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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Welle-Nabe-Verbindung, umfassend eine um eine Drehachse drehbare Welle, die eine Außenverzahnung aufweist, und eine um die Drehachse drehbare Nabe, die eine mit der Außenverzahnung der Welle korrespondierende Innenverzahnung aufweist, wobei die Außenverzahnung der Welle und die Innenverzahnung der Nabe in einem Drehmitnahmeeingriff miteinander stehen und eine Passverzahnung bilden. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine Drehmomentübertragungseinrichtung, umfassend ein Zweimassenschwungrad und eine Doppelkupplung, die mittels einer Welle-Nabe-Verbindung miteinander verbunden sind. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung eine Drehmomentübertragungseinrichtung, 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. Bei einem mit einem Doppelkupplungsgetriebe ausgerüsteten Kraftfahrzeug wird zur Drehmomentübertragung zwischen einem Zweimassenschwungrad einer Antriebsvorrichtung und einer Doppelkupplung des Doppelkupplungsgetriebes üblicherweise eine Welle-Nabe-Verbindung eingesetzt, die als Zahnwellenverbindung ausgeführt ist. Bei der Montage wird das Zweimassenschwungrad mit der Antriebsvorrichtung des Kraftfahrzeugs verbunden, insbesondere mit dieser verschraubt. Zur mechanischen Kopplung der Antriebsvorrichtung mit dem Doppelkupplungsgetriebe wird eine Außenverzahnung einer Welle der Doppelkupplung axial in eine damit korrespondierende Innenverzahnung einer Nabe des Zweimassenschwungrades eingesetzt, so dass diese in einem Drehmitnahmeeingriff miteinander stehen. Die Außenverzahnung der Welle und die Innenverzahnung der Nabe bilden dabei eine formschlüssige Passverzahnung. 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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Die Passverzahnung der Zahnwellenverbindung weist prinzipbedingt ein Fügespiel in den miteinander korrespondierenden Verzahnungen von Welle und Nabe auf, um die Montage dieser beiden Komponenten überhaupt erst zu ermöglichen. Durch die an einer Sekundärseite des Zweimassenschwungrades auftretenden Drehzahlschwankungen können Torsionsschwingungen im Antriebsstrang des Kraftfahrzeugs resultieren. Aufgrund dieser Schwingungen können die Zahnflanken der mit dem Fügespiel behafteten Passverzahnung abheben und an den Fügespielgrenzen derart aufeinandertreffen, dass Stöße erzeugt werden. Diese Stöße können im Leerlaufbetrieb bei niedrigen Drehzahlen der Antriebsvorrichtung als Klappergeräusche innerhalb und außerhalb des Kraftfahrzeugs akustisch wahrgenommen werden. Überdies können durch die Stöße mechanische Impulse erzeugt werden, die Losteile innerhalb des Doppelkupplungsgetriebes ebenfalls zum Klappern anregen können. Um derartige Klappergeräusche zu verringern, sind bereits zahlreiche konstruktive Maßnahmen und darüber hinaus auch applikative Maßnahmen in der Steuerungssoftware der Antriebsvorrichtung und des Doppelkupplungsgetriebes ergriffen worden.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Welle-Nabe-Verbindung und Drehmomentübertragungseinrichtungen 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 Drehmomentübertragungseinrichtungen wird die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Aufgabe durch gattungsgemäße Drehmomentübertragungseinrichtungen mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 8 und des Anspruchs 9 gelöst. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
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Eine erfindungsgemäße Welle-Nabe-Verbindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Welle-Nabe-Verbindung mindestens ein elastisches Radialfederelement aufweist, welches so angeordnet und ausgebildet ist, dass es die Nabe und die Welle in einer Montagesolllage in radialer Richtung miteinander verspannt. Überraschend hat es sich gezeigt, dass es durch das Vorsehen des elastischen Radialfederelements und die damit verbundene Verspannung der Welle mit der Nabe in radialer Richtung möglich ist, unerwünschte Geräuschentwicklungen der Welle-Nabe-Verbindung zu vermeiden beziehungsweise zumindest zu minimieren. Die erfindungsgemäße Welle-Nabe-Verbindung kann zum Beispiel eine Verbindung eines Zweimassenschwungrades mit einer Doppelkupplung eines Doppelkupplungsgetriebes bilden, um dadurch die während des Betriebs, insbesondere bei Leerlaufdrehzahlen der Antriebsvorrichtung des Kraftfahrzeugs, entstehenden Klappergeräusche zu vermeiden beziehungsweise zumindest zu minimieren. Durch die mittels des Radialfederelements erzeugte radiale Verspannung der Welle mit der Nabe wird in vorteilhafter Weise erreicht, dass die Zahnflanken der Außenverzahnung der Welle und die Zahnflanken der Innenverzahnung der Nabe aneinander anliegen, so dass im Leerlaufbetrieb der Antriebsvorrichtung des Kraftfahrzeugs eine Relativbewegung der Verzahnungen in vorteilhafter Weise wirksam verhindert werden kann. Auf diese Weise ist es möglich, ein Abheben und ein darauffolgendes, mit Geräuschemissionen verbundenes Aufeinanderschlagen der im Leerlauf nicht unter Last stehenden Zahnflanken der Außenverzahnung der Welle und der Zahnflanken der Innenverzahnung der Nabe wirksam zu verhindern. Während des Fahrbetriebs des Kraftfahrzeugs ist das Drehmoment demgegenüber wesentlich größer als die in radialer Richtung wirkende Kraft des Radialfederelements, so dass die Welle-Nabe-Verbindung aus einem mittenverlagerten Zustand in einen flankenzentrierten Zustand übergeht und das Drehmoment in üblicher Weise übertragen kann.
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Grundsätzlich kann das Radialfederelement in einer beliebigen Position zwischen der Welle der Doppelkupplung und der Nabe des Zweimassenschwungrades angeordnet sein. In einer bevorzugten Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass die Nabe eine stirnseitig an die Innenverzahnung angrenzende Aufnahmenut aufweist, in der das Radialfederelement aufgenommen ist. Dadurch wird eine verbesserte, hinsichtlich der Wirkung der in radialer Richtung wirkenden Kraft optimierte Positionierung des Radialfederelements in der Nabe erreicht.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die Aufnahmenut ringförmig ausgebildet ist und seitlich durch eine Wandung begrenzt ist. Diese Ausführungsform ermöglicht insbesondere eine einfache Montage des Radialfederelements in der Aufnahmenut.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform besteht die Möglichkeit, dass das Radialfederelement abschnittsweise gebogen oder gekröpft ausgebildet ist und zwei Federschenkelabschnitte aufweist. Diese beiden Federschenkelabschnitte können in ihrer Montagesolllage vorzugsweise innen an der Wandung der Aufnahmenut anliegen und das Radialfederelement in der Aufnahmenut festspannen. Dadurch kann die Montage des Radialfederelements weiter vereinfacht werden.
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Vorzugsweise kann das Radialfederelement einen Innendurchmesser aufweisen, der kleiner als ein Kopfkreisdurchmesser der Welle ist. Bei der axialen Montage der Welle-Nabe-Verbindung, bei der die Außenverzahnung der Welle in die Innenverzahnung der Nabe eingreift und dadurch die formschlüssige Passverzahnung bildet, werden die Welle der Doppelkupplung und die Nabe des Zweimassenschwungrades so lange in axialer Richtung ineinander geschoben, bis die Welle mit ihrer Außenseite an dem Radialfederelement anliegt. Durch ein weiteres Ineinanderschieben der durch die Innenverzahnung der Nabe und durch die Außenverzahnung der Welle gebildeten formschlüssigen Passverzahnung in axialer Richtung bewegt sich das Radialfederelement aufgrund der Krafteinwirkung der Welle in radialer Richtung langsam nach außen. Dadurch wird das Radialfederelement, das vorzugsweise in der Aufnahmenut der Nabe angeordnet ist, in radialer Richtung elastisch verformt. Die aus dieser elastischen Verformung des Radialfederelements resultierende Rückstellkraft bewirkt, dass sich die Flanken der durch die Innenverzahnung der Nabe und durch die Außenverzahnung der Welle gebildeten Passverzahnung gegeneinander verspannen. Durch eine geeignete Wahl der Geometrie, der Werkstoffeigenschaften sowie des Verspannweges des Radialfederelements kann die Kraft zur Verspannung der Passverzahnung auf einfache Weise an die konkreten Anforderungen angepasst werden.
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Um die für die Montage der Welle in der Nabe aufzubringende Montagekraft zu verringern und dadurch den Montageprozess insgesamt einfacher zu gestalten, besteht in einer besonders vorteilhaften Ausführungsform die Möglichkeit, dass die Welle und das Radialfederelement jeweils zumindest eine Fase aufweisen, wobei die Fase der Welle mit der Fase des Radialfederelements korrespondiert.
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Eine erfindungsgemäße Drehmomentübertragungseinrichtung zeichnet sich gemäß Anspruch 8 dadurch aus, dass die Welle-Nabe-Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 ausgebildet ist. Durch die entsprechend ausgestaltete Welle-Nabe-Verbindung können in vorteilhafter Weise die während des Betriebs, insbesondere bei Leerlaufdrehzahlen, der Antriebsvorrichtung, entstehenden Klappergeräusche vermieden beziehungsweise zumindest minimiert werden.
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Gemäß Anspruch 9 umfasst eine weitere erfindungsgemäße Drehmomentübertragungseinrichtung 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 7 ausgebildet sind.
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Dadurch können während des Betriebs, insbesondere bei Leerlaufdrehzahlen, auftretende Klappergeräusche vermieden beziehungsweise zumindest minimiert werden.
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Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlich anhand der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beiliegenden Abbildungen. Dabei zeigen
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1 einen Schnitt durch einen Teil einer Drehmomentübertragungseinrichtung mit einer Welle-Nabe-Verbindung, die gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ausgeführt ist, vor der Montage einer Welle einer Doppelkupplung in einer Nabe eines Zweimassenschwungrades,
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2 eine stirnseitige Ansicht der Nabe des Zweimassenschwungrades der Drehmomentübertragungseinrichtung mit einem Radialfederelement, das in einer Aufnahmenut der Nabe angeordnet ist,
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3 eine perspektivische Darstellung des Radialfederelements für die Welle-Nabe-Verbindung,
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4 einen Schnitt durch den Teil der Drehmomentübertragungseinrichtung gemäß 1 nach der Montage der Welle der Doppelkupplung in der Nabe des Zweimassenschwungrades.
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Unter Bezugnahme auf 1 umfasst eine Drehmomentübertragungseinrichtung 101 ein Zweimassenschwungrad 102 und eine Doppelkupplung 103 eines Doppelkupplungsgetriebes, die mittels einer Welle-Nabe-Verbindung 100, die gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ausgeführt ist, mechanisch miteinander verbunden sind. Die Welle-Nabe-Verbindung 100, umfasst eine Nabe 2, die Teil des Zweimassenschwungrades 102 ist und um eine Drehachse 4 drehbar ist, sowie eine Welle 1, die Teil der Doppelkupplung 103 des Doppelkupplungsgetriebes ist und ebenfalls um die Drehachse 4 drehbar ist.
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Wie in 1 und 2 zu erkennen, weist die Nabe 2 eine umlaufende Innenverzahnung 20 auf. Die Welle 1 weist ihrerseits eine umlaufende Außenverzahnung 10 auf, die mit der Innenverzahnung 20 der Nabe 2 korrespondiert. Bei der Montage kann die Welle 1 derart in die Nabe 2 eingesetzt werden, dass die Außenverzahnung 10 der Welle 1 mit der Innenverzahnung 20 der Nabe 2 in einem Drehmitnahmeeingriff steht. Die Außenverzahnung 10 der Welle 1 sowie die Innenverzahnung 20 der Nabe 2 bilden dabei eine formschlüssige Passverzahnung. Prinzipbedingt weist diese Passverzahnung ein Fügespiel in den miteinander korrespondierenden Verzahnungen 10, 20 von Welle 1 und Nabe 2 auf, welche die Montage dieser beiden Komponenten überhaupt erst ermöglicht. Durch die an einer Sekundärseite des Zweimassenschwungrades 102 auftretenden Drehzahlschwankungen können Torsionsschwingungen im Antriebsstrang des Kraftfahrzeugs resultieren. Aufgrund dieser Schwingungen können die Zahnflanken der mit dem Fügespiel behafteten Passverzahnung abheben und an den Fügespielgrenzen derart aufeinandertreffen, dass Stöße erzeugt werden. Diese Stöße können im Leerlaufbetrieb bei niedrigen Drehzahlen der Antriebsvorrichtung als Klappergeräusche innerhalb und außerhalb des Kraftfahrzeugs akustisch wahrgenommen werden. Überdies können durch die Stöße mechanische Impulse erzeugt werden, die Losteile innerhalb des Doppelkupplungsgetriebes ebenfalls zum Klappern anregen können.
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Um diesen vorstehend genannten Problemen abzuhelfen, weist die Welle-Nabe-Verbindung 100 ein elastisches Radialfederelement 3 auf, welches so angeordnet und ausgebildet ist, dass es die Nabe 2 des Zweimassenschwungrades 102 in radialer Richtung mit der Welle 1 der Doppelkupplung 103 des Doppelkupplungsgetriebes verspannt. Durch diese radiale Verspannung wird erreicht, dass die Zahnflanken der Außenverzahnung 10 der Welle 1 und die Zahnflanken der Innenverzahnung 20 der Nabe 2 aneinander anliegen, so dass im Leerlaufbetrieb der Antriebsvorrichtung des Kraftfahrzeugs eine Relativbewegung der Verzahnungen 10, 20 in vorteilhafter Weise verhindert werden kann. Auf diese Weise kann ein Abheben und ein darauffolgendes, mit Geräuschemissionen verbundenes Aufeinanderschlagen der im Leerlauf nicht unter Last stehenden Zahnflanken der Außenverzahnung 10 der Welle 1 und der Zahnflanken der Innenverzahnung 20 der Nabe 2 wirksam verhindert werden. Während des Fahrbetriebs des Kraftfahrzeugs ist das Drehmoment erheblich größer als die in radialer Richtung wirkende Kraft des Radialfederelements 3, so dass die Welle-Nabe-Verbindung 100 aus einem mittenverlagerten Zustand in einen flankenzentrierten Zustand übergeht und somit das Drehmoment in üblicher Weise übertragen kann.
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Unter Bezugnahme auf 2 und 3 wird deutlich, dass das elastische Radialfederelement 3 für die Welle-Nabe-Verbindung 100 abschnittsweise gebogen beziehungsweise gekröpft ausgebildet ist und zwei Federschenkelabschnitte 30, 31 aufweist. Das Radialfederelement 3, das zum Beispiel aus einem Federstahl hergestellt sein kann, kann grundsätzlich in einer beliebigen Position zwischen der Welle 1 der Doppelkupplung 103 und der Nabe 2 des Zweimassenschwungrades 102 angeordnet sein. Vorzugsweise weist die Nabe 2 eine stirnseitig an die Innenverzahnung 20 der Nabe 2 angrenzende, ringförmig ausgebildete Aufnahmenut 21 auf, die seitlich durch eine Wandung 210 begrenzt ist, die sich um 360° in Umfangsrichtung der Aufnahmenut 21 erstreckt. Aus 3 wird ersichtlich, dass die Federschenkelabschnitte 30, 31 in ihrer Montagesolllage innen an der Wandung 210 der Aufnahmenut 21 anliegen. Die Wandung 210 der Aufnahmenut 21 bildet dabei ein Widerlager für die beiden Federschenkel 30, 31 des Radialfederelements 3, so dass dieses in der Aufnahmenut 21 der Nabe 2 des Zweimassenschwungrades 2 festgespannt ist.
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Das Radialfederelement 3 weist einen Innendurchmesser auf, der kleiner als ein Kopfkreisdurchmesser der Welle 1 ist. Bei der axialen Montage der Welle-Nabe-Verbindung 100, bei der die Außenverzahnung 10 der Welle 1 in die Innenverzahnung 20 der Nabe 2 eingreift und die formschlüssige Passverzahnung bildet, werden die Welle 1 der Doppelkupplung 103 und die Nabe 2 des Zweimassenschwungrades 102 so lange in axialer Richtung ineinander geschoben, bis die Welle 1 mit ihrer Außenseite am Radialfederelement 3 anliegt. Vorzugsweise weisen die Welle 1 und das Radialfederelement 3 jeweils zumindest eine Fase auf. Die Fase der Welle 1 und die Fase des Radialfederelements 3 korrespondieren derart miteinander, dass die für die Montage notwendige Montagekraft in vorteilhafter Weise verringert werden kann, um dadurch den Montageprozess insgesamt zu vereinfachen.
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Durch ein weiteres axiales Ineinanderschieben der durch die Innenverzahnung 20 der Nabe 2 und durch die Außenverzahnung 10 der Welle 1 gebildeten formschlüssigen Passverzahnung bewegt sich das Radialfederelement 3 aufgrund der Krafteinwirkung der Welle 1 in radialer Richtung langsam nach außen. Dadurch wird das Radialfederelement 3 in der Aufnahmenut 21 der Nabe 2 in radialer Richtung elastisch verformt. Die aus dieser elastischen Verformung des Radialfederelements 3 resultierende Rückstellkraft bewirkt, dass sich die Flanken der durch die Innenverzahnung 20 der Nabe 2 und durch die Außenverzahnung 10 der Welle 1 gebildeten Passverzahnung gegeneinander verspannen. Durch eine geeignete Wahl der Geometrie, der Werkstoffeigenschaften sowie des Verspannweges des Radialfederelements 3 kann die Kraft zur Verspannung der Passverzahnung auf einfache Weise angepasst werden. 4 zeigt die Welle-Nabe-Verbindung 100 nach der Montage der Welle 1 der Doppelkupplung 103 in der Nabe 2 des Zweimassenschwungrades 102.
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Die hier vorgestellte Welle-Nabe-Verbindung 100 ist dazu in der Lage, die während des Betriebs, insbesondere bei Leerlaufdrehzahlen der Antriebsvorrichtung des Kraftfahrzeugs, entstehenden Klappergeräusche in der Drehmomentübertragungseinrichtung 101 zu vermeiden beziehungsweise zumindest zu minimieren.
