に適合されている。これにより、三角形１０は、歯の高さＨ、歯の幅Ｂ並びに２つの基準歯フランク２０ａ及び２０ｂを規定する。１つの歯１５の幅Ｂは、約４ｍｍであり、高さＨは、約３ｍｍである。図２において、特に中央の歯１５の図示から良好に看取されるように、フランク領域１７は、基準歯フランク２０ａに対して曲面状あるいはクラウンをつけられた形状（ｂａｌｌｉｇ）に形成されている。基準歯フランクとフランク領域１７との間の図示の縦断面における最大の差は、０．００５ｍｍ〜０．９０ｍｍである。特に、フランク領域１７の各々が、この種の曲面あるいはふくらみを有する。曲面の中点Ｍは、フランク領域１７において略中央に配置されており、半径方向の延在に関して、回転軸線１０に対して垂直な半径方向平面内に配置されているかつ／又は回転軸線１０に交わる中点線が形成される。
【００３７】
ハブユニット３をジョイントハウジング２と組み合わせる際、端面歯列１１と相手側歯列１４とは、まず過剰に規定されて（ｕｅｂｅｒｄｅｆｉｎｉｅｒｔ）互いに当て付けられて位置する。その結果、多数の接触点あるいは接触線が、端面歯列１１と相手側歯列１４との間に形成される。
【００３８】
ハブユニット３をジョイントハウジング２と軸方向で締め付けると、端面歯列１１及び相手側歯列１４は、まず、半径方向で方向付けられた接触線が歯列間に生じるように互いに圧着される。しかし、この接触線も当初過剰に規定されたものであり、端面歯列１１のすべての歯１５が、相手側歯列１４の各々の歯とこのような接触線を形成するわけではない。
【００３９】
軸方向の力を高めることによって、かつ部分的に塑性的かつ部分的に弾性的な変形によって、既に生じた接触線は、接触面に変化し、同時に、端面歯列１１及び相手側歯列１４のこれまで接触していなかった歯間に接触線あるいは接触面が形成される。
【００４０】
理想的には、端面歯列１１及び相手側歯列１４のなじみプロセス（Ｓｅｔｚｖｏｒｇａｎｇ）の後、端面歯列１１の歯１５のすべてのフランク１７は、相手側歯列１４の対応する相手側フランクと接触する。
【００４１】
したがって、結果として生じる構成群、すなわちハブユニット３及びジョイントハウジング２は、回転軸線１０周りのトルクを多数の接触点、接触線及び接触面を介して伝達する。その結果、軸方向歯列４の領域におけるハブユニット３あるいはジョイントハウジング２の局所的な過負荷が防止され、ひいてはこの領域における早期の磨耗が防止される。
【符号の説明】
【００４２】
１  駆動ユニット
２  ジョイントハウジング
３  ハブユニット
４  軸方向歯列
５  中央ねじ
６  ホイールフランジ
７  内輪転動軌道
８  ホイール軸受
９  フランジ
１０  回転軸線
１１  端面歯列
１２  カラー
１３  内輪
１４  相手側歯列
１５  歯
１６  丸み付けられた頂部領域
１７  フランク領域
１８  みぞ領域
１９  三角形
２０ａ，２０ｂ  基準歯フランク
【図１】
0005523329.tif 000002
【図２】
0005523329.tif 000003