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Die Erfindung betrifft eine Drehmomentübertragungseinrichtung mit zwei um dieselbe Drehachse verdrehbaren Bauteilen und einer diese drehfest verbindenden Drehschlussverbindung.
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Gattungsgemäße Drehmomentübertragungseinrichtungen dienen insbesondere in Antriebssträngen von Kraftfahrzeugen der Übertragung eines anstehenden Drehmoments beispielsweise von einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine auf eine nachgeordnete Antriebsstrangeinrichtung, beispielsweise einen Rotor einer Elektromaschine. Zwischen einem mit der Brennkraftmaschine verbundenen Bauteil und einem mit der nachfolgenden Antriebsstrangeinrichtung verbundenen Bauteil ist eine Drehschlussverbindung angeordnet, die idealerweise spielfrei arbeitet, um bei Wechselmomenten mit Drehrichtungsumkehr oder im Leerlauf Geräusche wie Lastschläge oder Leerlaufrasseln zu verhindern.
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Aus den Druckschriften
DE 10 2019 123 794 A1 und
DE 10 2019 130 273 A1 sind jeweils gattungsgemäße Drehmomentübertragungseinrichtungen bekannt, die als Steckverzahnung von Innen- und Außenverzahnungen ausgebildet sind. Aufgrund des systembedingten Umfangsspiels derartiger Verzahnungen werden Maßnahmen wie Reibungseinrichtungen und Vorspanneinrichtungen getroffen, um Geräusche aufgrund der aneinanderschlagenden Zähne der Verzahnungen zu vermeiden.
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Aus der Druckschrift
DE 10 2018 110 016 A1 ist eine gattungsgemäße Drehmomentübertragungseinrichtung bekannt, die aus einer als Hirthverzahnung ausgebildeten Axialverzahnung gebildet ist. Die Übertragungskapazität einer derartigen Axialverzahnung insbesondere bei kleinen Durchmessern ist beschränkt.
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Aufgabe der Erfindung ist die Weiterbildung einer gattungsgemäßen Drehmomentübertragungseinrichtung. Insbesondere ist Aufgabe der Erfindung, eine Drehmomentübertragungseinrichtung vorzuschlagen, die bei kleinen Durchmessern angeordnet werden kann und sowohl kleine als auch große Drehmomente spielfrei überträgt. Die Aufgabe wird durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Die von dem Anspruch 1 abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Ausführungsformen des Gegenstands des Anspruchs 1 wieder.
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Die vorgeschlagene Drehmomentübertragungseinrichtung dient der Übertragung von Drehmoment, insbesondere in einem Antriebsstrang, beispielsweise einem Hybridantriebsstrang zwischen einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine und einer sich anschließenden Antriebsstrangeinrichtung, beispielsweise einer Reibungskupplung, einer Doppelkupplung, einem hydrodynamischen Drehmomentwandler oder bevorzugt einem Rotor einer Elektromaschine. Hierzu sind zwei um dieselbe Drehachse verdrehbar angeordnete Bauteile vorgesehen, die einerseits der Kurbelwelle direkt oder indirekt und andererseits beispielsweise dem Rotor einer Elektromaschine direkt oder indirekt zugeordnet sind. Zwischen den beiden Bauteilen ist eine diese drehfest verbindende Drehschlussverbindung vorgesehen. Die Drehschlussverbindung kann trennbar ausgebildet sein.
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Um die Drehschlussverbindung auf einem kleinen Durchmesser mit einem hohen übertragbaren Drehmoment und spielfreiem Drehantrieb ausbilden zu können und damit ausreichend radialen Bauraum für weitere Komponenten des Antriebsstrangs zur Verfügung stellen zu können, ist die Drehschlussverbindung aus einer spielfreien Axialprofilierung und einer in Umfangsrichtung spielbehafteten Radialprofilierung gebildet. Hierbei können kleine und mittlere Drehmomente in Umfangsrichtung spielfrei über die Axialprofilierung, beispielsweise eine Hirthverzahnung übertragen werden und größere Drehmomente nach Abbau des Umfangsspiels der Radialprofilierung wie beispielsweise einer Radialverzahnung zwischen einer Innenverzahnung des einen und einer Außenverzahnung des anderen Bauteils über diese ohne Überlastung der Axialprofilierung übertragen werden.
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In bevorzugter Weise sind die Bauteile axial gegeneinander festgelegt. Beispielsweise können die Bauteile axial gegeneinander entgegen einer Federeinrichtung mit vorgegebener Steifigkeit vorgespannt sein. Bevorzugt ist eine formschlüssige axiale Festlegung, beispielsweise mittels einer Verschraubung. Hierzu können in einem Bauteil ein oder mehrere Gewindebohrungen vorgesehen sein, an denen mittels einer oder mehrerer Schrauben das andere Bauteil verschraubt und damit die Axialprofilierung festgelegt, beispielsweise axial vorgespannt ist. Bei der Fügung und axialen Festlegung der Bauteile werden aufgrund der in Umfangsrichtung ausgebildeten Flanken der Axialprofilierung die Bauteile soweit verdreht, dass sich die Flanken der Radialprofilierung in eine Drehrichtung aneinander anlegen. Hierdurch wird das Umfangsspiel abgebaut und es ist in diese Drehrichtung eine spielfreie Übertragung von hohen Drehmomenten formschlüssig übertragbar. In die andere Drehrichtung überträgt die Axialprofilierung das anstehende Drehmoment.
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In einer ersten Ausführungsform der Verschraubung der Bauteile kann radial innerhalb der Drehschlussverbindung eine Zentralschraube vorgesehen sein, die beispielsweise von der Kurbelwellenseite her durch das benachbarte Bauteil mit dem abgewandten Bauteil verschraubt ist.
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In einer alternativen Ausführungsform der Verschraubung können über den Umfang verteilt angeordnete Befestigungsschrauben vorgesehen sein. Die Befestigungsschrauben sind in bevorzugter Weise von der Kurbelwellenseite her durch das benachbarte, erste Bauteil mit dem beabstandeten zweiten Bauteil verschraubt. Um radialen Bauraum zu sparen, können die Befestigungsschrauben auf radialer Höhe der Axialprofilierung angeordnet sein und damit das erste Bauteil durchgreifen. Zum Ausgleich des möglichen Umfangsspiels der Drehschlussverbindung können die Öffnungen für die Befestigungsschrauben des ersten Bauteils in Umfangsrichtung länglich ausgebildet sein.
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Zur Ausbildung der Drehschlussverbindung weisen die Bauteile beispielsweise zur Einsparung von radialem Bauraum unmittelbar um die Drehachse angeordnete, radial ineinander geschachtelte Abschnitte auf, an welchen radial gegenüberliegende, radial ineinander drehschlüssig greifende Profile, insbesondere Verzahnungen vorgesehen sind. Hierbei übergreifen sich die Abschnitte axial, wobei an einem Bauteil beispielsweise eine Innenverzahnung und an dem anderen Bauteil eine Außenverzahnung angeordnet ist, die mit dem üblichen, beispielsweise fertigungs- und/oder montagebedingten Umfangsspiel zur Bildung der Radialprofilierung ineinandergreifen. Zumindest eine Profilierung, das heißt die Axial- und/oder die Radialprofilierung können bevorzugt lediglich in eine Drehrichtung wirksam ausgebildet sein. Beispielsweise kann die Axialprofilierung in eine Drehrichtung mit kleinerem maximalem Drehmoment und die Radialprofilierung in die entgegengesetzte Drehrichtung mit größerem maximalem Drehmoment wirksam ausgelegt sein. Beispielsweise kann die Axialprofilierung in beide Drehrichtungen wirksam und die Radialprofilierung in eine Drehrichtung, beispielsweise in Zugrichtung des Antriebsstrangs oder in Zugrichtung der Brennkraftmaschine gegenüber der Elektromaschine wirksam ausgelegt sein. Hierbei kann die Axialprofilierung das Umfangsspiel der Radialprofilierung im Zugbetrieb sowie Lastwechsel in der Radialprofilierung überbrücken und das Drehmoment zum Start der Brennkraftmaschine mittels der Elektromaschine übertragen. Die Radialprofilierung überträgt das Antriebsmoment der Brennkraftmaschine.
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Um weiteren Bauraum zu sparen, kann die insbesondere als Hirthverzahnung ausgebildete Axialverzahnung radial unmittelbar zur Radialprofilierung angeordnet sein. Je nach Ausbildung der einander axial übergreifenden Bereiche mit den Profilen zur Bildung der Radialprofilierung kann sich die Axialprofilierung nach radial außen oder radial innen anschließen. Beispielsweise kann ein erstes Axialprofil wie Axialverzahnung an einer Stirnseite einer Nabe eines Bauteils, bevorzugt des getriebe- oder rotorseitigen Bauteils angeordnet sein, wobei das komplementäre zweite Axialprofil an einem Scheibenteil, beispielsweise einem Nabenflansch des kurbelwellenseitig zugeordneten Bauteils beispielsweise werkzeugfallend angeprägt ist.
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Mit anderen Worten wird in einer vorteilhaften Anwendung der Drehmomentübertragungseinrichtung in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs aufgrund unterschiedlich hoher Belastungen im Zug- und Schubbetrieb eine Kombination aus Axialprofilierung wie beispielsweise einer Hirthverzahnung und einer Radialprofilierung wie beispielsweise einer Steckverzahnung vorgeschlagen. In bevorzugter Weise sind die jeweiligen Axial- und/oder Radialprofile wie beispielsweise Verzahnungen nur in eine Drehrichtung belastbar ausgebildet. In bevorzugter Weise übernimmt die Axialprofilierung die kleinere Belastung, die Radialprofilierung die größere. Somit kann der Wirkdurchmesser der momentenlimitierten Axialprofilierung radial weiter innen angeordnet vorgesehen werden. Mittels einer axial festgelegten Verbindung der drehschlüssig verbundenen Bauteile kann beispielsweise eine Verzahnungsflanke einer Hirthverzahnung Drehmoment übertragen, bis die Bauteile innerhalb der Zahnflanken einer beispielsweisen Steckverzahnung zum Anliegen kommen. Bei einer entsprechend eingestellten axialen Vorspannkraft der Bauteile kann eine vorgegebene Verspannung der Bauteile in Umfangsrichtung eingestellt werden, so dass das von den Zahnflanken vorgegebene Umfangsspiel der Steckverzahnung überbrückt wird.
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In bevorzugter Weise ist nur eine Übertragung des anstehenden Drehmoments in Zugrichtung vorgesehen. Die Übertragung des anstehenden Drehmoments in Schubrichtung wird von der Hirthverzahnung übernommen, so dass die Ausbildung der Zahnflanken in Schubrichtung frei gestaltet sein kann. Beispielsweise kann der dadurch verfügbare Bauraum der der Momentenübertragung abgewandten Seite der Zahnflanken der Spannungsoptimierung der Zahnfußgeometrie genutzt werden. Dabei kann gegenüber einer symmetrischen Ausbildung der Zahnflanken mehr Drehmoment übertragen oder der Durchmesser des Wirkdurchmessers der Steckverzahnung weiter verkleinert werden.
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Die Erfindung wird anhand der in den 1 bis 5 dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Diese zeigen:
- 1 eine Drehmomentübertragungseinrichtung in nicht montiertem Zustand in 3D-Ansicht,
- 2 die Drehmomentübertragungseinrichtung der 1 im montierten Zustand in 3D-Ansicht,
- 3 den oberen Teil einer um eine Drehachse verdrehbar angeordneten Drehmomentübertragungseinrichtung im Schnitt,
- 4 den oberen Teil einer um eine Drehachse verdrehbar angeordneten, gegenüber der Drehmomentübertragungseinrichtung der 1 bis 3 abgeänderten Drehmomentübertragungseinrichtung im Schnitt,
und
- 5 den oberen Teil einer um eine Drehachse verdrehbar angeordneten, gegenüber den Drehmomentübertragungseinrichtungen der 1 bis 4 abgeänderten Drehmomentübertragungseinrichtung im Schnitt.
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Die 1 und 2 zeigen die Drehmomentübertragungseinrichtung 1 in 3D-Ansicht im nicht montierten Zustand (1) und im montierten Zustand (2). Die Drehmomentübertragungseinrichtung 1 enthält die beiden um die Drehachse d verdrehbar angeordneten Bauteile 2, 3, die mittels der Drehschlussverbindung 4 mit der Axialprofilierung 5 und der Radialprofilierung 6 miteinander drehschlüssig verbindbar sind. Die Axialprofilierung 5 enthält die hier als Hirthverzahnung 7 ausgebildeten Profile 8, 9 in Form von Axialverzahnungen, die bei axialer Festlegung der Bauteile 2, 3 aufeinander eine spielfreie Verbindung bilden. Die axiale Festlegung der Bauteile 2, 3 erfolgt hier mittels an dem Bauteil 2 angelegten und mittels der in dem Bauteil 3 auf radialer Höhe der Axialprofilierung 5 über den Umfang verteilt angeordneten Gewindebohrungen 10. Die Radialprofilierung 6 ist in Umfangsrichtung prinzipbedingt aufgrund von Fertigungs- und Montagetoleranzen spielbehaftet ausgebildet. Dies bedeutet, dass die Radialprofilierung 6 mit ihren radial ineinandergreifenden Profilen 11, 12, die hier als Steckverzahnung 13 mit der Innenverzahnung 14 des Bauteils 2 und der Außenverzahnung 15 des Bauteils 3 ausgebildet sind, ein Umfangsspiel aufweist.
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Werden die Bauteile 2, 3 ausgehend von dem nicht montierten Zustand der 1 axial mittels Verschrauben in den montierten Zustand der 2 festgelegt, legen sich zunächst die Profile 8, 9 aneinander an und verdrehen die Bauteile 2, 3 soweit relativ um die Drehachse d gegeneinander, bis die Flanken der Profile 11, 12 einen Formschluss bilden.
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Infolge dieser axialen Vorspannung und der damit erzwungenen Anlage der in Umfangsrichtung gegenüberliegenden Flanken der Profile 11, 12 kann die Radialprofilierung 6 spielfrei ein sehr hohes Drehmoment in die Drehrichtung des Pfeils 16, beispielsweise in Zugrichtung eines Antriebsstrangs übertragen. Die gegenüberliegenden, in Umfangsrichtung zueinander beabstandeten und kein Drehmoment übertragenden Flanken beziehungsweise Seiten der Profile 11, 12 können zur besseren Übertragung von Drehmoment der gegenüberliegenden Flanken spannungsoptimiert und/oder zur Steigerung des Drehmoments optimiert ausgebildet sein.
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Die Axialprofilierung 5 überträgt in die entgegengesetzte Richtung des Pfeils 16 ein in der Regel kleineres Drehmoment, beispielsweise in Schubrichtung eines Antriebsstrangs spielfrei.
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Die 3 zeigt den oberen Teil der um die Drehachse d angeordneten Drehmomentübertragungseinrichtung 1a im Schnitt. Die Drehmomentübertragungseinrichtung 1a entspricht im Wesentlichen dem Wirkprinzip der Drehmomentübertragungseinrichtung 1 der 1 und 2 und weist zwischen den Bauteilen 2a, 3a die Drehschlussverbindung 4a mit der Axialprofilierung 5a und der Radialprofilierung 6a auf.
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Die Drehmomentübertragungseinrichtung 1a ist in einer Umgebung eines Antriebsstrangs eingebaut. Das eingangsseitige Antriebsteil 17a, beispielsweise ein mit der Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine verbundenes Scheibenteil ist mit dem beispielsweise aus Blech umgeformten Bauteil 2a mittels der Niete 18a verbunden. Das Bauteil 2a weist den radial innen axial angeformten Ansatz 19a, an dem bevorzugt werkzeugfallend die Außenverzahnung 15a zur Bildung der Steckverzahnung 13a und das Profil 8a zur Bildung der Hirthverzahnung 7a angearbeitet sind, auf.
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Das Bauteil 3a ist mit dem bezogen auf die Drehmomentübertragungseinrichtung 1a ausgangsseitigen Abtriebsteil 20a, beispielsweise einem Rotorträger einer Elektromaschine, welcher mittels des Lagers 21a verdrehbar und axial fest an dem mit dem Stator der Elektromaschine verbundenen Trägerteil 22a gelagert ist, fest verbunden, hier verschweißt. Das massiv ausgebildete Bauteil 3a weist radial innen die mit der Außenverzahnung 15a kämmende Innenverzahnung 14a auf. Stirnseitig ist an dem Bauteil 3a das mit dem Profil 8a kämmende Profil 9a zur Bildung der Hirthverzahnung 7a eingebracht.
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Die axiale Festlegung der Bauteile 2a, 3a erfolgt mittels der Befestigungsschrauben 23a, die durch Öffnungen 24a des Bauteils 2a mit den Gewindebohrungen 10a verschraubt sind. Die Befestigungsschrauben 23a sind über den Umfang verteilt angeordnet und zur Einsparung von radialem Bauraum auf der radialen Höhe der Axialprofilierung 5a wie Hirthverzahnung 7a angeordnet. Die Drehschlussverbindung 4a ist unmittelbar und soweit technisch möglich eng beabstandet zur Drehachse d angeordnet. Der radiale Freiraum 25a um die Drehachse d dient gegebenenfalls der Durchführung einer Welle und/oder eines Wellenabschnitts, so dass das Bauteil 2a mit entsprechend kleinem Ringspalt hierzu beabstandet werden muss.
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Die Drehmomentübertragungseinrichtung 1a ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel rotorseitig beziehungsweise getriebeseitig aufgenommen. Die Anbindung der Drehmomentübertragungseinrichtung 1a und damit der Getriebeseite erfolgt während der Hochzeit zwischen der Brennkraftmaschine und der Rotor-/Getriebeseite mittels des Antriebsteils 17a, welches mit einer Schwungscheibe oder dergleichen der Kurbelwelle verbindbar ist.
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Die 4 zeigt den oberen Teil der gegenüber der Drehmomentübertragungseinrichtung 1a der 3 leicht abgeänderten, um die Drehachse d verdrehbar angeordneten Drehmomentübertragungseinrichtung 1b mit der zwischen den Bauteilen 2b, 3b wirksamen Drehschlussverbindung 4b mit der Axialprofilierung 5b und der Radialprofilierung 6b im Schnitt. Im Gegensatz zu der Drehmomentübertragungseinrichtung 1a sind die Bauteile 2b, 3b mittels der Zentralschraube 23b aufeinander axial festgelegt.
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Hierzu weist das Bauteil 3b an seinem Innenumfang die zentrale Gewindeöffnung 10b auf, mit der die Zentralschraube 23b verschraubt ist, wobei der Schraubenkopf 26b der Zentralschraube 23b an dem Bauteil 3b axial abgestützt ist.
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Die 5 zeigt den oberen Teil der gegenüber der Drehmomentübertragungseinrichtung 1b der 4 leicht abgeänderten Drehmomentübertragungseinrichtung 1c im Schnitt. Im Unterschied zu der Drehschlussverbindung 4b der Drehmomentübertragungseinrichtung 1b ist die Radialprofilierung 6c radial außerhalb der Axialprofilierung 5c angeordnet. Hierzu weist das Bauteil 2c den axial erweiterten Flansch 19c auf, an dessen Innenumfang die Innenverzahnung 14c angeordnet ist. Der Flansch 19c übergreift die an dem Bauteil 3c ausgebildete Schulter 27c mit der Außenverzahnung 15c axial. Die zwischen den Bauteilen 2c, 3c wirksame Axialprofilierung 5c und die Radialprofilierung 6c der Drehschlussverbindung 4c sind unmittelbar benachbart angeordnet und berühren sich radial außen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Drehmomentübertragungseinrichtung
- 1 a
- Drehmomentübertragungseinrichtung
- 1b
- Drehmomentübertragungseinrichtung
- 1c
- Drehmomentübertragungseinrichtung
- 2
- Bauteil
- 2a
- Bauteil
- 2b
- Bauteil
- 2c
- Bauteil
- 3
- Bauteil
- 3a
- Bauteil
- 3b
- Bauteil
- 3c
- Bauteil
- 4
- Drehschlussverbindung
- 4a
- Drehschlussverbindung
- 4b
- Drehschlussverbindung
- 4c
- Drehschlussverbindung
- 5
- Axialprofilierung
- 5a
- Axialprofilierung
- 5b
- Axialprofilierung
- 5c
- Axialprofilierung
- 6
- Radialprofilierung
- 6a
- Radialprofilierung
- 6b
- Radialprofilierung
- 6c
- Radialprofilierung
- 7
- Hirthverzahnung
- 7a
- Hirthverzahnung
- 8
- Profil
- 8a
- Profil
- 9
- Profil
- 9a
- Profil
- 10
- Gewindebohrung
- 10a
- Gewindebohrung
- 10b
- Gewindebohrung
- 11
- Profil
- 12
- Profil
- 13
- Steckverzahnung
- 13a
- Steckverzahnung
- 14
- Innenverzahnung
- 14a
- Innenverzahnung
- 14c
- Innenverzahnung
- 15
- Außenverzahnung
- 15a
- Außenverzahnung
- 15c
- Außenverzahnung
- 16
- Pfeil
- 17a
- Antriebsteil
- 18a
- Niet
- 19a
- Ansatz
- 19c
- Flansch
- 20a
- Abtriebsteil
- 21a
- Lager
- 22a
- Trägerteil
- 23a
- Befestigungsschraube
- 23b
- Zentralschraube
- 24a
- Öffnung
- 25a
- Freiraum
- 26b
- Schraubenkopf
- 27c
- Schulter
- d
- Drehachse
