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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft einen Antriebsstrangabschnitt mit einer Drehmomentübertragungsvorrichtung, wie einem Achshybridmodul, mit einem ersten metallischen Drehmomentübertragungsorgan, wie einem Hohlrad oder einem Hohlradträger, und einem zweiten metallischen Drehmomentübertragungsorgan, wie einem Hohlradträger oder einem Sonnenrad, wobei ein Drehmoment vom ersten Drehmomentübertragungsorgan an das zweite Drehmomentübertragungsorgan geleitet ist oder ein Drehmoment vom zweiten Drehmomentübertragungsorgan an das erste Drehmomentübertragungsorgan geleitet ist, wobei das erste Drehmomentübertragungsorgan mit dem zweiten Drehmomentübertragungsorgan zumindest drehfest miteinander verbunden ist.
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Aus dem Stand der Technik, etwa der
DE 10 2010 020 414 A1 ist ein Planetengetriebe mit einer Verdrehsicherung bekannt. Dort ist ein Planetengetriebe mit einer Verdrehsicherung offenbart, umfassend ein Sonnenrad und wenigstens ein in einem Getriebegehäuse mit Innenverzahnung umlaufendes Planetenrad, wobei das Getriebegehäuse mit wenigstens einem Lagerflansch abtriebsseitig und/oder antriebsseitig verbunden ist und zur verdrehsichernden Verbindung mit dem Getriebegehäuse Verzahnungsmittel vorgesehen sind, die in die Innenverzahnung eingreifen. Es ist in dieser Druckschrift vorgesehen, dass wenigstens ein Zahnsegment als Verzahnungsmittel vorgesehen ist, das Zahnsegment einen Zahnsegmentkörper umfasst, und der Lagerflansch eine Ausnehmung zur formschlüssigen Aufnahme des Zahnsegmentkörpers aufweist.
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Die Verwendung eines Hohlrades, bei der eine Wandung mit einer Zahnung an einem Umfang der Wandung umfasst ist, wobei die Wandung des Hohlrades in dem Bereich, an dem die Zahnung an dem Umfang vorliegt, durch zumindest eine armierende Materialschicht bereitgestellt ist, ist in der
DE 10 2009 018 409 A1 offenbart.
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Auch die britische Patentschrift
GB 1 479 414 offenbart eine spezielle Verbindungsart, insbesondere bei einem Planetenträger, unter Nutzung einer Verschweißung.
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Die vorliegende Erfindung findet insbesondere in einem Achshybridmodul bzw. einer Differenzialbaugruppe einer Torque-Vectoring-Einheit Anwendung, welche die Aufgabe hat, Antriebsmomente auf das jeweilige linke oder rechte Antriebsrad eines Kraftfahrzeuges, wie eines Pkws oder eines Lkws, zu verteilen. Diese übertragbaren Momente liegen üblicherweise in einem recht niedrigen Bereich, etwa zwischen 0 Nm und 200 Nm. Je nach Geometrie und ausgewähltem Verbindungswerkstoff können die übertragbaren Momente stark variieren.
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Bisher werden zur Verbindung von Hohlrädern und Hohlradträgern einerseits und Hohlradträgern und Sonnenrädern andererseits unterschiedliche Verbindungsmethoden benutzt, bspw. wird auf Schweißen, Löten, das Verwenden von Sicherungsringen oder eingepresster Bolzen oder Steckverbindungen zurückgegriffen.
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Diese bekannten Verbindungsarten haben jedoch immer Nachteile:
So ist ein Nachteil des Schweißens, dass die Schweißbarkeit werkstoffabhängig ist, wodurch ein Verschweißen von Stahlbauteilen mit Aluminium oder anderen Leichtmetallbauteilen nur sehr schwer möglich ist. Auch treten häufig aufgrund der unterschiedlichen Wärmeleitungseigenschaften Verzug und Spannungen auf. Es ist häufig der Fall, dass man qualitativ schlechte Schweißraupen erhält. Auch ist der erforderliche Kostenaufwand sehr hoch, was im starken Gegensatz zu der eingeschränkten Werkstoffauswahl steht.
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Die Nachteile des Lötens bestehen u.a. darin, dass geringere Festigkeiten als beim Schweißen erzielbar sind, ein Zusatzmaterial benötigt wird, hohe Kosten verursacht werden und genaue Maße der Einzelteile notwendig sind, da der Lötspalt weder zu groß noch zu klein sein darf.
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Sicherungsringe bedingen immer auch ein axiales Spiel, was zu hohen Geräuschentwicklungen führen kann. Auch ist immer ein zusätzliches Bauteil nötig, was sich auf die Kosten nachteilig auswirkt.
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Beim Verwenden von eingepressten Bolzen ist auf die Nachteile bzgl. der häufig auftretenden hohen Spannungen, bedingt durch Kerbwirkungen, hinzuweisen, genauso, wie darauf, dass zusätzliche Bauteile nötig sind, die einen erhöhten Montageaufwand nach sich ziehen.
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Auch sonst bekannte Steckverbindungen haben immer auch den Nachteil, dass sie hohe Genauigkeiten fordern, meistens hohe Geräuschentwicklungen nach sich ziehen und einen erhöhten Fertigungsaufwand bei gleichzeitig hoher Bauteilbeanspruchung, insbesondere bzgl. der Flankenpressung, hervorrufen.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung hier Abhilfe bezüglich der obigen Nachteile zu bieten, insbesondere den häufig auftretenden Verzug und die zu hohen Kosten zu beseitigen. Ferner sollen auch nicht nur unterschiedliche Stahlsorten miteinander verbunden werden können, sondern sogar Leichtmetallwerkstoffe mit Stahlwerkstoffen unter minimalem Kostenaufwand und gleichzeitig hoher Dauerfestigkeit verbindbar sein.
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Offenbarung der Erfindung
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass eine Kunststoffmasse formschlüssig zwischen dem ersten Drehmomentübertragungsorgan und dem zweiten Dreh- momentübertragungsorgan so positioniert ist, dass zwischen diesen dadurch zumindest eine Verdrehsicherung realisiert ist und/oder dass die Kunststoffmasse auch eine axiale Sicherung des ersten Drehmomentübertragungsorgans zum zweiten Drehmomentübertragungsorgan gewährleistet.
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Alternativ oder zusätzlich zur Kunststoffmasse kann auch auf faserverstärkte Kunststoffe oder Metall-Compound-Werkstoffe zurückgegriffen werden.
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Mit der besagten eingebrachten Masse kann eine axiale und/oder radiale und/oder tangentiale Sicherung zwischen Hohlrad und Hohlradträger sowie zwischen einem Hohlradträger und einem Sonnenrad hergestellt werden. Die Verbindung ist nahezu spielfrei, wodurch eine Geräuschminimierung auftritt. Die Geräuschminimierung ist vor allem bei elektrischen Achsen von großer Bedeutung.
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Der radialen und tangentialen Sicherung ist anzumerken, dass wenn z.B. der Blechträger in das Hohlrad bei der Montage eingeschoben wird, ein Spalt zum Fügen vorhanden sein muss. Es ist also Spiel zwischen den beiden Bauteilen vorhanden. Dieses muss jedoch dann durch die eingespritzte Masse aufgenommen werden, sodass ein radiales Verrutschen der beiden Bauteile zueinander ausgeschlossen ist. Oder anders gesagt, es ist kein Muss, dass das Radialspiel durch die Masse aufgenommen wird, aber es ist als ein Vorteil für diese Variante anzusehen, da hierdurch ein Klappern, Geräuschentwicklung usw. unterbunden wird.
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Desweiteren ist der Montageprozess automatisierbar. Außerdem können verschiedenste Materialien miteinander kombiniert werden, wodurch nicht mehr nur gleiche Materialien wie bspw. nur Stahl, verwendet werden müssen. Gerade auch Kombinationen von Stahl und Leichtmetalllegierungswerkstoffen wird kostengünstig möglich. Eine neue Materialverbundkonstruktion wird dadurch realisiert.
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Komplett einteilige Varianten und Steckverzahnungen können vermieden werden.
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Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beansprucht und werden nachfolgend näher erläutert.
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So ist es von Vorteil, wenn die Verbindungsmasse, wie die Kunststoffmasse, zwischen die Bauteile eingespritzt oder eingepresst ist. Die Kunststoffmasse kann dann zwischen das erste Drehmomentübertragungsorgan und das zweite Drehmomentübertragungsorgan so angespritzt werden, dass eine axiale, radiale und/oder tangentiale Sicherung realisiert ist.
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Ferner ist es von Vorteil, wenn das erste oder das zweite Drehmomentübertragungsorgan als relativ zur Axialrichtung flacher Blechkörper ausgestaltet ist und das andere Drehmomentübertragungsorgan als ein wellenartiges Bauteil, wie eine Hohlwelle mit einer Innen- und/oder Außenverzahnung ausgebildet ist. Dadurch lassen sich Hohlräder, Sonnenräder und ähnlich ausgebildete Drehmomentübertragungsbauteile einfach realisieren.
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Es ist ferner besonders zweckmäßig, wenn das wellenartig ausgebildete Drehmomentübertragungsorgan ein Durchgangsloch, wie eine Durchgangsbohrung aufweist, durch die die Kunststoffmasse auf den Blechkörper verbracht ist oder verbringbar ist. Die Durchgangsbohrungen können durch mehrere Fertigungstechnologien eingebracht werden, bspw. durch klassisches Bohren von innen oder außen, aber z.B. auch durch Stanzen, Prägen, Rollieren, Gießen, Wasser-/Laserstrahlen, Erodieren oder andere geeignete Verfahren, die auf den jeweiligen Einsatzzweck ausgerichtet sind.
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Ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel ist auch dadurch gekennzeichnet, dass das Durchgangsloch mit einer zumindest abschnittsweise am Blechkörper radial umlaufende Nut fluchtet. Eine solche auch als Rille, Vertiefung oder Kerbe bezeichnete Nut kann durch eine Vielzahl von Herstellverfahren eingebracht werden. Denkbar sind hierfür z.B. Drehen, Fräsen, Rollieren, Stanzen, Gießen, Prägen, Wasserstrahl-/Laserschweißen, Erodieren oder ähnliche Verfahren.
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Wenn am wellenartigen Drehmomentübertragungsorgan eine sich in Axialrichtung erstreckende Ausnehmung vorhanden ist, die von der Kunststoffmasse so ausfüllbar ist, dass sie zwischen den beiden Drehmomentübertragungsorganen die Verdrehsicherung im Sinne einer Tangentialsicherung realisiert, so kann die Drehmomentübertragung von dem einen Drehmomentübertragungsorgan auf das andere Drehmomentübertragungsorgan oder in umgekehrter Richtung realisiert werden.
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Wenn eine Vielzahl gleichmäßig am Innen- oder Außenumfang verteilter Ausnehmungen an dem wellenartigen Drehmomentübertragungsorgan angeordnet sind, so lassen sich diese Ausnehmungen durch die eingespritzte oder eingepresste Verbindungsmasse, wie die Kunststoffmasse, ausfüllen, um die Verdrehsicherung ausreichend langlebig und bruchsicher auszugestalten.
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Wenn die Ausnehmung als Aussparung ausgebildet ist, also eine bodenlose Ausgestaltung aufweist, oder als eine einen Boden aufweisende Vertiefung ausgebildet ist, so kann das entsprechende Drehmomentübertragungsorgan einfach hergestellt werden und gleichzeitig eine solche Ausbildung erhalten, die ausreichend prozesssicher mit der Verbindungsmasse befüllt werden kann.
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Vorteilhaft ist es auch, wenn die Nut am Außenumfang oder an einem Innenumfang eines als Hohlradträger wirkenden Bauteils vorhanden ist und vorzugsweise axial einseitig offen, nach Art einer Stufe ausgebildet ist. Das entsprechende Drehmomentübertragungsorgan, wie ein Hohlradträger, kann dann mit einfachen Blechbiegeumformvorgängen geschaffen werden, was die Kosten niedrig hält.
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Zweckmäßig ist es auch, wenn eine Vielzahl gleichmäßig verteilter Durchgangslöcher an dem wellenartigen Drehmomentübertragungsorgan vorhanden ist, wobei das Drehmomentübertragungsorgan als Hohlrad oder als Sonnenrad ausgebildet ist. Die entsprechende Verzahnung kann dabei gerade, schräg oder schraubenförmig ausgebildet sein.
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Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Verbinden eines ersten metallischen Drehmomentübertragungsorgans, wie einem Hohlrad oder einem Hohlradträger, mit einem zweiten metallischen Drehmomentübertragungsorgan, wie einem Hohlradträger oder einem Sonnenrad, unter Nutzung einer formschlüssig zwischen diesen eingebrachten Verbindungmasse, wie einer Kunststoffmasse und/oder einer Metal-Compound-Masse.
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Besagte Erfindung wird auch mit Hilfe einer Zeichnung näher erläutert. Dabei sind zwei Ausführungsbeispiele einmal für die Verbindung eines Hohlrades mit einem Hohlradträger und einmal eines Hohlradträgers mit einem Sonnenrad dargestellt. Es zeigen:
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1 eine perspektivische Explosionsdarstellung eines ersten Drehmomentübertragungsorgans, nämlich eines Hohlrads, mit einem zweiten Drehmomentübertragungsorgan, nämlich einem Hohlradträger und einem weiteren Drehmomentübertragungsorgan, wie einem Sonnenrad,
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2 eine perspektivische Darstellung nur des Hohlrades aus 1,
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3 eine perspektivische Darstellung nur des Hohlradträgers aus 1,
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4 eine schematische Schnittdarstellung des Zusammenbaus aus Hohlrad und Hohlradträger der 1 bis 3 entlang einer Ebene, die die Längsachse des Hohlradträgers 2 aufnimmt,
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5 eine abschnittsweise Darstellung des Zusammenbaus aus Hohlradträger und Hohlrad der 1 bis 4,
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6 eine vergrößerte perspektivische Darstellung des Sonnenrades aus 3,
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7 eine vergrößerte Darstellung eines Innenbereichs des Hohlradträgers aus den 1 bis 5 zur Aufnahme des Sonnenrades aus 6,
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8 eine perspektivische Schnittdarstellung des Zusammenbaus aus dem Sonnenrad gemäß 1 und dem Hohlradträger aus 2 in einer Ebene, in der die Längsachse des Hohlradträgers enthalten ist, und
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9 eine Ansicht von vorne auf den Zusammenbau aus dem Hohlradträger und dem Sonnenrad der 1.
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Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen nur dem Verständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente werden mit denselben Bezugszeichen versehen.
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In den Figuren sind Abschnitte eines Antriebsstrangabschnitts mit einer Drehmomentübertragungsvorrichtung wie einem Achshybridmodul dargestellt, wobei ein erstes metallisches Drehmomentübertragungsorgan 1 dargestellt ist, das als Hohlrad 2 ausgebildet ist.
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Ferner ist ein zweites metallisches Drehmomentübertragungsorgan 3 dargestellt, das als Hohlradträger 4 ausgebildet ist. Ferner ist ein weiteres Drehmomentübertragungsorgan 5 dargestellt, das als Sonnenrad 6 ausgebildet ist.
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Bei einer anderen Betrachtung, wird der Hohlradträger 4 als erstes Drehmomentübertragungsorgan 1 angesehen, wohingegen das Sonnenrad 6 als zweites Drehmomentübertragungsorgan 3 gesehen wird. Diese Sichtweise ist abhängig von der Drehmomentübertragungsrichtung, also von einem angetriebenen Drehmomentübertragungsorgan, bspw. dem ersten Drehmomentübertragungsorgan 1 und einem abgetriebenen Drehmomentübertragungsorgan, wie bspw. dem zweiten Drehmomentübertragungsorgan 3.
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Am Außenumfang des Hohlrades 2 sind Durchgangslöcher 7 vorhanden, die äquidistant zueinander angeordnet sind. Jedes Durchgangsloch 7 ist als Durchgangsbohrung 8 ausgestaltet.
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Zusätzlich weist das Hohlrad 2 am Rand eine als Ausstanzung ausgebildete Ausnehmung 9 auf.
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Am Innenumfang des Hohlrades 2 ist am Rand des Hohlrades 2 eine umlaufende Nut 10 angeordnet. Die Nut 10 wird durch die Ausnehmungen 9 unterbrochen. Die Ausnehmungen 9 haben zueinander den gleichen Abstand.
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Das Hohlrad 2 weist in einem axialen Abschnitt eine Innenverzahnung 11 auf.
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Der Hohlradträger 4 weist auf seiner radialen Außenumfangsfläche eine Schulter auf, die eine Nut 12 ausbildet. Der Hohlradträger 4 weist ferner im Bereich seines Zentrums auch ein Loch 13 auf, das eine innen umlaufende Rille 14 aufweist. Die Rille 14 kann auch als Nut bezeichnet werden. Auch ist die Bezeichnung als Vertiefung oder Kerbe möglich.
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Zusätzlich sind im Bereich des Lochs 13 und die Rille 14 unterbrechend, Ausnehmungen 9, die als Queraussparungen 15 ausgebildet sind, vorhanden. Dies ist in 3 erkennbar.
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Die Baugruppe besteht somit aus drei Einzelteilen, nämlich dem Hohlrad 2, dem Hohlradträger 4 und dem Sonnenrad 5. Im Hohlrad 2 befinden sich mehrere im Umfang verteilte Durchgangsbohrungen 8, eine innen umlaufende Nut 10 sowie drei gleichmäßig am Umfang verteilte Ausnehmungen 9.
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Der Hohlradträger 4, welcher aus einem Blech gefertigt ist, hat eine außen umlaufende Rille oder Nut 12, eine innen umlaufende Rille 14 sowie am inneren Umfang radial ausgerichtete Aussparungen oder Ausnehmungen, die als Queraussparungen 15 bezeichnet werden. Diese sich etwas in Radialrichtung erstreckenden Queraussparungen 15 erstrecken sich aber auch in Axialrichtung, also quer zur Rille 14.
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Die Nut 12 ist so breit, wie die umlaufende Nut 10 des Hohlrades 2. Die umlaufenden Nuten/Rillen können durch eine Vielzahl an Herstellungsverfahren eingebracht werden, bspw. durch Drehen, Fräsen, Rollieren, Stanzen, Gießen, Prägen, Wasserstrahl-/Laserschweißen, Erodieren oder ähnlich geeignete Verfahren.
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Bei der Montage werden nun das Hohlrad 2 und der Hohlradträger 4 zueinander passend positioniert. Im Anschluss wird durch die Durchgangsbohrungen 8 eine Verbindungsmasse 16 eingebracht. Dies ist in 4 zu erkennen, genauso wie in 5. Die Verbindungsmasse 16 kann eine Kunststoffmasse, insbesondere eine faserverstärkte Kunststoffmasse, aber auch eine Metal-Compound-Masse sein.
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In 6 ist das Sonnenrad 6 detaillierter dargestellt. Das Sonnenrad 6 hat mehrere über den Umfang verteilte Durchgangslöcher 7, die als Durchgangsbohrungen 8 ausgebildet sind. Diese Durchgangsbohrungen 8 fluchten mit einer umlaufenden Nut 17.
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Ebenso sind mehrere über den Umfang verteilte Ausnehmungen 9, die als Queraussparungen 15 ausgebildet sind, vorhanden und sind fluchtend mit den Queraussparungen 15 des Hohlradträgers 4 ausgerichtet. Die Durchgangsbohrungen 8 können durch mehrere Fertigungstechnologien eingebracht werden, wie etwa durch klassisches Bohren von außen oder innen, aber z.B. auch durch Stanzen, Prägen, Rollieren, Gießen, Wasser-/Laserstrahlen, Erodieren oder ähnliches.
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Bei der Montage werden der Hohlradträger 4 und das Sonnenrad 6 zueinander positioniert. Über die Bohrungen 8 wird eine Verbindungsmasse 16 eingebracht, die sich dann in den Aussparungen/Ausnehmungen 9/15 an dem Hohlradträger 4 und an dem Sonnenrad 6 verteilt.
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In den beiden Baugruppenansichten der 6 und 7 ist im linken Teil zu erkennen, dass durch die eingebrachte Verbindungsmasse 16 eine axiale Sicherung der beiden Bauteile 4 und 6 gegeben ist. In der rechten Abbildung ist die radiale/tangentiale Sicherung der beiden Bauteile ebenso wiedergegeben. Durch die ausgespritzten Queraussparungen 15 kann eine radiale Sicherung / tangentiale Sicherung gewährleistet werden.
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In den 8 und 9 ist die Verbindung mittels der Verbindungsmasse 16 zwischen dem Hohlradträger 4 und dem Sonnenrad 6 visualisiert.
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Es sei auch angemerkt, dass andere Formen der Radialsicherung und/oder Axialsicherung denkbar bzw. kombinierbar sind. Eine etwaige Möglichkeit, den Hohlradträger 4 axial und/oder radial zu sichern, besteht in der Ausführung verschiedener geometrischer Varianten, welche bedingt durch ihre Kontur eine Selbsthemmung bzw. -sicherung hervorrufen. So kann bspw. eine Aussparung in das Hohlrad 2 eingebracht werden, welche im Fußbereich größere Abmaße als im Kopfbereich besitzt. Hierbei würde sich die Ausgangskörperkantenkontur des Werkstücks signifikant verändern.
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Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die Aussparungen nicht an der Seitenfläche des Hohlrades 2 zu platzieren, sondern auf der Mantelfläche des Hohlrades 2 anzubringen, wobei auch hier verschiedene geometrische Formen möglich sind, um eine axiale und radiale Sicherung des Hohlradträgers 4 zu erreichen.
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Typische heute verwendete Sicherungsmethoden bei anderen Anwendungen sind bspw. Bajonettverschlüsse oder Schwalbenschwanznuten, wobei diese jedoch kombinatorisch eingebracht werden können. Dabei kann eine eingebrachte Masse, wie die Verbindungsmasse 16, die jeweilige Verschlussform gegen ein selbstständiges Lösen sichern. Die verwendete Masse dient außerdem zur Drehmomentübertragung und/oder zur axialen Kraftübertragung.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- erstes Drehmomentübertragungsorgan
- 2
- Hohlrad
- 3
- zweites Drehmomentübertragungsorgan
- 4
- Hohlradträger
- 5
- weiteres Drehmomentübertragungsorgan
- 6
- Sonnenrad
- 7
- Durchgangsloch
- 8
- Durchgangsbohrung
- 9
- Ausnehmung
- 10
- Nut
- 11
- Innenverzahnung
- 12
- Nut
- 13
- Loch
- 14
- Rille
- 15
- Queraussparung
- 16
- Verbindungsmasse
- 17
- Nut
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010020414 A1 [0002]
- DE 102009018409 A1 [0003]
- GB 1479414 [0004]
