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Die
Erfindung betrifft eine Antriebseinheit für hydraulische Anlagen, insbesondere
für mit
Hilfskraft arbeitende Lenkanlage in Kraftfahrzeugen, gemäß dem Oberbegriff
des Anspruches 1.
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Antriebseinheiten
hydraulischer Anlagen gemäß der
DE 101 36 903 A1 umfassen
in der Grundausrüstung
eine drehelastische kardanische Wellenverbindung, die einen als
Wellrohr ausgebildeten Wellenkörper
aufweisen, der endseitig Anschlussbereiche zu Pumpe und Motor umfasst.
Derartige Wellenkörper
sind in der Herstellung aufwändig,
zumal in Abstimmung auf die jeweiligen Gegebenheiten Wellung und/oder
Materialstärke
zu verändern
sind und auch die Ausgestaltung der Anschlussbereiche als Unrundprofile
erheblichen fertigungstechnischen Aufwand bedingt, wobei der angesprochene
Fertigungsaufwand insbesondere dann kritisch zu sehen ist, wenn
verhältnismäßig kleine
Leistungen zu übertragen
sind, wie beispielsweise bei Arbeitseinheiten für mit Hilfskraft arbeitende
Lenkanlagen in Kraftfahrzeugen, die zudem eine sehr gedrängte Bauform
erfordern.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für Antriebseinheiten der eingangs
genannten Art für
die Wellenverbindung zwischen Pumpe und Motor eine besonders einfache
und zweckmäßige Lösung zu schaffen,
die sich vor allem mit geringem Fertigungsaufwand realisieren lässt und
auch hinsichtlich der Herstellung von Varianten vorteilhaft ist.
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Gemäß der Erfindung
wird dies durch die Merkmale des Anspruches 1 erreicht, demzufolge
die Wellenverbindung einen Wellenkörper umfasst, der durch einen
mehrlagigen, gewickelten Drahtkörper gebildet
ist, der in den Anschlussbereichen formsteif ausgebildet ist.
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Bei
einer derartigen Ausgestaltung ergeben sich vielfältige erfindungsgemäße Einflussmöglichkeiten
durch die Wahl der Drahtstärke,
die Zahl der Drahtlagen, den Wickelwinkel, gleiche oder gegenläufige Wicklung
in den einzelnen Wickellagen, eine abschnittsweise unterschiedliche
Zahl von Wickellagen im Sinne einer unterschiedlichen Wickeldichte, einen
durchlaufenden Drahtverlauf über
mehrere Wickellagen, eine jeweils gesonderte Wicklung einzelner
oder mehrerer Wickellagen und natürlich auch durch die Materialwahl
für den
jeweiligen Draht, wobei entsprechende Festlegungen fertigungstechnisch ohne
großen
Aufwand variiert werden und auch gut automatisiert werden können.
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Im
Rahmen der Erfindung liegt es zudem, Anschlussbereiche endseitig
oder auch im Verlauf des Drahtkörpers
vorzusehen, so beispielsweise in einem zwischen den Enden des Drahtkörpers liegenden
Bereich.
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Analog
zu Anschlussbereichen lassen sich im Rahmen der Erfindung in entsprechender
Weise auch Lagerbereiche schaffen, wobei es beispielsweise möglich ist,
einen Drahtkörper
mit einem endseitigen und einem längsmittleren Anschlussbereich
zu versehen und am verbleibenden Endbereich einen Lagerbereich vorzusehen.
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Im
Rahmen der Erfindung kann die formsteife Ausbildung eines Anschluss-
oder eines Lagerbereiches durch Verdichtung, insbe sondere Verpressung
der Wickellagen in diesem Bereich erzielt werden, wobei mit und
ohne Zuschlagstoffe gearbeitet werden kann und wobei insbesondere
eine thermische Pressverschweißung
eine einfache und kostengünstige
Möglichkeit
darstellt, den Drahtkörper
im jeweils als Anschluss- und/oder Lagerbereich vorgesehenen Bereich
quasi zum formsteifen Vollkörper
zu machen.
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Ausgangspunkt
für derartige,
jeweils als Wellenverbindung eingesetzte Drahtkörper können im Rahmen der Erfindung
Wickelkörper
beliebiger Länge
sein, die bedarfsabhängig
abgelängt
und durch entsprechende Verdichtung mit Anschluss- und/oder Lagerbereichen
versehen werden können.
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Im
Rahmen der Erfindung liegt es auch, Anschluss- und/oder Lagerbereiche
mit größerem Durchmesser
zu versehen als die verbindenden dreh- und/oder biegeelastischen
Bereiche des Drahtkörpers,
wobei sich eine solche Ausgestaltung beispielsweise durch eine Erhöhung der
Wickellagen in dem entsprechenden Bereich erzielen lässt, sodass trotz
nachfolgender Verdichtung zu einem formsteifen Körper der gewünschte im
Durchmesser vergrößerte Lager-
und/oder Anschlussbereich erreicht wird. Erfindungsgemäß lässt sich
eine lokal formsteife, quasi starre Ausbildung eines Bereiches des Drahtkörpers auch
durch entsprechend verdichtete Wicklung und/oder auch Wicklungsverläufe mit
entsprechend angepasster Steigung erreichen.
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Ein
im Rahmen der Erfindung angestrebter, sehr kompakter Aufbau einer
Antriebseinheit unter Verwendung eines gewickelten Drahtkörpers als Wellenverbindung
zwischen den bei geringem axialen Abstand zueinander angeordneten
Aggregaten, insbesondere Pumpe und Elektromotor, ist erfindungsgemäß dadurch
zu erreichen, dass die Antriebseinheit als zwischen Pumpe und Elektromotor liegendes
Traggerüst
ein Zwischenstück
aufweist, das sich quer zur Achsrichtung der koaxial zueinander
liegenden Aggregate, also Pumpe und Elektromotor erstreckt und das
bevorzugt einerseits einen Traghals und andererseits eine Aufnahmebuchse aufweist,
die sich nach entgegengesetzten Richtungen erstrecken und die in
besonders günstiger
Weise die lagefeste und kompakte Anordnung von Elektromotor und
Pumpe bei guten Montagevoraussetzungen ermöglichen. Bevorzugt ist der
Elektromotor den Traghals umschließend angeordnet und treibt über seinen
radial außen
liegenden Rotor die durch den Traghals sich erstreckende Motorwelle
an, die ihrerseits im Bereich des Zwischenstückes über die durch den Drahtkörper gebildete
Wellenverbindung mit der Pumpe verbunden ist, wobei im Rahmen der
Erfindung der Drahtkörper
gleichzeitig auch Träger
für den
Rotor bei als Rotorpumpe ausgebildeter Pumpe sein kann.
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Der
geschilderte Grundaufbau ermöglicht über den
Traghals eine exakte Lagerung der Motorwelle, sodass im Anschluss
an die Motorwelle auf eine gesonderte Lagerung des als Drahtkörper ausgebildeten
Wellenkörpers
verzichtet werden kann und dieser lediglich gegenüberliegend
gelagert geführt
wird. Diese gelagerte Führung
erfolgt zweckmäßigerweise
in dem vom Zwischenstück
abgelegenen Seitenteile der als Rotorpumpe ausgebildeten Pumpe,
wobei die Lagerung als Gleitlagerung ausgebildet sein kann, wodurch
der erforderliche Bauraum ebenso reduziert wird wie die Kosten.
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Die
Anordnung der Pumpe in dem buchsenartig umschließenden, dem Zwischenstück zugeordneten
Gehäuseteil
macht es weiterhin in vorteilhafter Weise möglich, einen entsprechenden
pumpenseitigen Vorratsraum zu kapseln und darüber hinaus im axial folgenden
Bereich einen Ölvorratsraum
zu integrieren, sodass sich ein sehr kompaktes und geschlossenes
Aggregat ergibt.
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Weitere
Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen. Ferner wird
die Erfindung nachstehend anhand der Zeichnungen mit weiteren Details
erläutert.
Es zeigen:
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1 eine
stark schematisierte Schnittdarstellung einer Antriebseinheit für eine hydraulische Anlage,
in der der elektrische Antriebsmotor und die Pumpe über eine
kardanische Wellenverbindung aneinander angeschlossen und einem
gemeinsamen Traggerüst
zugeordnet sind,
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2 eine
Wellenverbindung gemäß der Erfindung
in einer ersten erfindungsgemäßen Ausgestaltungsform,
und
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3 eine
weitere vereinfachte Darstellung einer Antriebseinheit in Verbindung
mit einer erfindungsgemäßen Wellenverbindung
in einer weiteren Ausgestaltungsform.
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Die
Antriebseinheit gemäß 1 zeigt
als Tragstruktur für
einen Elektromotor 1 und eine als Rotorpumpe ausgebildete
Hydropumpe 2 ein Zwischenstück 3, von dem nach
gegenüberliegenden Seiten
einmal ein Traghals 4 und zum anderen eine Buchse 5 als
Ummantelung eines Aufnahmeraumes für die Hydropumpe 2 ausgehen,
wobei der Aufnahmeraum axial anschließend an die Hydropumpe 2 über einen
von der Buchse 5 getragenen Deckel 6 abzuschließen ist,
der zur Pumpe 2 hin einen Ölraum 7 abgrenzt.
In axialer Verlängerung
des von der Buchse 5 radial und durch den Deckel 6 axial
abgegrenzten Pumpenraumes ist über
ein Gehäuseteil 8 ein Ölvorratsraum
abgegrenzt, der mit 9 bezeichnet ist, wobei von dem deckelartigen
Gehäuseteil 8 nur dessen
Anschlussbereich zur Buchse 5 veranschaulicht ist. Gegenüberliegend
umschließt
der Elektromotor 1 den Traghals 4 und es ist der
radial außen liegende
Rotor des Elektromotors mit einer Abtriebskappe 10 verbunden,
die auf der Motorwelle 11 drehfest abgestützt ist,
wel che den Traghals 4 ausgehend von dessen vom Zwischenstück 3 abgelegenem Ende
durchsetzt, wobei die Motorwelle 11 gegen den umschließenden Traghals 4 über Lager 12 und 13 abgestützt ist.
Analog zur gekapselten Anordnung der Pumpe 2 ist auch der
Elektromotor von einer Gehäusekappe 14 umschlossen,
die gegen das Zwischenstück 3 befestigt
ist, wobei nicht dargestellt ist, dass über das Zwischenstück 3 in
zweckmäßiger Weise
die Tragabstützung
der geschilderten Antriebseinheit erfolgt und wobei die umschlossenen Freiräume veranschaulichen,
dass bei der erfindungsgemäßen Lösung auch
die erforderlichen Leitungsverbindungen und Steuerungselemente in zweckdienlicher
Weise zu integrieren sind. Für
die Unterbringung der nicht gezeigten Steuerungselektronik erweist
dabei insbesondere der benachbart zum Motor 1 im Übergang
auf das Zwischenstück 3 verbleibende
Raum 15 als zweckmäßig.
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Im Übergang
von der Motorwelle 11 auf die Rotorpumpe 2 liegt
die elastische Wellenverbindung 16, die durch einen mehrlagigen,
gewickelten Drahtkörper
gebildet ist, welcher in seiner Ausgestaltung gemäß 1 und 2 mit 17 bezeichnet
ist. Der Drahtkörper 17 ist über eine
Mitnehmerbuchse 18 mit der Motorwelle 11 verkuppelt,
und axial anschließend an
den Mitnehmer 18 ist ein eine Dicht- und Stützfunktion übernehmendes
Zwischenglied 19 vorgesehen. Auf dieses folgt die Hydropumpe 2 mit
ihren Seitenteilen 20 und 21 sowie dem dazwischen
liegenden Läufersatz,
der bei Ausbildung der Pumpe 2 als Rollenpumpe, wie schematisiert
veranschaulicht, einen Kurvenring 22, Rollen 23 sowie
den drehfest mit elastischer Welle verbundenen Rotor 24 umfasst.
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Die
durch den Drahtkörper 17 gebildete
Welle 16 weist hineinragend in das Seitenteil 21 eine
Lagerfläche 25 auf, über die
die gleitgelagerte Abstützung
gegen die entsprechende Aufnahmebohrung des Seitenteiles 21 erfolgt.
Im Übergang
zwischen den Sei tenteilen 20 und 21 in der Verbindung
zum Rotor 24 weist die Welle 16 einen Anschlussbereich zum
Rotor 24 auf, der – siehe 2 – mit 26 bezeichnet
ist und der entsprechend dem die Lagerfläche 25 bildenden Wellenbereich
formsteif ausgebildet ist. Im axialen Übergang vom Läufersatz
der Pumpe 2 zum Mitnehmer 18 ist die Welle 16 dreh-
und biegeelastisch und hat, soweit erforderlich, entsprechenden Freigang
zu diesen Bauteilen, was aus der Zeichnung gemäß 1 nicht
ersichtlich ist.
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Der
geschilderte Aufbau der Antriebseinheit verdeutlicht, dass sich
eine sehr kompakte Bauform ergibt, bei der die Pumpe 2 wie
auch der Elektromotor 1 unmittelbar gegen das Zwischenstück 3 abgestützt sein
können,
sodass sich mit geringem Aufwand eine axiale Zuordnung erreichen
lässt,
die Desachsierungen weitgehend vermeidet. Dennoch auftretende Fluchtungsfehler
können
trotz der sehr kompakten Bauweise über die elastische Wellenverbindung 16 abgefangen
werden, ebenso wie auch Drehstöße, was
sich in Verbindung mit der Kapselung der Antriebseinheit auch vorteilhaft
hinsichtlich des Geräuschverhaltens
auswirkt, das insbesondere bei Einsatz in Kraftfahrzeugen von großer Bedeutung ist.
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Die
elastische Welle 16 ist in 2 nochmals
vergrößert dargestellt,
wobei für
den Wellenbereich 28, der zwischen dem Anschlussbereich 26 und dem
in den Mitnehmer 18 eingreifenden Anschlussbereich 29 liegt,
auch mögliche
Drahtverläufe
des gewickelten, mehrlagigen Drahtkörpers angedeutet sind. Die
Linien 30 symbolisieren die Drahtverläufe und zeigen einen möglichen
Wickelwinkel für
eine Drahtlage, wobei in den radial übereinander liegenden Wickellagen
des Drahtkörpers
unterschiedliche Wickelwinkel wie auch Wickelrichtungen gegeben sein
können.
Für den
Bereich 28 ist eine drehelastische Auslegung der Welle 16 dadurch
erreicht, dass die Drähte
der jeweiligen Wickellage wie auch die jeweiligen Wickellagen untereinander
nicht gebunden sind. In den Anschlussbereichen 26 und 29 ist
demgegenüber
eine solche Bindung vorhanden, zumindest über Teilbereiche des Querschnittes,
um zur erforderlichen Formsteife zu kommen, wobei über den Umfang
entsprechende Unrundverläufe
zur Drehmomentenübertragung
vorgesehen sind.
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Der
Wellenbereich 31, dem die Lagerfläche 25 zugeordnet
ist, ist bevorzugt ebenfalls zumindest über den Bereich, in dem er
als Lagerfläche 25 genutzt
wird, formsteif ausgebildet, wobei durch die Verpressung des Drahtkörpers in
diesem Bereich gegebenenfalls unter Verwendung von Zusatzstoffen und/oder
durch entsprechend hohe thermische Aufheizung auch eine besondere
Glättung
der Oberfläche
erreicht werden kann, wobei die diesbezüglichen Anforderungen im Rahmen
der gegebenen sehr günstigen
Schmierverhältnisse
vergleichsweise gering sind.
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In
der weiter vereinfachten Darstellung gemäß 3 ist im
Wesentlichen nur die Hydropumpe 2 und der gegen die Hydropumpe 2 auslaufende
Teil der Motorwelle 11 veranschaulicht, eingebettet in nicht
weiter bezeichnete umgrenzende Teile. Die Motorwelle 11 greift
mit einem Wellenstummel 32 über das analog zur 1 pumpennahe
Lager 12 hinaus, und stirnseitig ist im Wellenstummel 32 eine
Unrundaufnahme 33 für
die elastische, im Übergang
zur Pumpe 2 vorgesehene elastische Welle 34 angeordnet.
Die elastische Welle 34 weist an beiden Enden Anschlussbereiche 35, 36 auf,
die ein drehmomentenübertragendes
Unrundprofil, beispielsweise ein Rechteckprofil aufweisen und zwischen
denen sich ein bevorzugt biege- und drehelastischer Wellenbereich 37 erstreckt.
Die elastische Welle 34 ist auch in dieser Ausgestaltung
mehrlagig durch einen gewickelten Drahtkörper gebildet, wobei in den
jeweiligen einander radial überdeckenden
und sich über
die Länge
der Welle 34 erstreckenden Drahtlagen unterschiedliche
Steigungswinkel gegeben sein können, sowie
auch bezüglich
der Drahtlagen zueinander gleiche oder entgegengesetzte Wickelrichtungen. Dies
in Abstimmung auf die jeweils gewünschte Übertragungsrichtung, wobei
einander kreuzende Drahtlagen insbesondere dann in Frage kommen, wenn
Aufzieheffekte mit entsprechender Rückfederung vermieden werden
sollen oder wenn in gegenläufigen
Umfangsrichtungen Momente übertragen werden
sollen, so beispielsweise bei Übertragung von
Brems- und Antriebsmomenten oder bei gegenläufigen Antriebsdrehrichtungen.
Für die
Anschlussbereiche 35, 36 ist auch bei der vorliegenden
Ausgestaltung durch radiale Verdichtung eine formsteife Ausbildung
erreicht, bei verlaufendem Übergang
auf den dazwischen liegenden, biege- und/oder drehelastischen Wellenbereich 37.
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Pumpenseitig
greift in die Welle 34 mit ihrem Anschlussbereich 36 in
eine entsprechende Aufnahme des Rotors 24 der Pumpe 2 ein,
die wie im Ausführungsbeispiel
gemäß 1 geschildert,
als Rollenpumpe, aber auch als Flügelzellenpumpe oder dergleichen
ausgebildet sein kann, wobei der Rotor bei der Ausgestaltung gemäß 3 über einen
Führungsring 38 im
die Welle 34 übergreifenden
Seitenteil 20 gelagert ist, wodurch sich, was hier nicht
gezeigt ist, die Möglichkeit
bietet, die Länge
des mittleren, biege- und/oder drehelastischen Wellenbereiches 37 zu
maximieren.