DE102009032347A1

DE102009032347A1 - Drehmomentübertragungseinrichtung

Info

Publication number: DE102009032347A1
Application number: DE102009032347A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dr. Reik; Michael Metz
Original assignee: LuK Lamellen und Kupplungsbau Beteiligungs KG; LuK Lamellen und Kupplungsbau GmbH
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2008-07-28
Filing date: 2009-07-09
Publication date: 2010-02-04

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Drehmomentübertragungseinrichtung mit einem von einer Brennkraftmaschine angetriebenen Antriebsbauteil und einem von diesem angetriebenen Abtriebsbauteil, wobei zwischen Antriebsbauteil und Abtriebsbauteil eine Steckverbindung vorgesehen ist, die einen Formschluss zwischen An- und Abtriebsbauteil herstellt, die während der Montage durch Verbindung von An- und Abtriebsbauteil hergestellt wird. Es wird vorgeschlagen, seriell zur Begrenzung des über die Steckverbindung übertragenen Drehmoments eine Rutschkupplung zwischen An- und Abtriebsbauteil vorzusehen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Drehmomentübertragungseinrichtung mit einem von einer Brennkraftmaschine drehangetriebenen Antriebsbauteil und einem von diesem angetriebenen Abtriebsbauteil und einer dazwischen angeordneten Steckverbindung.
Drehmomentübertragungseinrichtungen, beispielsweise Doppelkupplungen mit einem Drehschwingungsdämpfer, mit einem Antriebsbauteil und einem Abtriebsbauteil und einer dazwischen angeordneten Steckverbindung sind aus der DE 10 2005 049 433 A1 bekannt. Derartige Steckverbindungen werden eingesetzt, wenn ein Aggregat wie beispielsweise ein Drehschwingungsdämpfer wie Zweimassenschwungrad an der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine und ein weiteres Aggregat wie beispielsweise eine Doppelkupplung getriebeseitig aufgenommen werden. Bei der Endmontage des Antriebsstrangs werden Brennkraftmaschine und Getriebe miteinander über die Steckverzahnung verbunden.
Infolge von Toleranzabweichungen können Achsversätze und nicht koaxiale Anordnungen der Rotationsachsen von Kurbelwelle und Getriebeeingangswelle(n) resultieren, weswegen die Steckverzahnung mit Spiel ausgestaltet wird. Bei Verwendung von Steckverzahnungen aus Stahl kann dies bei Lastwechseln und infolge der Drehungleichförmigkeiten der Brennkraftmaschine zu einem wahrnehmbaren Klappern im Antriebsstrang führen. Wird dieses Klappern durch Verspannen der Steckverzahnung entgegen der Wirkung eines Energiespeichers unterbunden, erhöhen sich die Montagekräfte, da der Widerstand dieser Vorspannung überwunden werden muss.
Weiterhin können durch die Drehungleichförmigkeiten der Brennkraftmaschine an der Steckverbindung und in den nachfolgenden Bauteilen und Aggregaten des Antriebsstrangs wie einer Reibungskupplung oder einer zwei Reibungskupplungen enthaltenden Doppelkupplung oder im Getriebe unerwünschte Spitzenmomente auftreten.
Aufgabe der Erfindung ist daher, eine Drehmomentübertragungseinrichtung mit einer Steckverbindung vorzuschlagen, die eine Drehmomentübertragung im Sinne eines geräuschärmeren und gleichmäßigeren Verhaltens erlaubt.
Die Aufgabe wird durch eine Drehmomentübertragungseinrichtung mit einem von einer Brennkraftmaschine drehangetriebenen Antriebsbauteil und einem von diesem drehangetriebenen Abtriebsbauteil mit einer zwischen Antriebsbauteil und Abtriebsbauteil angeordneten in Drehrichtung einen Formschluss bildenden Steckverbindung gelöst, wobei seriell zur Steckverbindung eine Rutschkupplung zur Begrenzung eines über die Steckverbindung übertragbaren Drehmoments vorgesehen ist. Die Rutschkupplung überträgt dabei seriell zur formschlüssigen Steckverbindung über eine reibschlüssige Verbindung zwischen Antriebsbauteil und Abtriebsbauteil das anliegende Drehmoment bis zu einer vorgebbaren Höhe und rutscht bei Überschreiten eines derart vorgegebenen Maximalmoments durch. Auf diese Weise können Spitzenmomente, die sich an der Steckverzahnung geräuschbildend und/oder mechanisch schädigend an dieser oder für im Antriebsstrang nachfolgende Komponenten auswirken können, quasi gekappt werden.
Die Anordnung kann im Drehmomentfluss vor oder nach der Steckverbindung angeordnet werden, zum Schutz der Steckverbindung hat es sich jedoch aus zuvor genannten Gründen als vorteilhaft erwiesen, wenn die Rutschkupplung vor der Steckverzahnung, beispielsweise zwischen einem die Steckverbindung antriebsseitig bildenden Bauteil und dem Antriebsbauteil ausgebildet ist. Zumindest ein Bauteil der Rutschkupplung kann dabei aus einem Kunststoffbauteil gebildet sein, das infolge seines höheren Reibkoeffizienten auf Stahl als Kunststoff-/Stahl-Reibpaarung ausreichend Drehmoment übertragen kann. Besonders vorteilhaft ist dabei ein Kunststoffbauteil, das zugleich Bestandteil der Steckverzahnung und der Rutschkupplung ist. Auf diese Weise kann einerseits eine Kunststoff-/Stahl-Reibpaarung für die Rutschkupplung und andererseits ein Profil aus Kunststoff für die Steckverbindung vorgesehen werden, das in Verbindung mit einem Gegenprofil, beispielsweise aus Stahl, eine geräuscharme Steckverbindung ausbildet, die allein wegen der geräuschdämpfenden Eigenschaften des Kunststoffs schon ein Klappern der Steckverzahnung vermindern oder ausschalten kann. Es versteht sich, dass in Ausführungsbeispielen mit einer auf diese Weise ausreichenden Geräuschminimierung gegebenenfalls auf die Rutschkupplung verzichtet werden kann.
In einer vorteilhaften Ausführung kann ein Kunststoffbauteil zur Bildung der Rutschkupplung eine an dessen Außenumfang vorgesehene, konisch ausgebildete Reibfläche aufweisen, die in Reibeingriff mit einer am Innenumfang des Antriebsbauteils komplementär ausgebildeten Gegenreibfläche tritt. Dabei können Reibfläche und Gegenreibfläche axial so gegeneinander verspannt werden, dass die konusförmigen Reibflächen gegeneinander vorgespannt werden und abhängig von einer derartigen Vorspannung ein Haltemoment eingestellt wird, das bei Erreichen des Spitzenmoments überschritten wird, so dass die Rutschkupplung durchrutscht.
Das Kunststoffbauteil kann armiert sein. Beispielsweise kann dieses mittels üblicher Mittel wie Glasfasern, Glaskugeln oder anderer Beimengungen verstärkt sein. Alternativ oder zusätzlich kann ein Stützring in das Kunststoffbauteil eingebracht, beispielsweise eingespritzt sein. Dabei kann der Stützring eine aus dem Kunststoffbauteil auskragende Anlagefläche aufweisen, an der ein axial wirksamer Energiespeicher anliegt, der das Kunststoffbauteil gegenüber dem Antriebsbauteil verspannt. Das Stützteil kann radial innen das Profil der Steckverzahnung nachbilden, wobei zwischen dem nachgebildeten Profil und dem aus Blechbestehenden Profil des Abtriebsbauteils eine Kunststoffschicht des Kunststoffbauteils zur Geräuschdämpfung erhalten bleibt.
Zum Ausgleich von Achsversätzen zwischen Antriebsbauteil und Abtriebsbauteil ist ein Verzahnungspiel zwischen den ansonsten komplementär zueinander ausgestalteten Profilen der Steckverzahnung vorgesehen. Insbesondere ein Spiel in Umfangsrichtung kann eine nicht korrekte koaxiale Anordnung von Kurbelwelle und Getriebeeingangswelle des Getriebes ausgleichen. In vorteilhafter Weise sind die Profile als Verzahnung ausgebildet, wobei das Kunststoffbauteil die Innenverzahnung und das Abtriebsbauteil die Außenverzahnung ausweist. Die Außenverzahnung des Abtriebsbauteils kann dabei an einem axialen Ansatz des Abtriebsbauteils vorgesehen sein. Die Einbringung der Verzahnung sowie die Ausbildung der Außenverzahnung können mittels Metallumformverfahren wie Tiefziehen erfolgen. Es versteht sich, dass in weiteren Ausführungsbeispielen das Kunststoffbauteil die Außenverzahnung und das Abtriebsbauteil die Innenverzahnung aufweisen kann.
Die Steckverzahnung ist insbesondere vorgesehen, den abtriebsseitigen Teil des Antriebsstrangs und den getriebeseitigen Teil formschlüssig zu verbinden. Infolge der geräuscharmen Ausbildung der Steckverbindung unter Verwendung eines Kunststoffbauteils kann auf eine Verspannung der Verzahnung verzichtet werden, wodurch geringe Montagekräfte bei der Ausbildung der Steckverbindung ermöglicht werden. Die Ausbildung der Steckverbindung erfolgt während der „Hochzeit” von Brennkraftmaschine und Getriebe ohne Einsicht auf die Positionierung der Steckverzahnung. Es wird daher vorgeschlagen, zur Ausbildung der Steckverbindung Antriebsbauteil und Abtriebsbauteil aufeinander mittels Zentrierbolzen zueinander zu positionieren. Die Zentrierbolzen können am Abtriebsbauteil aufgenommen sein und axial in komplementär im Kunststoffbauteil angeordnete Öffnungen eingeführt werden. Dabei erfüllen die Zentrierbolzen nach der Montage keine weitere Funktion und werden da her mit Spiel in den Öffnungen aufgenommen, um die oben beschriebenen Achsversätze und Toleranzen auszugleichen, so dass eine Krafteinwirkung der Zentrierbolzen auf das Kunststoffbauteil vermieden oder zumindest minimiert werden kann.
Die Drehmomentübertragungseinrichtung kann in vorteilhafter Weise zur Verbindung aller an der Brennkraftmaschine einerseits und an dem Getriebe andererseits angeordneten Komponenten eingesetzt werden. Beispielsweise kann an der Kurbelwelle ein Antriebsbauteil direkt, beispielsweise als Antriebsplatte oder axial flexibles Antriebsblech wie Flexplate angeordnet werden. Weiterhin kann das Antriebsbauteil das Ausgangsteil eines Drehschwingungsdämpfers, beispielsweise eines Zweimassenschwungrads sein. In weiteren Ausführungsbeispielen kann der Drehschwingungsdämpfer antriebsseitig und getriebeseitig aufgetrennt werden, so dass die Drehmomentübertragungseinrichtung quasi zwischen dem Drehschwingungsdämpfer ausgebildet ist. Das Abtriebsteil kann Bestandteil weiterer Aggregate oder Komponenten wie Reibungskupplungen, Doppelkupplungen oder hydrodynamischer Drehmomentwandler sein. Die Drehmomentübertragungseinrichtung kann auch in hybridischen Antriebssträngen bestehend aus einer Brennkraftmaschine und zumindest einer Elektromaschine sowie entsprechend zugeordnete Drehschwingungsdämpfer und Kupplungen vorgesehen sein. Entsprechend einer gewünschten Auftrennung von antriebsseitigen und abtriebsseitigen Komponenten kann die Drehmomentübertragungseinrichtung zur Trennung der Montageeinheiten vorgesehen werden.
Als besonders vorteilhaft hat sich die Auftrennung des Drehschwingungsdämpfers von der Reibungskupplung beziehungsweise der Doppelkupplung, die insbesondere zwei Getriebeeingangswellen eines Doppelkupplungsgetriebes mittels zweier Reibungskupplungen mit der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine schaltet, erwiesen. Hierbei kann die Doppelkupplung getriebeseitig aufgenommen und beispielsweise getriebegehäusefest verdrehbar gelagert werden und mittels der Drehmomentübertragungseinrichtung bei der Montage verbunden werden. Dabei kann das Ausgangsteil des Drehschwingungsdämpfers das Antriebsbauteil und ein Eingangsteil der Doppelkupplung, beispielsweise ein Gehäusebauteil der Doppelkupplung das Abtriebsbauteil der Drehmomentübertragungseinrichtung sein.
Von der Erfindung umfasst sind weiterhin Drehmomentübertragungseinrichtungen, bei denen Antriebs- und Abtriebsbauteil in einem komplexen Aggregat integriert sind, beispielsweise eine Doppelkupplung mit Drehschwingungsdämpfer, ein Drehmomentwandler mit vorgeschaltetem, außenliegenden Drehschwingungsdämpfer und dergleichen. Der Drehschwingungsdämpfer kann dabei ein Zweimassenschwungrad sein.
Die Erfindung wird anhand des Ausführungsbeispiels der einzigen Figur näher erläutert. Diese zeigt einen Halbschnitt einer um die Rotationsachse symmetrischen Drehmomentübertragungseinrichtung.
Die Figur zeigt eine Drehmomentübertragungseinrichtung 1 mit dem Drehschwingungsdämpfer 2 und der nur teilweise dargestellten Doppelkupplung 3, wobei das Antriebsbauteil 4 für die Steckverzahnung 5 durch das Ausgangsteil 6 des Drehschwingungsdämpfers 2 und das Abtriebsbauteil 7 der Steckverbindung 5 durch das Kupplungsgehäuse 8 gebildet wird. Das Kupplungsgehäuse 8 ist dabei in nicht dargestellter Weise fest mit der Anpressplatte 9 verbunden. Die axial gegenüber dem Kupplungsgehäuse 8 und der Anpressplatte 9 verlagerbare Druckplatte 10 ist drehfest und axial verlagerbar am Kupplungsgehäuse 8 oder an der Anpressplatte 9 mittels der Blattfedern 11 verbunden. Die zweite Druckplatte sowie die weiteren Bestandteile der Doppelkupplung 3 sind in an sich bekannter Weise ausgestaltet und nicht näher dargestellt.
Der Drehschwingungsdämpfer 2 ist als Zweimassenschwungrad 12 mit einem Eingangsteil 13 mit primärer Schwungmasse und dem Ausgangsteil 6, dessen sekundäre Schwungmasse im Wesentlichen durch die Doppelkupplung 3 gebildet ist, ausgebildet. Eingangsteil 13 und Ausgangsteil 6 sind gegeneinander entgegen der Wirkung der in Umfangsrichtung wirksamen Energiespeicher 14 begrenzt verdrehbar.
Zwischen Antriebsbauteil 4 und Steckverbindung 5 ist die Rutschkupplung 15 ausgebildet. Hierzu bildet das Ausgangsteil 6 an dessen Innenumfang eine axiale Anformung 16 mit einer konischen Gegenreibfläche 17, die mit der Reibfläche 18 des radial innerhalb des Antriebsbauteils 4 angeordneten Kunststoffbauteils 19 einen Reibeingriff bildet. Dieses ist mit einem Stützteil 20 armiert, das eine Anschlagfläche 21 für einen axial wirksamen Energiespeicher 22 aufweist, der mittels einer Außenverzahnung 23 das Antriebsbauteil 4 beziehungsweise das Ausgangsteil 6 an entsprechend nicht sichtbaren Öffnungen durchgreift und sich an diesem axial abstützt. Durch die Wirkung des beispielsweise als Tellerfeder ausgestalteten Energiespeichers 23 wird das Kunststoffbauteil 19 im Konus des Ansatzes 16 gehalten und gegen diesen verspannt. Infolgedessen bildet sich ein Haltemoment aus, das größer als das maximal zu übertragende Moment der Drehmomentübertragungseinrichtung 1 ist. Wird dieses maximal zu übertragende Moment durch Spitzenmomente, beispielsweise durch Drehungleichförmigkeiten hervorgerufene Impacts, überschritten, rutscht die Rutschkupplung 15 durch und das Spitzenmoment wird lediglich in Höhe des maximal übertragbaren Moments übertragen.
Das Kunststoffbauteil 19 ist gleichzeitig Bestandteil der Steckverzahnung 5 und bildet hierzu ein Innenprofil 24 wie Innenverzahnung, die durch das Stützteil 20 unterstützt wird, indem das Innenprofil 24 auch von dem Stützteil 20 durch ein innerhalb des Kunststoffbauteils 19 nachgebildetes Innenprofil 25 wie Innenverzahnung aufweist. Das Innenprofil 24 des Kunststoffbauteils 19 kämmt mit einem Außenprofil 26 wie Außenverzahnung des Abtriebsbauteils 7. Hierzu weist dieses einen axialen Ansatz 27 auf, der mitsamt dem Außenprofil 26 mittels Blechumformverfahren angeprägt sein kann.
Die Steckverbindung 5 bildet damit einen geräuscharmen Kunststoff-/Metall-Formschluss auf, der ein nicht ersichtliches Verzahnungsspiel aufweist, um gegebenenfalls vorhandene Achsversätze und Nichtlinearitäten des Drehschwingungsdämpfers 2 und der Doppelkupplung 3, also der Kurbelwelle und den Getriebeeingangswellen, auf denen diese jeweils zentriert aufgenommen sind, auszugleichen. Infolge des geräuscharmen Formschlusses durch Verwendung des Kunststoffbauteils 19 in Verbindung mit einer Verhütung des Eintrags hoher Momente in die Steckverbindung 5 durch die Rutschkupplung 15 kann ein Rasseln oder Klappern der Steckverzahnung 5 vermieden werden. Weiterhin kann auch auf ein Verspannen der Steckverbindung 5 in Umfangsrichtung verzichtet werden, so dass eine Montage der Steckverbindung 5 während des Verbindungsprozesses der Brennkraftmaschine mit dem daran montierten Drehschwingungsdämpfer 2 mit dem Getriebe und der an diesem aufgenommenen Doppelkupplung 3 besonders leicht vonstatten gehen kann.
Die Montage erfolgt blind, da die Kupplungsglocke des Getriebes die Einsicht an die Steckverbindung 5 versperrt. Das Ineinandergleiten des Außenprofils 26 des Abtriebsbauteils 7 in das Innenprofil 24 des Kunststoffbauteils 19 wird daher durch eine Positionierung dieser erleichtert. Hierzu sind an dem Abtriebsbauteil 7 über den Umfang verteilte Zentrierstifte 28 befestigt, beispielsweis mit diesem vernietet. Diese greifen in korrespondierende Öffnungen 29 des Kunststoffbauteils 19 ein und positionieren die Profile gegeneinander. Dabei sind die Zentrierstifte 28 in den Öffnungen 29 bevorzugt mit Spiel aufgenommen, um eine Krafteinleitung in das Kunststoffbauteil 19 auch bei innerhalb der Toleranzen zueinander winkelmäßig verlagerten und/oder nicht koaxialen Rotationsachsen der Getriebeeingangswellen und Kurbelwelle auszuschließen.

1: Drehmomentübertragungseinrichtung
2: Drehschwingungsdämpfer
3: Doppelkupplung
4: Antriebsbauteil
5: Steckverbindung
6: Ausgangsteil
7: Abtriebsbauteil
8: Kupplungsgehäuse
9: Anpressplatte
10: Druckplatte
11: Blattfeder
12: Zweimassenschwungrad
13: Eingangsteil
14: Energiespeicher
15: Rutschkupplung
16: Ansatz
17: Gegenreibfläche
18: Reibfläche
19: Kunststoffbauteil
20: Stützteil
21: Anschlagfläche
22: Energiespeicher
23: Außenverzahnung
24: Innenprofil
25: Innenprofil
26: Außenprofil
27: Ansatz
28: Zentrierstift
29: Öffnung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102005049433 A1 [0002]

Claims

Drehmomentübertragungseinrichtung (1) mit einem von einer Brennkraftmaschine drehangetriebenen Antriebsbauteil (4) und einem von diesem drehangetriebenen Abtriebsbauteil (7) mit einer zwischen Antriebsbauteil (4) und Abtriebsbauteil (7) angeordneten in Drehrichtung einen Formschluss bildenden Steckverbindung (5), dadurch gekennzeichnet, dass seriell zur Steckverbindung (5) eine Rutschkupplung (15) zur Begrenzung eines über die Steckverbindung (5) übertragbaren Drehmoments vorgesehen ist.
Drehmomentübertragungseinrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rutschkupplung (15) zwischen einem die Steckverbindung (5) antriebsseitig bildenden Kunststoffbauteil (19) und dem Antriebsbauteil (4) ausgebildet ist.
Drehmomentübertragungseinrichtung (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bildung der Rutschkupplung (15) eine am Außenumfang des Kunststoffbauteils (19) vorgesehene, konisch ausgebildete Reibfläche (18) in Reibeingriff mit einer am Innenumfang des Antriebsbauteils (4) komplementär ausgebildeten Gegenreibfläche (17) steht.
Drehmomentübertragungseinrichtung (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass Reibfläche (18) und Gegenreibfläche (17) axial gegeneinander verspannt sind.
Drehmomentübertragungseinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoffbauteil (19) mittels eines Stützteils (20) verstärkt ist.
Drehmomentübertragungseinrichtung (1) Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützteil (20) mittels eines axial wirksamen Energiespeichers (22) gegenüber dem Antriebsbauteil (4) verspannt ist.
Drehmomentübertragungseinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoffbauteil (19) ein Innenprofil (24) aufweist, das mit einem zu diesem komplementären Außenprofil (26) des Abtriebsbauteils (7) die Steckverbindung (5) bildet.
Drehmomentübertragungseinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Steckverbindung (5) in Umfangsrichtung spielbehaftet ist.
Drehmomentübertragungseinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ausbildung der Steckverbindung (5) Antriebsbauteil (4) und Abtriebsbauteil (7) mittels Zentrierstiften (28) aufeinander positioniert werden.
Drehmomentübertragungseinrichtung (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentrierstifte (28) am Abtriebsbauteil (7) aufgenommen sind und axial in komplementär im Kunststoffbauteil (19) angeordnete Öffnungen (29) eingeführt werden.
Drehmomentübertragungseinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsbauteil (4) ein Ausgangsteil (6) eines Drehschwingungsdämpfers (2) ist.
Drehmomentübertragungseinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Abtriebsbauteil (7) aus einem Kupplungsgehäuse (8) einer Reibungskupplung oder einer Doppelkupplung (3) gebildet ist.
Drehmomentübertragungseinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10 mit einem von einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine angetriebenen Drehschwingungsdämpfer (1) und einer mittels der Steckverbindung (5) mit diesem verbundenen Reibungskupplung oder Doppelkupplung (3).
Drehmomentübertragungseinrichtung (1) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehschwingungsdämpfer (2) ein Zweimassenschwungrad (12) ist.