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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Welle-Nabe-Verbindung, umfassend eine um eine Drehachse drehbare Welle, die zumindest abschnittsweise eine Außenkontur aufweist, die als Außenmehrkant ausgebildet ist, und eine um die Drehachse drehbare Nabe, die zumindest abschnittsweise eine Innenkontur aufweist, die mit der Außenkontur der Welle korrespondiert und als Innenmehrkant ausgebildet ist, wobei die Außenkontur der Welle und die Innenkontur der Nabe in einem Drehmitnahmeeingriff miteinander stehen. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine Drehmomentübertragungsanordnung, umfassend ein Zweimassenschwungrad und eine Doppelkupplung, die mittels einer Welle-Nabe-Verbindung miteinander verbunden sind. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung eine Drehmomentübertragungsanordnung, umfassend ein Zweimassenschwungrad, ein Hybridmodul und eine Doppelkupplung, wobei das Zweimassenschwungrad mittels einer Welle-Nabe-Verbindung mit dem Hybridmodul verbunden ist und das Hybridmodul mittels einer Welle-Nabe-Verbindung mit der Doppelkupplung verbunden ist.
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Welle-Nabe-Verbindungen zur Übertragung eines Drehmoments sind aus dem Stand der Technik in unterschiedlichen Ausführungsformen bekannt und werden zum Beispiel in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs eingesetzt.
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Bei einem Doppelkupplungsgetriebe eines Kraftfahrzeugs wird zur Drehmomentübertragung zwischen einem Zweimassenschwungrad und einer Doppelkupplung üblicherweise eine Welle-Nabe-Verbindung eingesetzt, die als Zahnwellenverbindung ausgeführt ist. Während des Montageprozesses wird das Zweimassenschwungrad mit der Antriebsvorrichtung des Kraftfahrzeugs verbunden. Zur Kopplung der Antriebsvorrichtung mit dem Doppelkupplungsgetriebe wird die Verzahnung einer Welle der Doppelkupplung, die Bestandteil des Doppelkupplungsgetriebes ist, in eine passende Verzahnung einer Nabe des Zweimassenschwungrades eingesetzt. Alternative Konzepte sehen vor, dass das Zweimassenschwungrad eine Komponente des Doppelkupplungsgetriebes ist. In diesem Fall erfolgt die Montage des Zweimassenschwungrades bereits während der Herstellung des Doppelkupplungsgetriebes und nicht bei der Endmontage des Kraftfahrzeugs.
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Eine Zahnwellenverbindung weist ein Fügespiel in den Verzahnungen von Welle und Nabe auf, um die Montage dieser beiden Komponenten überhaupt zu ermöglichen. Aus diesem Fügespiel können Geräuschemissionen resultieren, die insbesondere von den Insassen des Kraftfahrzeugs als störend wahrgenommen werden. Während des Leerlaufbetriebs bei niedrigen Drehzahlen der Antriebsvorrichtung des Kraftfahrzeugs kann es zum Beispiel zu Klappergeräuschen kommen, die innerhalb und außerhalb des Kraftfahrzeugs wahrgenommen werden können. Ursache für derartige Klappergeräusche sind geringfügige Drehmomentschwankungen hinter dem Zweimassenschwungrad, die auf die Welle-Nabe-Verbindung einwirken. Aufgrund der Drehmomentschwankungen schlagen die Zähne der Welle und der Nabe aufeinander, so dass akustisch wahrnehmbare Klappergeräusche erzeugt werden. Überdies werden dadurch mechanische Impulse erzeugt, die Losteile innerhalb des Doppelkupplungsgetriebes ebenfalls zum Klappern anregen können. Um derartige Klappergeräusche zu verringern, sind bereits zahlreiche konstruktive Maßnahmen und applikative Maßnahmen in der Steuerungssoftware von Antriebsvorrichtung und Getriebe ergriffen worden.
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Die
DE 102 05 996 B4 offenbart eine gattungsgemäße Welle-Nabe-Verbindung zwischen einem Zweimassenschwungrad und einer Doppelkupplung, die als Polygonwellenverbindung ausgebildet ist.
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Die
DE 10 2010 035 451 A1 zeigt eine Welle-Nabe-Verbindung, die als Zahnwellenverbindung ausgeführt ist. Ein elastisches Element mit einer Verzahnung ist zwischen einer Innenverzahnung der Nabe und einer Außenverzahnung der Welle angeordnet.
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Aus der
DE 10 2011 100 874 A1 ist eine Welle-Nabe-Verbindung zwischen einem Zweimassenschwungrad und einer Doppelkupplung bekannt, die durch das Vorsehen eines Ausgleichselements gedämpft ausgeführt ist. Bei dieser Welle-Nabe-Verbindung handelt es sich ebenfalls um eine Zahnwellenverbindung.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Welle-Nabe-Verbindung und Drehmomentübertragungsanordnungen der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, bei denen störende Geräuschentwicklungen während des Betriebs auf einfache und effiziente Weise eliminiert beziehungsweise zumindest minimiert werden können.
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Diese Aufgabe wird hinsichtlich der Welle-Nabe-Verbindung durch eine Welle-Nabe-Verbindung der eingangs genannten Art mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 gelöst. Hinsichtlich der Drehmomentübertragungsanordnungen wird die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Aufgabe durch gattungsgemäße Drehmomentübertragungsanordnungen mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 9 und des Anspruchs 10 gelöst. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
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Eine erfindungsgemäße Welle-Nabe-Verbindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Außenkontur der Welle zumindest ein elastisch verformbares Dämpfungsmittel aufweist. Das elastisch verformbare Dämpfungsmittel ist in vorteilhafter Weise dazu in der Lage, Geräuschentwicklungen der Welle-Nabe-Verbindung zu vermeiden beziehungsweise zumindest zu minimieren. Die erfindungsgemäße Welle-Nabe-Verbindung kann zum Beispiel zur Verbindung eines Zweimassenschwungrades mit einer Doppelkupplung eines Doppelkupplungsgetriebes verwendet werden, um die während des Betriebs, insbesondere bei Leerlaufdrehzahlen, entstehenden Klappergeräusche zu vermeiden beziehungsweise zumindest zu minimieren. Das Dämpfungsmittel wird bei der Montage komprimiert und kann dadurch die Welle und die Nabe elastisch miteinander koppeln. Auf diese Weise können Drehmomentschwankungen hinter dem Zweimassenschwungrad, welche die unerwünschten Klappergeräusche hervorrufen können, wirksam gedämpft werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass in der Außenkontur der Welle mindestens eine Vertiefung ausgebildet ist, in der das mindestens eine Dämpfungsmittel angeordnet ist. Dadurch wird eine sichere Anbindung des mindestens einen Dämpfungsmittels an die Außenkontur der Welle erreicht.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform besteht die Möglichkeit, dass das mindestens eine Dämpfungsmittel so ausgebildet ist, dass es sich in radialer Richtung abschnittsweise aus der Vertiefung heraus erstreckt. Das Dämpfungsmittel wird bei der Montage elastisch komprimiert und bewirkt dadurch insbesondere in einem niedrigen Drehmomentbereich eine wirksame Dämpfung der Welle-Nabe-Verbindung. Bei größeren Drehmomenten kann das elastische Dämpfungsmittel in der Vertiefung der Außenkontur der Welle verpresst werden und drückt sich dadurch in die Vertiefung hinein. Dadurch wird das Drehmoment – je nachdem, ob die Nabe oder die Welle primär angetrieben wird – direkt von der Nabe auf die Welle beziehungsweise direkt von der Welle auf die Nabe übertragen. In diesem Betriebszustand ist das elastische Dämpfungsmittel in vorteilhafter Weise vor einer Überlast geschützt, da es in der Vertiefung der Außenkontur der Welle verpresst ist.
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Vorzugsweise kann sich die Vertiefung entlang eines Umfangs der Außenkontur der Welle erstrecken. Eine umlaufende, sich entlang des Umfangs erstreckende Vertiefung, in der das mindestens eine Dämpfungsmittel untergebracht ist, ermöglicht eine relativ gleichmäßige Dämpfung der Welle-Nabe-Verbindung. Die Vertiefung kann insbesondere nutartig ausgebildet sein.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass das Dämpfungsmittel als O-Ring oder Quadring aus einem elastischen Werkstoff ausgebildet ist. O-Ringe und Quadringe haben den Vorteil, dass sie sehr einfach und kostengünstig hergestellt werden können und mit wenigen Handgriffen montiert werden können.
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In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform kann die Welle zumindest abschnittsweise als P4C-Profil oder als P4C-artiges Profil ausgebildet sein, welches von der als Innenmehrkant ausgebildete Innenkontur der Nabe umfasst ist. Ein P4C-Profil hat insbesondere den Vorteil, dass es unter Lasteinwirkung axial verschiebbar ist. Ferner ermöglicht es die Übertragung großer Drehmomente. Die Welle kann grundsätzlich auch andere Profilformen, wie zum Beispiel Profilformen mit mehr als vier Profilaußenflächen, aufweisen. Die Nabe weist zumindest abschnittsweise eine als Innenmehrkant ausgebildete Innenkontur auf, die entsprechend mit der Außenkontur der Welle korrespondiert.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung kann vorgesehen sein, dass die Außenkontur der Welle eine Mehrzahl elastisch verformbarer Dämpfungsmittel aufweist, die in axialer Richtung der Außenkontur voneinander beabstandet angeordnet sind. Die Dämpfungsmittel können in der vorstehend beschriebenen Weise insbesondere als O-Ringe oder Quadringe aus einem elastischen Werkstoff ausgeführt sein. Die Außenkontur der Welle kann eine der Dämpfungsmittel entsprechende Anzahl von Vertiefungen aufweisen, die sich in Umfangsrichtung erstrecken und in denen jeweils eines der Dämpfungsmittel aufgenommen ist. Durch das Vorsehen mehrerer Dämpfungsmittel kann die Dämpfungscharakteristik der Welle-Nabe-Verbindung in vorteilhafter Weise weiter verbessert werden.
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Eine erfindungsgemäße Drehmomentübertragungsanordnung zeichnet sich gemäß Anspruch 9 dadurch aus, dass die Welle-Nabe-Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 ausgebildet ist. Durch die entsprechend ausgestaltete Welle-Nabe-Verbindung können in vorteilhafter Weise die während des Betriebs, insbesondere bei Leerlaufdrehzahlen, entstehenden Klappergeräusche vermieden beziehungsweise zumindest minimiert werden.
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Gemäß Anspruch 10 umfasst eine weitere erfindungsgemäße Drehmomentübertragungsanordnung ein Zweimassenschwungrad, ein Hybridmodul und eine Doppelkupplung, wobei das Zweimassenschwungrad mittels einer Welle-Nabe-Verbindung mit dem Hybridmodul verbunden ist und das Hybridmodul mittels einer Welle-Nabe-Verbindung mit der Doppelkupplung verbunden ist. Um Klappergeräusche zu vermeiden beziehungsweise zumindest zu minimieren, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Welle-Nabe-Verbindungen nach einem der Ansprüche 1 bis 8 ausgebildet sind.
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Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlich anhand der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beiliegenden Abbildungen. Dabei zeigen
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1 eine perspektivische Darstellung einer Welle einer Welle-Nabe-Verbindung, die gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ausgeführt ist,
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2 eine perspektivische Darstellung der Welle-Nabe-Verbindung nach dem Einsetzen der Welle gemäß 1 in eine damit korrespondierende Nabe,
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3 einen Schnitt durch die Welle-Nabe-Verbindung gemäß 2,
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4 einen Schnitt durch einen Teil einer Drehmomentübertragungsanordnung, die gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ausgeführt ist.
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Unter Bezugnahme auf 1 ist eine Welle 1 einer Welle-Nabe-Verbindung 100, die gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ausgeführt ist, abschnittsweise als Polygonprofil ausgeführt. Die Welle 1 weist in einem Verbindungsabschnitt eine Außenkontur 10 auf, die zumindest abschnittsweise als Außenmehrkant ausgebildet ist. Das Polygonprofil ist vorliegend als P4C-Profil ausgeführt. Ein P4C-Profil hat den Vorteil, dass es unter Lasteinwirkung axial verschiebbar ist. Ferner können mittels eines P4C-Profils große Drehmomente übertragen werden. Es soll an dieser Stelle betont werden, dass das Polygonprofil nicht zwingend als P4C-Profil ausgebildet sein muss und andere Profilformen grundsätzlich möglich sind. Die Welle 1 kann zum Beispiel ein P4C-artiges Polygonprofil oder ein Polygonprofil mit mehr als vier Profilaußenflächen aufweisen.
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Wie insbesondere in 3 zu erkennen, ist in der Außenkontur 10 der Welle 1 eine umlaufende, sich in Umfangsrichtung ersteckende Vertiefung 11 ausgebildet. Die Vertiefung 11 ist nutartig ausgebildet und in die Außenkontur 10 der Welle 1 eingefräst. Für eine Geräuschdämpfung der Welle-Nabe-Verbindung 100 weist die Welle 1 ein elastisches Dämpfungsmittel 3 auf, das in die nutartige Vertiefung 11 eingesetzt ist und in diesem Ausführungsbeispiel als O-Ring ausgebildet ist. Das Dämpfungsmittel 3 kann alternativ zum Beispiel auch als Quadring ausgebildet sein. Aus 1 wird deutlich, dass das Dämpfungsmittel 3 so ausgebildet ist, dass es sich in radialer Richtung abschnittsweise aus der Vertiefung 11 heraus erstreckt. Das in diesem Ausführungsbeispiel als O-Ring oder alternativ als Quadring aus einem elastischen Werkstoff ausgeführte Dämpfungsmittel 4 weist somit einen Durchmesser auf, der etwas größer als die Tiefe der Vertiefung 11 ist.
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Die Nabe 2 weist eine Innenkontur 20 auf, die als Innenmehrkant ausgebildet ist und mit der Außenkontur 10 der Welle 1 korrespondiert, so dass die Welle 1 mit einem für die Montage notwendigen Fügespiel in die Nabe 2 eingesetzt werden kann, um dadurch die Welle-Nabe-Verbindung 100, die um eine Drehachse 4 drehbar ist, zu erhalten.
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Das als O-Ring ausgebildete, abschnittsweise über die Vertiefung 11 hinwegragende Dämpfungsmittel 3 wird bei der Montage komprimiert und koppelt dadurch die Welle 1 und die Nabe 2 elastisch miteinander. Auf diese Weise können Drehmomentschwankungen, die unerwünschte Klappergeräusche hervorrufen können, wirksam gedämpft werden. Dieses funktioniert bei geringen Drehmomentschwankungen, wie sie insbesondere bei einer Leerlaufdrehzahl einer Antriebsvorrichtung eines Kraftfahrzeugs auftreten. Bei größeren Drehmomenten wird das elastische Dämpfungsmittel 3 in der Vertiefung 11 der Außenkontur 10 der Welle 1 verpresst und legt sich dadurch in die Vertiefung 11. Dadurch wird das Drehmoment – je nachdem, ob die Nabe 2 oder die Welle 1 primär angetrieben wird – direkt von der Nabe 2 auf die Welle 1 beziehungsweise direkt von der Welle 1 auf die Nabe 2 übertragen. In diesem Betriebszustand ist das elastische Dämpfungsmittel 4 in vorteilhafter Weise vor einer Überlast geschützt, da es in der Vertiefung 11 verpresst ist.
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Die hier beschriebene Welle-Nabe-Verbindung 100 eignet sich in vorteilhafter Weise für eine Drehmomentübertragungsanordnung 101, die ein Zweimassenschwungrad 102 und eine Doppelkupplung 103 eines Doppelkupplungsgetriebes umfasst. Eine derartige Drehmomentübertragungsanordnung 101, bei der das Zweimassenschwungrad 102 und die Doppelkupplung 103 mittels der oben beschriebenen Welle-Nabe-Verbindung 100 miteinander verbunden sind, ist in 4 gezeigt. Die Nabe 2 ist dabei Teil des Zweimassenschwungrades 102 und die Welle 1 ist Teil der Doppelkupplung 103 des Doppelkupplungsgetriebes. Die Welle-Nabe-Verbindung 100 ist dazu in der Lage, die während des Betriebs, insbesondere bei Leerlaufdrehzahlen einer Antriebsvorrichtung des Kraftfahrzeugs, entstehenden Klappergeräusche zu vermeiden beziehungsweise zumindest zu minimieren.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10205996 B4 [0005]
- DE 102010035451 A1 [0006]
- DE 102011100874 A1 [0007]
