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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verbindungsanordnung, insbesondere ein Planetengetriebe, sowie eine E-Achse für ein Kraftfahrzeug umfassend die erfindungsgemäße Verbindungsanordnung, insbesondere das Planetengetriebe.
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Aus der Praxis ist bekannt, dass Bauteile jeglicher Art in einem Getriebe Geräusche, wie beispielsweise Verzahnungsgeräusche, Geräusche durch Schaltsysteme, Losteilrasseln, etc., verursachen.
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Maschinengeräusche werden grundsätzlich durch periodische Anregungsmechanismen verursacht. Diese führen auf direktem und indirektem Wege zu Geräuschen in Form von Luftschall. Beim direkten Weg verursacht eine Anregungsquelle unmittelbar Luftdruckschwankungen, die sich in Form von Luftschall ausbreiten können. Für das Geräuschverhalten von Getrieben ist weitestgehend der indirekte Weg als maßgeblich anzusehen. Bei dieser indirekten Schwingungsübertragung wird eine zeitlich veränderliche Betriebskraft in eine Maschinenstruktur eingeleitet, wo sie in Form von Körperschall zur Oberfläche, die den Luftschall sodann abstrahlt, weitergeleitet.
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Die Weiterleitung des Körperschalls von der Quelle durch die Getriebestruktur bis hin zum Gehäuse erfolgt durch eine sogenannte Körperschallübertragungskette, die auch als Transferpfad bezeichnet wird.
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Die maßgeblichen Bauteile dieser Übertragungskette sind Strukturbauteile, welche im direkten Kraftfluss mit dem Gehäuse stehen. Zu den Strukturbauteilen zählen u.a. Lagerplatten, Lagerschilde, Aufnahmen für Schaltelemente oder Hohlräder, Lagerschalen, Lagerringe, aber auch das Gehäuse und/oder Teile eines Gehäuses.
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In einigen Getriebekonzepten ist es erforderlich, dass sich die Teile eines Planetenradsatzes am Gehäuse abstützen. Insbesondere bei Planetenradsätzen mit einem stehendem Hohlrad ist dessen Anbindung an das Gehäuse hinsichtlich der Geräuschentstehung und -übertragung sehr kritisch.
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Die Hauptaufgabe der Anbindung ist eine Abstützung des Antriebsmomentes aus dem Antriebstrang. Abhängig von der Anbindung des Hohlrades können aber auch noch weitere Kräfte in axialer oder radialer Richtung in das Gehäuse übertragen werden.
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Eine gattungsgemäße Verbindungsanordnung, insbesondere ein Planetengetriebe, umfasst ein Hohlrad mit einer Innenverzahnung, das über eine formschlüssige Verbindung mit einem Hohlradträger oder einem Gehäuse drehfest mit Spielpassung verbunden ist, derart, dass der Hohlradträger oder das Gehäuse eine Vielzahl von radial nach außen weisenden Vorsprüngen aufweist, die mit einer Vielzahl von am Außenring des Hohlrads ausgebildeten korrespondierenden Ausnehmungen in Wirkverbindung stehen, oder umgekehrt.
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Grundsätzlich sollte diese konstruktive Anordnung mit Spielpassung das torsionale Moment durch den Formschluss abstützen und in die anderen Raumrichtungen kraftfrei sein. In der Praxis hat sich allerdings gezeigt, dass bei einem Zahneingriff des Hohlrades und einer damit einhergehenden Belastung des Hohlrades dieses zumindest teilweise elastisch verformt wird. Aus dieser radialen Verformung entsteht über die Reibkopplung Fradial = µ * f(MAntrieb) auch eine Kraftübertragung in radialer Richtung an den Kontaktflächen, welche sich akustisch negativ auswirkt. Abhängig von der Größe des abgestützten Momentes kann es zudem passieren, dass die elastische Verformung aufgrund der reibschlüssigen Verbindung zwischen Hohlrad und Gehäuse in der Fügeebene zum Zeitpunkt der Kraftübertragung nur teilweise reversibel ist. Die reibschlüssige Verbindung zwischen Hohlrad und Gehäuse verhindert sodann eine vollständige Rückkehr des Hohlrades in eine Ausgangslage. Je stärker die reibschlüssige Verbindung zwischen Hohlrad und Gehäuse ist, umso geringer ist die reversible Verformung des Hohlrades und umso stärker ist somit eine im Hohlrad verbleibende Verformung zum Zeitpunkt der Kraftübertragung. Durch einen veränderten Zahneingriff am Hohlrad kommt es sodann zu einem weiteren negativen akustischen Effekt. Des Weiteren kommt es durch einen Reibkontakt auch in axialer Richtung zu einer Kraftkopplung, die sich negativ auf den akustischen Effekt auswirken kann.
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Aus dem Stand der Technik sind diverse Verbindungsanordnungen oder Planetengetriebe bekannt. So offenbart beispielsweise die
DE 103 93 256 B4 ein Sonnenradelement zur Verwendung in einem Planetenradsatz, welches sich dadurch kennzeichnet, dass auf die Berührungsflächen jedes Sonnenradzahnes eine Beschichtung aufgebracht ist, die aus einer ersten Lage einer zweiten Lage gebildet ist, dass eine Zwischenlage zwischen der ersten Lage und der zweiten Lage angeordnet ist, dass die erste Lage aus einem metallischen Material besteht, dass die zweite Lage aus einem keramischen Material besteht und dass die Zwischenlage aus einem keramischen Material besteht.
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Aus der
DE 10 2015 216 393 A1 ist ein Planetenbolzen zur drehbaren Lagerung eines Planetenrades sowie ein Planetengetriebe mit einem Planetenbolzen bekannt, wobei der Planetenbolzen zumindest teilweise eine Manganphosphat-Beschichtung aufweist.
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Aus der
DE 697 01 327 T2 ist ein Antriebssystem mit verbesserten akustischen Eigenschaften bekannt. Offenbart wird insbesondere ein isoliertes Ringrad zur Verwendung in einem Planetengetriebe-Antriebssystem, welches in der Lage ist, die Übertragung von Geräuschen in eine benachbarte Abstützstruktur zu verringern.
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Die
DE 10 2012 105 549 A1 offenbart ein Planetengetriebe mit einem Hohlrad und einem sich zentrisch darin erstreckenden Sonnenrad, wobei ein verzahnter Hohlradbereich und das Sonnenrad gegeneinander verdrehbar in einem Gehäuse gelagert sind, und mit Planetenrädern, die einerseits mit dem Sonnenrad und andererseits mit dem verzahnten Hohlradbereich in Eingriff stehen, und deren Drehachsen zur gemeinsamen Bewegung über einen Steg miteinander verbunden sind. Das Planetengetriebe ist gekennzeichnet durch eine bewegliche Aufhängung des verzahnten Hohlradbereiches in dem Gehäuse.
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Ein weiteres mehrstufiges Planetengetriebe ist aus der
EP 2 642 159 A1 bekannt. Dieses umfasst wenigstens zwei mit einem Gehäuse drehest verbundene Hohlräder mit Innenverzahnung und wenigstens zwei Sonnenräder, die jeweils mit auf einem Planetenträger angeordneten Planetenrädern und einem Hohlrad kämmen, wobei vorgesehen ist, dass zur Bildung einer Getriebestufe mit wenigstens einem Hohlrad das Gehäuse als zylinderförmiges Getriebegehäuse mit Innenverzahnung einstückig ausgebildet ist, zur Bildung wenigstens einer weiteren Getriebestufe ein Kunststoffhohlrad mit Innenverzahnung von dem Getriebegehäuse aufgenommen wird, und zur drehfesten Verbindung des Kunststoffhohlrades mit dem Getriebegehäuse Verdrehsicherungsmittel vorgesehen sind.
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Aus der
DE 10 2017 220 688 A1 ist zudem eine Verbindungsanordnung bekannt, umfassend ein Hohlrad und ein drehfest damit verbundenes Bauteil eines Planetengetriebes, wobei das Hohlrad mindestens eine erste und zweite axiale Bohrung aufweist, wobei das Bauteil des Planetengetriebes auch mindestens eine erste und zweite axiale Bohrung aufweist, und wobei ein erstes Schraubelement zur zumindest formschlüssigen Verbindung des Hohlrades und des Bauteils des Planetengetriebes in der ersten axialen Bohrung am Hohlrad und zumindest teilweise in der ersten axialen Bohrung am Bauteil des Planetengetriebes angeordnet ist, wobei ferner ein zweites Schraubelement zur zumindest formschlüssigen Verbindung des Hohlrades und des Bauteils des Planetengetriebes in der zweiten axialen Bohrung am Hohlrad und zumindest teilweise in der zweiten axialen Bohrung am Bauteil des Planetengetriebes angeordnet ist, wobei das Hohlrad und das Bauteil des Planetengetriebes in einer axial dazwischen angeordneten Fügeebene auch reibschlüssig miteinander verbunden sind, wobei an einer in der Fügeebene angeordneten Stirnfläche des Hohlrades und/oder des Bauteils des Planetengetriebes eine axiale Ausnehmung zur Verringerung der reibschlüssigen Verbindung zwischen dem Hohlrad und dem Bauteil des Planetengetriebes ausgebildet ist.
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Vor diesem Hintergrund ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Verbindungsanordnung, insbesondere ein verbessertes Planetengetriebe, bereitzustellen. Gemäß einem weiteren Aspekt ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung zudem eine verbesserte E-Achse, insbesondere für ein Kraftfahrzeug bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird gelöst mit einer Verbindungsanordnung, insbesondere einem Planetengetriebe, gemäß den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 sowie einer E-Achse gemäß den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 5.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängig formulierten Ansprüchen angegeben. Die in den abhängig formulierten Ansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale sind in technologisch sinnvoller Weise miteinander kombinierbar und können weitere Ausgestaltungen der Erfindung definieren. Darüber hinaus werden die in den Ansprüchen angegebenen Merkmale in der Beschreibung näher präzisiert und erläutert, wobei weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung dargestellt werden.
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Gemäß einem ersten Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung eine Verbindungsanordnung, insbesondere ein Planetengetriebe, umfassend ein Hohlrad mit einer Innenverzahnung, das über eine formschlüssige Verbindung mit einem Hohlradträger oder einem Gehäuse drehfest mit Spielpassung verbunden ist, derart, dass der Hohlradträger oder das Gehäuse eine Vielzahl von radial nach außen weisenden Vorsprüngen aufweist, die mit einer Vielzahl von am Außenring des Hohlrads ausgebildeten korrespondierenden Ausnehmungen in Wirkverbindung stehen, oder umgekehrt. Das Hohlrad ist dabei in dem Hohlradträger oder dem Gehäuse vorzugsweise axial gesichert.
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Die Erfindung kennzeichnet sich dadurch aus, dass die Vielzahl von Ausnehmungen und/oder die Vielzahl von Vorsprüngen an zumindest einer ihrer Kontaktflächen eine reibungsminimierende Beschichtung aufweisen, die derart ausgebildet ist, dass die formschlüssige Verbindung akustisch entkoppelbar ist.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die wesentliche Erkenntnis zugrunde, dass durch die reibungsminimierende Beschichtung der Reibwert in radialer Richtung deutlich reduziert wird und sich somit positiv auf die Geräuschübertragung auswirkt.
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In einer vorteilhaften Ausführungsvariante weist jede der Kontaktflächen der Vielzahl von Ausnehmungen und/oder der Vielzahl von Vorsprüngen die reibungsminimierende Beschichtung auf. Alternativ oder ergänzend hierzu ist vorzugsweise jede der Vielzahl der Ausnehmungen vollständig, besonders bevorzugt der gesamte Außenring des Hohlrads, und/oder jeder der Vielzahl von Vorsprüngen vollständig mit der reibungsminimierenden Beschichtung beschichtet. Abhängig von der Art der Beschichtung und/oder des gewählten Materials kann somit der Reibwert besonders effektiv gesenkt und/oder eine zusätzliche Dämpfung in das Übertragungssystem eingebracht werden.
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In einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung zudem eine E-Achse für ein Kraftfahrzeug, umfassend die erfindungsgemäße Verbindungsanordnung, insbesondere das Planetengetriebe.
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Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Erfindung durch die gezeigten Ausführungsbeispiele nicht beschränkt werden soll. Insbesondere ist es, soweit nicht explizit anders dargestellt, auch möglich, Teilaspekte der in den Figuren erläuterten Sachverhalte zu extrahieren und mit anderen Bestandteilen und Erkenntnissen aus der vorliegenden Beschreibung und/oder Figuren zu kombinieren. Insbesondere ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren und insbesondere die dargestellten Größenverhältnisse nur schematisch sind. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Gegenstände, so dass ggf. Erläuterungen aus anderen Figuren ergänzend herangezogen werden können. Es zeigen:
- 1 einen Teilbereich einer aus dem Stand der Technik bekannten Verbindungsanordnung,
- 2 eine erste Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung,
- 3 eine zweite Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung,
- 4 eine dritte Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung, und
- 5 eine vierte Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung.
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In 1 ist ein Teilbereich einer aus dem Stand der Technik bekannten Verbindungsanordnung 1, insbesondere eines Planetengetriebes, dargestellt. Die Verbindungsanordnung 1 umfasst im Wesentlichen ein Hohlrad 2 sowie einen Hohlradträger 3, der in Form eines separaten Bauteils, wie dargestellt, oder in Form eines Gehäuses ausgebildet sein kann (nicht dargestellt). Der in 1 sowie den nachfolgenden 2 bis 4 gezeigte Hohlradträger 3 ist aus Darstellungsgründen in einer zum Hohlrad 2 beabstandeten Anordnung gezeigt.
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Das Hohlrad 2 der Verbindungsanordnung 1 umfasst eine Innenverzahnung 4, die mit mehreren Planetenrädern 5 des Planetengetriebes in Eingriff steht. Das Hohlrad 2 ist über eine formschlüssige Verbindung mit dem Hohlradträger 3 mit Spielpassung verbunden, derart, dass der Hohlradträger 3 oder das Gehäuse eine Vielzahl von radial nach außen weisenden Vorsprüngen 6 aufweist, die mit einer Vielzahl von am Außenring 7 des Hohlrads 2 ausgebildeten korrespondierenden Ausnehmungen 8 in Wirkverbindung stehen. Die Wirkverbindung entsteht hierbei durch einen Kontakt zwischen beiden Bauteilen 6, 8 an ihren torsionalen Kontaktflächen 9, 10. Das Hohlrad 2 ist in der vorliegend dargestellten Ausführungsvariante in dem Hohlradträger 3 axial gesichert.
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2 zeigt eine erste Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung 1, wobei die Vielzahl der Ausnehmungen 8 und die Vielzahl von Vorsprüngen 6 an ihren torsionalen Kontaktflächen 9, 10 eine reibungsminimierende Beschichtung 11 aufweisen, die derart ausgebildet ist, dass die formschlüssige Verbindung zwischen Hohlrad 2 und Hohlradträger 3 akustisch entkoppelbar ist. In einer alternativen Ausführungsvariante kann die reibungsminimierende Beschichtung 11 nur an den torsionalen Anlageflächen 9 der Vielzahl der Ausnehmungen 8 oder nur an den torsionalen Anlageflächen 10 der Vielzahl von Vorsprüngen 6 ausgebildet sein, um den das Hohlrad 2 und den Hohlradträger 3 akustisch voneinander zu entkoppeln.
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In 3 ist eine zweite Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung 1 gezeigt. Im Unterschied zu der vorhergehenden in 1 gezeigten Ausführungsvariante ist der gesamte Außenring 7 des Hohlrads 2 mit der reibungsminimierenden Beschichtung 11 beschichtet.
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4 zeigt eine dritte Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung 1, in der jeder der Vielzahl von Vorsprüngen 6 des Hohlradträgers 3 vollständig mit der reibungsminimierenden Beschichtung 11 beschichtet ist, beispielsweise mittels eines Kunststoff-Clips.
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5 zeigt eine vierte Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung 1, in der sowohl der gesamte Außenring 7 des Hohlrads 2 mit der reibungsminimierenden Beschichtung 11 als auch jeder der Vielzahl von Vorsprüngen 6 des Hohlradträgers 3 vollständig mit der reibungsminimierenden Beschichtung 11 beschichtet ist.
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Die Erfindung ist nicht auf die in den unabhängigen Ansprüchen definierten Merkmalskombinationen beschränkt, sondern kann auch durch jede beliebige andere Kombination von bestimmten Merkmalen aller insgesamt offenbarten Einzelmerkmale definiert sein. Dies bedeutet, dass grundsätzlich praktisch jedes Einzelmerkmal der unabhängigen Ansprüche weggelassen bzw. durch mindestens ein an anderer Stelle der Anmeldung offenbartes Einzelmerkmal ersetzt werden kann. Insofern ist der unabhängige Anspruch lediglich als ein erster Formulierungsversuch für die vorliegende Erfindung zu verstehen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Verbindungsanordnung / Planetengetriebe
- 2
- Hohlrad
- 3
- Hohlradträger
- 4
- Innenverzahnung
- 5
- Planetenrad
- 6
- Vorsprung
- 7
- Außenring
- 8
- Ausnehmung
- 9
- Kontaktfläche am Hohlrad
- 10
- Kontaktfläche am Hohlradträger
- 11
- reibungsminimierende Beschichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10393256 B4 [0010]
- DE 102015216393 A1 [0011]
- DE 69701327 T2 [0012]
- DE 102012105549 A1 [0013]
- EP 2642159 A1 [0014]
- DE 102017220688 A1 [0015]
