Drehmomentübertraqunqsbauqruppe für den Antriebsstranq eines Fahrzeugs

Beschreibung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Drehmomentübertragungsbaugruppe für den Antriebsstrang eines Fahrzeugs, umfassend zwei zur gemeinsamen Drehung um eine Drehachse miteinander gekoppelte oder zu koppelnde Bauteile, wobei ein erstes dieser Bauteile eine Innenumfangsverzahnung aufweist und ein zweites dieser Bauteile eine mit der Innenumfangsverzahnung in Drehkopplungseingriff stehende oder zu bringende Außenumfangsverzahnung aufweist, wobei bei einer Verzahnung von Innenumfangsverzahnung und Außenumfangsverzahnung die Zähne in einem ersten axialen Endbereich der einen Verzahnung, in welchem ersten axialen Endbereich die Zähne der einen Verzahnung zuerst in Drehkopplungseingriff mit den Zähnen der anderen Verzahnung gelangen.

Im Antriebsstrang eines Fahrzeugs sind an verschiedensten Stellen Bauteile bzw. Antriebsstrangkomponenten, die vor dem Zusammenfügen des Antriebsstrangs separat bereitgestellt sind, beim Zusammenfügen des Antriebsstrangs miteinander zu koppeln, um einen Drehmomentenfluss über den Antriebsstrang zu gewährleisten oder im Antriebsstrang einen Nebenabtrieb oder eine Drehmomentenabstützung bereitstellen zu können. Dies sei im Folgenden mit Bezug auf die Fig. 1 der DE 10 2010 002 846 A1 anhand eines dort schematisch dargestellten hydrodynamischen Drehmomentwandlers 10 veranschaulicht. Dieser umfasst ein Gehäuse 12, das über eine Kopplungsanordnung 14 mit einem Antriebsaggregat, beispielsweise einer Brennkraftmaschine, zu koppeln ist und durch diese zur Drehung um eine Drehachse A antreibbar ist. Im Inneren eines derartigen hydrodynamischen Drehmomentwandlers sind im Allgemeinen ein Pumpenrad, ein Turbinenrad und ein Leitrad angeordnet. Das Antriebsdrehmoment für ein Fahrzeug wird beispielsweise von einer Turbinenradnabe 16 auf eine Getriebeeingangswelle 18 übertragen. Das Leitrad ist mit einer Leitradnabe 20 auf einer Stützwel- ZF Friedrichshafen AG Akte 211378 Friedrichshafen 2021 -11 -11 le 22 getragen, so dass es unter der Wirkung eines an der Leitradnabe 20 vorgesehenen Freilaufs in einer Richtung um die Drehachse A drehbar ist, gegen Drehung in der anderen Richtung aber blockiert ist. Eine durch das Gehäuse 12 bereitgestellte bzw. daran vorgesehene Pumpennabe 24 treibt im Rotationsbetrieb über eine Pumpenwelle 26 eine beispielsweise in einem Getriebe angeordnete Fluidpumpe, also beispielsweise Ölpumpe, an und ist, ebenso wie die Stützwelle 22 als Hohlwelle ausgebildet.

Zur Drehmomentenübertragungs- bzw. Drehmomentenabstützungskopplung zwischen diesen verschiedenen Systembereichen wirken Drehmomentübertragungsbaugruppen 28, 30, 32, die jeweils eine Verzahnung 34, 36, 38 an einem der miteinander zu koppelnden Bauteile und eine Verzahnung 40, 42, 44 am anderen der zu koppelnden Bauteile umfassen.

Im Falle eines hydrodynamischen Drehmomentwandlers wird beim Aufbau eines Antriebsstrangs der hydrodynamische Drehmomentwandler 10 in Richtung der Drehachse A auf die drei zueinander koaxial angeordneten Wellen 18, 22, 26 aufgeschoben. Man erkennt in der Fig. 1 , dass dabei im Allgemeinen nicht die Möglichkeit besteht, durch visuelle Wahrnehmung zu erkennen, ob die Zähne der jeweils miteinander in Drehkopplungseingriff zu bringenden Verzahnungen so zueinander ausgerichtet sind, dass ein axiales Ineinandereinschieben möglich ist. Bei dem hydrodynamischen Drehmomentwandler 10 ist der Aufbau dabei grundsätzlich derart, dass bei axialer Heranbewegung desselben an die in drei koaxial angeordneten Wellen 18, 22, 26 zunächst die Drehmomentübertragungsbaugruppe 28 mit ihren Verzahnungen 34, 40 in den Drehkopplungseingriffszustand gebracht wird, dann bei weiterer Axialbewegung die Drehmomentübertragungsbaugruppe 30 mit ihren Verzahnungen 36 und 38 und am Ende die Drehmomentübertragungsbaugruppe 32 mit ihren Verzahnungen 38, 44 in Drehkopplungseingriff gebracht wird.

Sollte bei der Axialbewegung durch gegenseitiges Anstoßen der Verzahnun- ZF Friedrichshafen AG Akte 211378 Friedrichshafen 2021 -11-11 gen 34, 40 bzw. 36, 42 eine Axialbewegungsblockierung auftreten, kann dies durch geringfügige Verdrehung des Drehmomentwandlers 10 beseitigt werden. Das Auftreten einer derartigen Axialbewegungsblockierung hängt damit zusammen, dass, beispielsweise die Zähne der Verzahnung 34 an der Turbinenradnabe in ihrem axialen Endbereich 48, in welchem sie bei Herstellung des Drehkopplungseingriffs zunächst in Eingriff mit den Zähnen der Verzahnung 40 an der Getriebeeingangswelle 18 treten, durch eine Stirnfläche 70 begrenzt sind, die grundsätzlich im Wesentlichen orthogonal zur Richtung der Drehachse und somit auch orthogonal zu einer Bewegungsrichtung R steht, in welcher die Verzahnungen 34, 40 aufeinander zu bewegt werden. Im Allgemeinen sind diese Stirnflächen 70 in axialer Richtung schräg angestellt, was die Darstellung der Fig. 4 erkennen lässt. Durch diese grundsätzlich aber zur Bewegungsrichtung R bzw. zur Drehachse A senkrechte Ausrichtung wird beim gegenseitigen Anstoßen von Zähnen der Verzahnungen 34, 40 eine weitere Axialbewegung verhindert. Das aktiv herbeigeführte Verdrehen der Verzahnungen bis zum Aufheben des gegenseitigen Anstoßes der Stirnflächen zweier Zähne bzw. Verzahnungen gestattet eine weitere Axialbewegung. Tritt ein entsprechender Zustand jedoch bei den Verzahnungen 38, 44 auf, führt die Verdrehung des gesamten hydrodynamischen Drehmomentwandlers 10 im Allgemeinen zu einer Mitdrehung der sehr leicht drehbaren Welle 26a.

Da beim Versuch, den Drehmomentwandler 10 zu drehen, durch die axial aneinander anstoßenden Verzahnungen die Welle 26a mitgedreht wird, kann das Herstellen des Drehkopplungseingriffs der beiden Verzahnungen 38, 44 im Allgemeinen nur dadurch erreicht werden, dass der Drehmomentwandler 10 zunächst zurückgezogen, ohne Kontakt mit der Welle 26a geringfügig verdreht und dann wieder axial auf die Welle 26a zu bewegt wird, wobei jedoch visuell nicht erkennbar ist, ob dann eine korrekte Ausrichtung der Verzahnungen 38, 44 hergestellt ist, die eine Herstellung des Drehkopplungseingriffs gestattet. ZF Friedrichshafen AG Akte 211378 Friedrichshafen 2021 -11-11

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Drehmomentübertragungsbaugruppe für den Antriebsstrang eines Fahrzeugs, vorzusehen, mit welcher der Drehkopplungseingriff zweier zur gemeinsamen Drehung zu koppelnden System bereiche einfach und zuverlässig herstellbar ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch eine Drehmomentübertragungsbaugruppe, für den Antriebsstrang eines Fahrzeugs, umfassend zwei zur gemeinsamen Drehung um eine Drehachse miteinander gekoppelte oder zu koppelnde Bauteile, wobei ein erstes dieser Bauteile eine Innenumfangsverzahnung aufweist und ein zweites dieser Bauteile eine mit der Innenumfangsverzahnung in Drehkopplungseingriff stehende oder zu bringende Außenumfangsverzahnung aufweist, wobei eine der Verzahnungen von Innenumfangsverzahnung oder Außenumfangsverzahnung zumindest eine erste axial vorstehende Einführspitze und eine zweite axial vorstehende Einführspitze aufweist, die dadurch zuerst beim Koppeln der beiden Bauteile in Drehkopplungseingriff mit der anderen Verzahnung gelangen, wobei die erste Einführspitze mittig an einer Stirnfläche eines Zahnes angeordnet ist, wobei die zweite Einführspitze außermittig an einer Stirnfläche eines weiteren Zahnes angeordnet ist.

Weiter wird die Aufgabe durch ein Verfahren zum Koppeln von zwei Bauteilen zur Übertragung von Drehmoment in einem Antriebsstrang gelöst, wobei die zwei Bauteile nach einem der Ansprüche 1 bis 7 ausgeführt sind, wobei beim Fügen der zwei Bauteile die mittige Einführspitze des Zahnes des einen Bauteils mittig auf eine Stirnfläche eines Zahnes des anderen Bauteils trifft, wobei die außermittige Einführspitze des Zahnes des einen Bauteils auf eine Zahnflanke eines Zahnes des anderen Bauteils trifft, wobei bei einem weiteren Zusammenführen der zwei Bauteile die außermittige Einführspitze an der Zahnflanke des Zahnes des anderen Bauteils abgleitet und dadurch sich das eine Bauteil zu dem anderen Bauteil (26, 24) solange relativ verdreht, bis der Zahn des einen Bauteils mit einer Zahnlücke des anderen Bauteils übereinstimmt und dadurch sich die beiden Bauteile weiter fügen lassen. ZF Friedrichshafen AG Akte 211378 Friedrichshafen 2021 -11-11

Weiter kann die Drehmomentübertragungsbaugruppe eine dritte Einführspitze vorsehen, wobei die dritte Einführspitze außermittig an einer Stirnfläche eines Zahnes angeordnet ist, wobei die außermittige Anordnung der dritten Einführspitze und die außermittige Anordnung der zweiten Einführspitze die gleiche außermittige Richtung aufweisen. Die gleiche außermittige Richtung der Einführspitzen ist entscheidend für die erfindungsgemäße Funktion bei der Verwendung von mehr als einer Einführspitze, da bei einer unterschiedlichen außermittigen Richtung der Einführspitzen es zu einem Blockieren beim Fügen der beiden Bauteile kommen kann.

Auch kann eine vierte Einführspitze vorgesehen sein, wobei die vierte Einführspitze mittig an einer Stirnfläche eines Zahnes angeordnet ist.

Es kann aber auch eine vierte Einführspitze vorgesehen sein, wobei die vierte Einführspitze außermittig an einer Stirnfläche eines Zahnes angeordnet ist wobei die außermittige Anordnung der vierten Einführspitze die gleiche außermittige Richtung aufweisen wie die zweite und dritte außermittig angeordneten Einführspitzen.

Es können auch weitere Einführspitzen vorgesehen sein, wobei die weiteren Einführspitzen jeweils außermittig vorgesehen sind und wobei alle außermittigen Einführspitzen die gleiche außermittige Richtung vorsehen.

Dabei können die Einführspitzen nahezu gleichmäßig über dem Umfang verteilt vorgesehen sein. Hierdurch kann das Fügen der beiden Bauteile vorteilhaft ausgeführt werden, da durch das gleichmäßige Verteilen der vorhandenen Einführspitzen über dem Umfang ein Verkanten oder ein Blockieren der beiden Bauteile beim Fügen vermieden oder zumindest reduziert wird.

Dabei ist es vorteilhaft, wenn die außermittig vorgesehenen Einführspitzen jeweils in Uhrzeigerrichtung versetzt oder jeweils entgegen Uhrzeigerrichtung versetzt an der jeweiligen Stirnfläche des jeweiligen Zahnes angeordnet sind. ZF Friedrichshafen AG Akte 211378 Friedrichshafen 2021 -11 -11

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die beiliegenden Figuren detailliert beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 in prinzipartiger Darstellung einen hydrodynamischen Drehmomentwandler mit drei zu koppelnden Wellen als Stand der Technik;

Fig. 2 eine lineare Abwicklung einer Verzahnung mit Einführspitzen als Stand der Technik.

Fig. 3 eine Draufsicht des Bauteils aus Figur 2.

Fig. 4 Ein Zahn aus dem Bauteil aus Figur 2 und 3

Fig. 5 eine Draufsicht auf ein Bauteil mit Innenverzahnung und erfindungsgemäß angeordneten Einführspitzen.

Fig. 6 eine lineare Abwicklung der Verzahnung mit Einführspitzen aus der Figur 5

Fig. 7 eine mittig angoerodnete Einführspitze

Fig. 8 eine außermittig angeordnete Einführspitze

Mit Bezug auf die Figur 1 wird im Folgenden anhand der Pumpenantriebsnabe, im Weiteren nur mit Nabe 24a bezeichnet, des Gehäuses 12 eines hydrodynamischen Drehmomentwandlers 10, die erfindungsgemäße Ausgestaltung einer Drehmomentübertragungsbaugruppe 32 mit den Verzahnungen 38 an der Nabe 24a und 44 an der Pumpenantriebswelle im Weiteren nur mit Welle 26a bezeichnet, detailliert erläutert. Es sei bereits hier darauf hingewiesen, dass eine derartige im Folgenden erläuterte Ausgestaltung der Drehmomentübertragungsbaugruppe selbstverständlich alternativ oder zu- ZF Friedrichshafen AG Akte 211378 Friedrichshafen 2021 -11-11 sätzlich auch bei den anderen beiden Drehmomentübertragungsbaugruppen 28 bzw. 30 der Fig. 1 oder in anderen Bereichen oder Ausgestaltungsarten eines Antriebsstrangs, beispielsweise bei der Ankopplung des Ausgangsbereichs einer nasslaufenden Reibungskupplung, ggf. auch in einem Hybridantriebssystem, an eine Pumpenantriebswelle oder dergleichen, realisiert sein kann.

Die Figur 2 zeigt mit der Figur 3 eine lineare Abwicklung der schon in der Figur 1 beschriebenen Nabe 24a mit drei Einführspitzen 62a, 62b, 62c. Dabei sind die Einführspitzen 62a, 62b, 62c gleichmäßig über dem Umfang verteilt vorgesehen, hier 3 x 120°, siehe auch die Figur 3, und die Einführspitzen 62a, 62b, 62c sind jeweils mittig an einer Stirnfläche 70a, 70b, 70c eines Zahnes vorgesehen. Dabei ragen die Einführspitzen axial hervor, so dass bei einem Fügen der Nabe 24a über die Welle 26a die Einführspitzen 62a, 62b, 62c zuerst in Kontakt mit der Welle 26a kommen. Dabei kann es sein, gut in der Figur 2 zu sehen, dass bei einem Fügen der Nabe 24a mit der Welle 26a die Einführspitzen 62a, 62b, 62c der Nabe 24a jeweils mittig auf die Stirnflächen 73a, 73b, 73c der Zähne 47a, 47b, 47c treffen und ein weiteres Fügen der Nabe 24a mit der Welle 26a nicht möglich ist. Wenn von extern die Nabe 24a zu der Welle 26a nicht relativ verdreht werden kann, ist ein weiteres Fügen völlig unmöglich.

Die Figuren 5 und 6 zeigen eine erfindungsgemäße Anordnung der bereits beschriebenen Einführspitzen 62a, 62b, 62c. Dabei ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die erste Einführspitze 62a wie im Stand der Technik bekannt, mittig an der Stirnfläche 70a des Zahnes 46a vorgesehen ist. Die zweite Einführspitze 62b, die hier nachfolgend in Uhrzeigerrichtung vorgesehen ist, ist jedoch außermittig an der Stirnfläche 70b des Zahnes 46b vorgesehen. Dabei ist hier die außermittige Anordnung entgegen des Uhrzeigersinns und beispielhaft mit 118,34° versetzt zu der ersten Einführspitze 62a vorgesehen.

Die dritte Einführspitze 62c ist ebenfalls in Uhrzeigerrichtung zu der zweiten ZF Friedrichshafen AG Akte 211378 Friedrichshafen 2021 -11 -11

Einführspitze 62b versetzt vorgesehen und ebenfalls außermittig entgegen des Uhrzeigersinns an der Stirnfläche 70c des Zahnes 46c vorgesehen. Dabei sind hier die zweite und dritte Einführspitze 62b, 62c zueinander unter 120° versetzt vorgesehen sind, so dass zwischen der ersten Einführspitze 62a und der dritten Einführspitze 62c ein Abstand von 121 ,67° vorhanden ist. Durch diesen außermittigen Versatz der zweiten und dritten Einführspitzen 62b, 62c wird beim Fügen der Nabe 24a mit der Welle 26a ein Blockieren dadurch verhindert, dass für den Fall, dass die erste Einführspitze 62a der Nabe 24a mittig auf die Stirnfläche 73a des Zahnes 47a der Welle 26a trifft, die zweite und die dritte Einführspitze 62b, 62c jedoch auf die jeweiligen Zahnflanken 72b, 72c der Welle 26a treffen und bei einem weiteren Fügen an den Zahnflanken 72b, 72c abgleiten und dadurch ein relatives Verdrehen der Nabe 24a zur Welle 26a so lange bewirken, bis ein Zahn, beispielsweise der Zahn 46b der Nabe 24a in eine Zahnlücke 49b der Welle 26a eindringt und dadurch ein weiteres Fügen der Nabe 24a mit der Welle 26a problemlos möglich ist. Dabei sei hier hingewiesen, dass die außermittigen Einführspitzen von der Stirnseite her betrachtet nicht über den dazugehörigen Zahn herausstehen dürfen. Es sei hier weiter hingewiesen, dass auch mehrere außermittige Einführspitzen und auch mittige Einführspitzen möglich sind. In der Praxis haben sich jedoch eine mittige und zwei außermittige Einführspitzen, nahezu gleichmäßig über dem Umfang verteilt vorgesehen, als vorteilhaft beim Fügen von einer Welle mit einer Nabe gezeigt.

Die Fig. 7 zeigt eine Ansicht des Zahnes 46a der Innenumfangsverzahnung 38 an der Nabe 24a von radial innen mit der mittig an der Stirnfläche 70a angeordneten Einführspitze 62a.

Die Figur 8 zeigt eine Ansicht des Zahnes 46b der Innenumfangsverzahnung 38 an der Nabe 24a von radial innen mit der außermittig an der Stirnfläche 70b angeordneten Einführspitze 62b. Trifft nun die Einführspitze 62b auf die wie in der Figur 6 beschriebene Zahnflanke 72b wirkt auf den Zahn 46b eine Kraftkomponente F in Axialrichtung und eine Umfangskraft Fu und gleitet un- ZF Friedrichshafen AG Akte 211378 Friedrichshafen 2021 -11-11 ter einer relativen Verdrehung an der Zahnflanke 72b ab. Hierdurch wird ein vorteilhaftes Fügen von der Nabe 24a mit der Welle 26a möglich.

ZF Friedrichshafen AG Akte 211378 Friedrichshafen 2021 -11-11

Bezuqszeichen

10 Drehmomentwandler

12 Gehäuse

14 Kopplungsanordnung

16 Turbinenradnabe

18 Getriebeeingangswelle

20 Leitradnabe

22 Stützwelle

24 Bauteil

24a Nabe

26 Bauteil

26a Welle

28 Drehmomentübertragungsbaugruppe

30 Drehmomentübertragungsbaugruppe

32 Drehmomentübertragungsbaugruppe

34 Verzahnung

36 Verzahnung

38 Innenumfangsverzahnung

40 Verzahnung

42 Verzahnung

44 Verzahnung

44 Außenumfangsverzahnung

46 Zahn

46a Zahn

46b Zahn

46c Zahn

47 Zahn

47a Zahn

47b Zahn

47c Zahn ZF Friedrichshafen AG Akte 211378 Friedrichshafen 2021 -11-11

49 Zahnlücke

49a Zahnlücke

49b Zahnlücke

49c Zahnlücke

62 Einführspitze

62a Einführspitze

62 b Einführspitze

62c Einführspitze

70 Stirnfläche

70a Stirnfläche

70b Stirnfläche

70c Stirnfläche

73 Stirnfläche

73a Stirnfläche

73b Stirnfläche

73c Stirnfläche

72 Zahnflanke

72b Zahnflanke

72c Zahnflanke

R Bewegungsrichtung

F Kraft

Fu Umfagskraft

A Drehachse