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Die Erfindung betrifft eine drehmomentübertragende Wellenverbindung und ein Herstellungsverfahren für eine solche drehmomentübertragende Wellenverbindung. Die Erfindung betrifft auch einen Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug und ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Antriebsstrang. Ferner betrifft die Erfindung eine Fertigungseinrichtung mit einem geeigneten Programm zur Umsetzung des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens.
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Aus
DE 40 33 894 A1 ist eine Riemenspanneinrichtung für einen Elektromotor bekannt, dessen Motorwelle in einer Ausnehmung im Motorflansch aufgenommen ist. Der Motorflansch weist im Bereich der Ausnehmung einen axialen Stummel auf, der bezüglich der Motorwelle exzentrisch ausgebildet ist. Der Stummel des Motorflansches ist in einer Ausnehmung eines Winkelarms drehbar aufgenommen. Durch eine Drehung des Motorflansches in der Ausnehmung im Winkelarm ist die Lage der Motorwelle einstellbar. Die Riemenspanneinrichtung nach
DE 40 33 894 A1 ist auch für zur Ausrichtung eines Zahnrads geeignet, das in ein angetriebenes Zahnrad eingreift.
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In der Kraftfahrzeugtechnik bestehen zunehmende Anforderungen an die Genauigkeit, und damit die Qualität, von Wellenverbindungen, über die zum Beispiel die Fahrantriebsleistung übertragen wird. Gleichzeitig werden steigende Anforderungen an die Einfachheit, Robustheit und Wirtschaftlichkeit der Herstellung solcher Wellenverbindungen gestellt. Es besteht Bedarf an einer mechanisch exakten Wellenverbindung, die dazu geeignet ist, hohe Wellenleistungen zu übertragen, und die schnell und einfach herstellbar ist. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Wellenverbindung bereitzustellen, die die dargestellten Anforderungen erfüllt und die Nachteile aus dem Stand der Technik überwindet.
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Die zugrundeliegende Aufgabenstellung wird durch die drehmomentübertragende Wellenverbindung gelöst. Die drehmomentübertragende Wellenverbindung besteht zwischen einer Antriebswelle, über die das zu übertragende Drehmoment geliefert wird, und einer Abtriebswelle. Die Antriebswelle und die Abtriebswelle sind jeweils um ihre Drehachse drehbar gelagert in einem Gehäuse aufgenommen und sind ansonsten bezüglich des Gehäuses ortsfest. Die Übertragung von Drehmoment von der Antriebswelle auf die Abtriebswelle erfolgt durch eine geeignete Kupplung, beispielsweise eine Verzahnung der Wellen, Riemenscheiben mit Riemen, eine Welle-Nabe-Verbindung, oder eine Kette. Das Gehäuse, in der die Antriebswelle aufgenommen ist, ist lösbar mit einer ersten Einstellvorrichtung verbunden, die zur Einstellung einer Winkelstellung des Gehäuses um die Drehachse der Antriebsachse dient. Das Gehäuse, in der die Abtriebswelle aufgenommen ist, ist lösbar mit einer zweiten Einstellvorrichtung verbunden, die zur Einstellung einer Winkelstellung des Gehäuses um die Drehachse der Abtriebsachse dient. Beide Einstellvorrichtungen sind dazu im Wesentlichen ring- oder scheibenförmig ausgebildet. Erfindungsgemäß sind die erste und zweite Einstellvorrichtung drehstarr miteinander verbunden. Jede der Einstellvorrichtungen ist dazu ausgebildet, die radiale Positionierung der Antriebswelle und der Abtriebswelle relativ zueinander durch Wählen der jeweiligen Winkelstellung einzustellen. Unter Radialrichtung ist hierbei eine Richtung senkrecht zu einer der Drehachsen der Antriebswelle oder der Abtriebswelle zu verstehen. Der radiale Abstand zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle ist somit durch Wählen der relativen Winkelstellung zwischen der ersten und zweiten Einstellvorrichtung einstellbar. Durch ein gegenseitiges Befestigen der ersten und zweiten Einstellvorrichtung wird das Gehäuse mit der Antriebswelle torsionsfest mit dem Gehäuse mit der Abtriebswelle drehstarr verbunden.
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Eine radiale Relativbewegung zur Einstellung des radialen Abstands zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle wird dadurch in zwei einzelne radiale Bewegungen der beiden Wellen wählbar aufgeteilt. Die maximale durchzuführende radiale Bewegung durch Drehen des Gehäuses wird folglich reduziert. Infolgedessen wird bei einer konstanten erzielbaren Genauigkeit der Winkelstellung der einzelnen Gehäuse eine erhöhte Genauigkeit der radialen Bewegung erreicht. Dies erlaubt eine erhöhte Präzision der relativen radialen Positionierung der Antriebswelle und der Abtriebswelle. Konstruktive Sollstellungen können somit einfacher mit erhöhter Präzision erreicht werden. Insbesondere kann eine Sollstellung, in der die Geräuschentwicklung der drehmomentübertragenden Wellenverbindung minimiert ist, schnell und zuverlässig eingestellt werden. Durch eine lösbare Verbindung zwischen der ersten und zweiten Einstellvorrichtung, beispielsweise über Schrauben, ist die erfindungsgemäße drehmomentübertragende Wellenverbindung nachjustierbar.
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In einer bevorzugten Ausführungsform weist die erste und/oder zweite Einstellvorrichtung einen axial innenliegenden und einen axial außenliegenden Abschnitt auf. Unter einem axial außenliegenden Abschnitt ist bei der ersten und zweiten Einstellvorrichtung jeweils der Abschnitt zu verstehen, der entlang der jeweiligen Drehachse der anderen Einstellvorrichtung zugewandt ist. Umgekehrt ist jeweils der axial innenliegende Abschnitt der ersten und/oder zweiten Einstellvorrichtung der Abschnitt, der der anderen Einstellvorrichtung abgewandt ist und dem zugehörigen Gehäuse zugewandt. Der axial innenliegende Abschnitt der ersten Einstellvorrichtung weist dabei einen Mittelpunkt auf, durch den die Drehachse der Antriebswelle verläuft. Der axial außenliegende Abschnitt der ersten Einstellvorrichtung weist einen Mittelpunkt auf, der zum Mittelpunkt des axial innenliegenden Abschnitts radial versetzt ist. Alternativ oder ergänzend weist der außenliegende Abschnitt der zweiten Einstellvorrichtung einen Mittelpunkt auf, der zum Mittelpunkt des axial innenliegenden Abschnitts radial versetzt ist. Infolgedessen weist ein axial außenliegender Abschnitt gegenüber einem axial innenliegenden Abschnitt eine Exzentrizität auf. Eine solche bildet jeweils die Exzentrizität der ersten und/oder zweiten Einstellvorrichtung.
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Durch die Exzentrizität der ersten und/oder zweiten Einstellvorrichtung ist die Drehachse der Antriebswelle bzw. Abtriebswelle durch eine Drehung radial relativ zur jeweils anderen Welle einstellbar. Die Lage der jeweiligen Drehachse ist entlang einer 180°-Drehung damit um die zweifache Exzentrizität veränderlich. Dies gewährleistet bei einer gleichbleibenden erzielbaren Winkelgenauigkeit beim Drehen des Gehäuses eine erhöhte Genauigkeit bei der Einstellung des radialen Abstands zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle. Hierdurch können besonders, wenn die Antriebswelle und die Abtriebswelle über Verzahnungen miteinander gekoppelt sind, verschleißarme und geräuscharme drehmomentübertragende Wellenverbindungen hergestellt werden.
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In einer weiter bevorzugten Ausführungsform der Erfindung beträgt die Exzentrizität mindestens einer Einstellvorrichtung 100µm bis 500µm. Exzentrizitäten dieser Größe können beispielsweise durch Unrundschleifen zuverlässig mit hoher Präzision kostengünstig hergestellt werden. Bei der Drehung eines Gehäuses mit einer erfindungsgemäßen Einstellvorrichtung ergibt sich somit für die Bewegung der entsprechenden Drehachse ein maximaler Gradient von 2,78 µm pro Grad bis 0,56 µm pro Grad. Damit bieten die Einstellvorrichtungen ein hohes Maß an Einstellgenauigkeit für den radialen Abstand zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle.
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Weiter bevorzugt ist mindestens eines der Gehäuse im Wesentlichen rund oder zylinderförmig ausgebildet und weist einen Durchmesser von 150 bis 400 mm auf. Dabei sind mindestens eines der Gehäuse und/oder eine der Einstellvorrichtungen an einer Außenseite mit einer Skala versehen, die ein Ablesen der Winkellage des Gehäuses und/oder der Einstellvorrichtung erlaubt. Je höher der Durchmesser des Gehäuses ist, umso deutlicher ist die Skala ablesbar und beispielsweise bezüglich einer ortsfesten Bezugslinie einstellbar. Dadurch kann bei der Montage der erfindungsgemäßen drehmomentübertragenden Wellenverbindung auf aufwändige Messinstrumente und Werkzeuge verzichtet werden. Hierdurch wird die Herstellung der erfindungsgemäßen drehmomentübertragenden Wellenverbindung beschleunigt. Ferner wird insbesondere bei einer Kombination eines hohen Durchmessers des Gehäuses mit einer niedrigen Exzentrizität ein besonders hohes Maß an Einstellgenauigkeit für den radialen Abstand der Antriebswelle mit der Abtriebswelle erzielt.
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In der erfindungsgemäßen drehmomentübertragenden Wellenverbindung kann vorzugweise zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle in radialer Richtung eine Übergangspassung vorliegen. Vorzugsweise ist die Übergangspassung zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle als eine Passung vom Typ js5 bis js10, besonders bevorzugt vom Typ js5 bis js7, ausgebildet. Durch Passungen dieser Typen sind für die sogenannte Achsgenauigkeitslage im Sinne der Norm DIN 3964 Verzahnungsqualitäten von 4 bis 6 erzielbar. Damit sind unter anderem für Wellenverbindungen in Fahrzeugantrieben bei reduziertem Fertigungsaufwand Verzahnungsqualitäten wie beispielsweise im Messinstrumentenbau erreichbar. Derartige Verzahnungsqualitäten sind dazu geeignet, ein Maximum an Geräuschreduzierung zu erzielen.
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Vorzugsweise wird in der erfindungsgemäßen drehmomentübertragenden Wellenverbindung die Drehmomentübertragung durch eine ineinandergreifende Verzahnung der Antriebswelle und der Abtriebswelle sichergestellt. Die Verzahnung ist dabei durch Wälzfräsen, Wälzstoßen, Schaben und/oder Schleifen herstellbar. Derartige Herstellungsverfahren bieten in relativ einfacher und wirtschaftlicher Weise ein hohes Maß an Fertigungspräzision, mit der die oben beschriebene exakte relative radiale Positionierung der Abtriebswelle und der Abtriebswelle zur Geräuschvermeidung weiter ausgenutzt werden kann. Insbesondere ist es möglich, beispielweise durch bloßen Wälzfräsen oder Wälzstoßen ohne zusätzliche Nachbearbeitung eine erhöhte Verzahnungsqualität zu erreichen. Des Weiteren wird bei einer Kombination von Wälzfräsen, Härten und Hartschleifen eine besonders hohe Fertigungsqualität erzielbar, die ein Höchstmaß an Geräuschminderung bieten. Insgesamt wird die Herstellung der erfindungsgemäßen drehmomentübertragenden Wellenverbindung beschleunigt und ist kostengünstig ohne Qualitätseinbuße durchführbar.
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Die erfindungsgemäße drehmomentübertragende Wellenverbindung kann auch Einstellvorrichtungen aufweisen, die eine Exzentrizität aufweisen, die dem 0,2-fachen und dem 0,8-fachen, bevorzugt dem 0,5-fachen, eines angestrebten radialen Sollabstands zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle entspricht. Hierdurch ist der radiale Sollabstand zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle weitestgehend frei einteilbar. Die exakte Herstellung des radialen Abstands zwischen den Wellen ist somit auf beide Einstellvorrichtungen aufteilbar, so dass die erzielbare Präzision von zwei Einstellvorrichtungen in einem wählbaren Maß ausgenutzt wird. Folglich bietet die erfindungsgemäße drehmomentübertragende Wellenverbindung eine erhöhte konstruktive Flexibilität. Eine besonders hohe Präzision für die Einhaltung des radialen Sollabstands wird erzielt, wenn jede der Einstellvorrichtungen eine Exzentrizität vom 0,5-fachen des radialen Sollabstands aufweist. Dies gewährleistet für Einstellwinkel der Einstellvorrichtungen um die entsprechende Drehachse für jede einzelne Einstellvorrichtung ein Maximum an relativer Genauigkeit.
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Darüber hinaus kann, entlang einer der Drehachsen gesehen, eine Stirnseite mindestens einer der Einstellvorrichtungen mit einer aushärtbaren Beschichtung versehen sein. Die somit axial außenliegende aushärtbare Beschichtung erlaubt es, die Einstellvorrichtungen nach einem axialen Zusammenschieben in gegenseitigem Kontakt drehfest miteinander zu verbinden. Dadurch kann eine erreichte angestrebte relative Positionierung der Antriebswelle bezüglich der Abtriebswelle schnell und einfach fixiert werden. Besonders bevorzugt ist die aushärtbare Beschichtung als aushärtbares Harz ausgebildet. Weiter bevorzugt kann die aushärtbare Beschichtung als ein UV-aushärtbares Material ausgebildet sein. Eine Aushärtung mittels UV-Bestrahlung erlaubt eine kontaktfreie Fixierung, so dass unbeabsichtigte Berührungen der Gehäuse und/oder der Einstellvorrichtungen, und damit ein Verlassen der erzielten Positionierung, vermieden werden. Eine aufwendige Handhabung von berührungsempfindlichen Komponentenanordnungen wird somit vermieden und die erfindungsgemäße drehmomentübertragende Wellenverbindung ist einfach und kosteneffizient herstellbar.
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Des Weiteren kann die erste und/oder zweite Einstellvorrichtung eine bezüglich der jeweiligen Drehachse eine geneigte Stirnseite aufweisen. Zwischen der Ebene der Stirnseite und der entsprechenden Drehachse liegt dabei ein Winkel vor, der von einem 90°-Winkel abweicht. Die geneigte Stirnseite erlaubt es, eine zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle vorliegende Achsneigung oder Achsschränkung auszugleichen. Besonders bevorzugt sind die Stirnseiten beider Einstellvorrichtungen geneigt, so dass ein hohes Korrekturpotential vor vorliegende Achsneigungen oder Achsschränkungen vorliegt.
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Ferner können in der erfindungsgemäßen drehmomentübertragenden Wellenverbindung die erste und zweite Einstellvorrichtung einstückig ausgebildet sein. Eine solche einstückige Ausführungsform der Einstellvorrichtungen erlaubt es, bei der Herstellung der drehmomentübertragenden Wellenverbindung Montageschritte einzusparen und den Fertigungsaufwand für die Einstellvorrichtungen zu reduzieren.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Antriebswelle als Elektromotorwelle und/oder die Abtriebswelle als Eingangswelle eines Getriebes ausgebildet. Elektromotoren werden in vielen Anwendungen, beispielweise bei einem elektrischen Fahrmotor in einem Kraftfahrzeug, in einem hohen Drehzahlbereich betrieben, so dass ein entsprechendes Getriebe erforderlich ist. Die erfindungsgemäße drehmomentübertragende Wellenverbindung bietet für solche Anwendungen ein hohes Maß an Geräuschminderung und durch die präzise Ausrichtung eine hohe Lebensdauer.
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Die zugrundeliegende Aufgabenstellung wird auch durch ein Herstellungsverfahren gelöst, mit dem unter anderem eine der oben beschriebenen drehmomentübertragenden Wellenverbindungen herstellbar ist. Folglich sind die Merkmale des Herstellungsverfahrens auch auf die drehmomentübertragende Wellenverbindung und umgekehrt übertragbar. Das erfindungsgemäße Verfahren dient zur Herstellung einer drehmomentübertragenden Wellenverbindung, die eine Antriebswelle und eine Abtriebswelle umfasst. Die Antriebswelle dient dazu, die zu übertragende Wellenleistung an die Abtriebswelle zu liefern. Die Antriebswelle und die Abtriebswelle sind hierzu in geeigneter Form ausgebildet. Die Antriebswelle und die Abtriebswelle sind durch das erfindungsgemäße Verfahren in einer Sollstellung positionierbar, die einen Sollwinkel und einen radialen Sollabstand umfasst. Der Sollwinkel ist dabei auf eine ortsfeste Bezugslinie bezogen. Die Antriebswelle und die Abtriebswelle sind beide jeweils in einem Gehäuse drehbar gelagert aufgenommen und in axialer oder radialer Richtung bezüglich des jeweiligen Gehäuses unbeweglich. In einem ersten Verfahrensschritt werden die Gehäuse mit der Antriebswelle und der Abtriebswelle in einer Ausgangsstellung bereitgestellt. In einem weiteren Verfahrensschritt wird eine Einstellwinkelsumme auf Basis des radialen Sollabstands zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle ermittelt. Bei der Ermittlung der Einstellwinkelsumme werden auch die Exzentrizitäten einer ersten und einer zweiten Einstellvorrichtung berücksichtigt. Die erste Einstellvorrichtung ist dem Gehäuse mit der Antriebswelle zugeordnet und die zweite Einstellvorrichtung ist dem Gehäuse mit der Abtriebswelle zugeordnet. Die Ermittlung der Einstellwinkelsumme erfolgt unter Ausnutzung eines geometrischen Zusammenhangs zwischen den genannten Maßen. Alternativ erfolgt die Ermittlung der Einstellwinkelsumme durch eine rechnerische Umsetzung des geometrischen Zusammenhangs. Der geometrische Zusammenhang ist dabei eine Dreiecksform, die sich aus den Exzentrizitäten und dem radialen Sollabstand ergibt. Eine der Dreiecksseiten bildet dabei der radiale Sollabstand, der um den Sollwinkel geneigt ist.
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In einem weiteren Verfahrensschritt wird ein Teilungsverhältnis für den radialen Sollabstand gewählt. Basierend darauf wird in einem weiteren Verfahrensschritt das gewählte Teilungsverhältnis des radialen Sollabstands auf die Einstellwinkelsumme übertragen. Das Übertragen erfolgt unter Ausnutzung des geometrischen Zusammenhangs zwischen den Exzentrizitäten der Wellen und des radialen Sollabstands. Das Übertragen kann wie die Ermittlung der Einstellwinkelsumme auch mittels einer rechnerischen Umsetzung des geometrischen Zusammenhangs erfolgen. Dadurch wird für das Gehäuse mit der Antriebswelle ein erster Einstellwinkel ermittelt und für das Gehäuse mit der Abtriebswelle ein zweiter Einstellwinkel. Bezüglich einer festen Bezugslinie werden die Gehäuse um die entsprechenden Einstellwinkel gedreht und so für die Antriebswelle und die Abtriebswelle die angestrebte Positionierung erreicht. Ferner wird zwischen den Einstellvorrichtungen eine drehfeste Verbindung, beispielsweise durch Schrauben, hergestellt und damit die erreichte Positionierung fixiert.
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Das erfindungsgemäße Verfahren erfordert ein Minimum an Verfahrensschritten und ist deshalb schnell und einfach durchführbar. Gleichzeitig bietet es ein hohes Maß an Genauigkeit bei der Positionierung der Antriebswelle und der Abtriebswelle. Durch die Wählbarkeit des Teilungsverhältnisses des radialen Sollabstands ist das beanspruchte Verfahren an unterschiedliche Konstruktionen und Anwendungsfälle anpassbar. Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt bei Bedarf auch eine separate Nachjustierung. Hierdurch wird in einer Qualitätskontrolle die Ausschussquote reduziert und die Fertigung insgesamt effizienter. Des Weiteren können die Verfahrensschritte sowohl manuell als auch automatisiert durch eine Fertigungsanlage, beispielsweise von einem Fertigungsroboter der von einem entsprechenden Programm gesteuert ist, durchgeführt werden.
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In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Teilungsverhältnis derart gewählt, dass der erste und zweite Einstellwinkel gleich groß sind. Hierdurch wird für jeden der Einstellwinkel eine maximale relative Genauigkeit bei der Einstellung des radialen Abstand zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle erzielt. Folglich werden durch zwei gleich große Einstellwinkel die technischen Vorteile der erfindungsgemäßen drehmomentübertragenden Wellenverbindung in besonders hohem Maß erreicht.
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Darüber hinaus kann beim erfindungsgemäßen Verfahren die erste und/oder zweite Einstellvorrichtung mit einer aushärtbaren Beschichtung beschichtet sein. Die aushärtbare Beschichtung ist dabei vorzugsweise an einer Stirnfläche der Einstellvorrichtung angeordnet, die der jeweils anderen Einstellvorrichtung zugewandt ist. Die aushärtbare Beschichtung erlaubt es, eine erzielte angestrebte Positionierung der Antriebswelle und der Abtriebswelle ohne zusätzliches Werkzeug kontaktlos zu fixieren. Unbeabsichtigte Abweichungen von der eingestellten Positionierung werden so vermieden. Besonders bevorzugt ist die aushärtbare Beschichtung als UV-aushärtbare Beschichtung ausgebildet. Eine durch UV-Bestrahlung beschleunigte Aushärtung erlaubt eine kontaktlose gegenseitige drehfeste Fixierung der Einstellvorrichtungen.
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Die zugrundeliegende Aufgabenstellung wird auch von einem Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug gelöst, der eine Antriebswelle und eine Abtriebswelle aufweist. Die Antriebswelle und die Abtriebswelle sind erfindungsgemäß durch drehmomentübertragende Wellenverbindung gemäß einer der oben beschriebenen Ausführungsformen miteinander verbunden. Ebenso wird die Aufgabenstellung durch ein Kraftfahrzeug gelöst, dass das einen elektrischen Fahrmotor aufweist, der dazu geeignet ist, zumindest zeitweise dem Kraftfahrzeug die erforderliche Antriebsleistung wenigstens zum Teil zur Verfügung zu stellen. Ein derartiges Kraftfahrzeug kann beispielsweise ein Hybridfahrzeug oder ein Elektrofahrzeug sein. Der elektrische Fahrmotor ist erfindungsgemäß mit einem Antriebsstrang gemäß der oben skizzierten Darstellung ausgestattet. In einem Kraftfahrzeug mit elektrischem Fahrmotor tritt insbesondere die durch die erfindungsgemäße drehmomentübertragende Wellenverbindung erzielt Geräuschminderung aufgrund der zumindest zeitweise fehlenden Verbrennungsmotorgeräusche vorteilhaft hervor. Es wird damit der Fahrkomfort eines Kraftfahrzeugs mit elektrischem Fahrmotor gesteigert.
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Die Aufgabenstellung wird auch von einem Programm gelöst, das auf einer Steuereinheit einer Fertigungseinrichtung, beispielsweise einem Fertigungsroboter, gespeichert und ausführbar ist. Das Programm ist dazu ausgebildet, die mechanischen Abläufe der Fertigungseinrichtung über Steuersignale zu steuern und so zumindest eines der oben skizzierten Herstellungsverfahren umzusetzen. Das Programm erlaubt so die Herstellung einer erfindungsgemäßen drehmomentübertragenden Wellenverbindung. Gleichermaßen wird die zugrundeliegende Aufgabenstellung von einer Fertigungseinrichtung, wie beispielsweise einem Fertigungsroboter, gelöst, die zumindest zu einer teilweise automatisierten Durchführung des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens ausgebildet ist. Die Fertigungseinrichtung weist dazu eine Steuereinheit auf, auf der das erfindungsgemäße Programm in ausführbarer Form gespeichert ist. Die Produktion der erfindungsgemäßen drehmomentübertragenden Wellenverbindung ist insgesamt automatisierbar und dadurch mit besonders hoher Präzision und Geschwindigkeit wirtschaftlich umsetzbar.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsformen in Figuren näher erläutert. Merkmale der einzelnen Ausführungsformen können im Rahmen des fachlichen Grundwissens auf andere Ausführungsformen übertragen werden und mit den oben skizzierten Merkmalen kombiniert werden. Es zeigt im Einzelnen
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1 eine Seitenansicht einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen drehmomentübertragenden Wellenverbindung;
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2 eine Draufsicht und eine Schnittansicht einer Ausführungsform einer Einstellvorrichtung;
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3 eine schematische Darstellung der Ermittlung von Einstellwinkeln in einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens;
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In 1 ist eine Seitenansicht einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen drehmomentübertragenden Wellenverbindung 10 dargestellt. Die drehmomentübertragende Wellenverbindung 10 umfasst eine Antriebswelle 12, die zur Drehmomentübertragung mit der Abtriebswelle 14 zusammenwirkt. Die Drehmomentübertragung zwischen der Antriebswelle 12 und der Abtriebswelle 14 erfolgt über nicht näher dargestellte Verzahnungen 29, die ineinandergreifen. Die Antriebswelle 12 ist um seine Drehachse 13 drehbar in einem Gehäuse 22 gelagert. Durch die nicht näher dargestellte Lagerung ist die Antriebswelle 12 bezüglich ihres Gehäuses 22 in Radialrichtung 16, 17 und Axialrichtung 19, 20 unbeweglich. Gleichermaßen ist die Abtriebswelle 14 in einem separaten Gehäuse 24 um ihre Drehachse 15 drehbar gelagert angeordnet. Auch die Abtriebswelle 14 ist bezüglich ihres Gehäuses 24 in Radialrichtung 16, 17 und Axialrichtung 18, 19 unbeweglich. Die Gehäuse 22, 24 sind, entlang der Axialrichtung 18, 19 gesehen, an ihren Stirnseiten jeweils mit Einstellvorrichtungen 32, 34 gekoppelt. Die Einstellvorrichtungen 32, 34 sind untereinander an ihren axial außenliegenden Stirnflächen 26, 28 miteinander um die jeweiligen Drehachsen 13, 15 drehfest miteinander verbunden.
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Die erste und zweite Einstellvorrichtung 32, 34 sind jeweils im Wesentlichen scheibenförmig oder zylinderförmig ausgebildet. Die Einstellvorrichtungen 32, 34 weisen jeweils einen axial innenliegenden Abschnitt 36 auf, der mit dem jeweiligen Gehäuse 22, 24 drehfest verbunden ist. Die axial innenliegende Richtung ist in 1 für jedes Gehäuse 22, 24 durch einen Pfeil mit dem Bezugszeichen 18 dargestellt. Der Durchmesser der axial innenliegenden Abschnitte 36 entspricht im Wesentlichen den zugehörigen Gehäusedurchmessern 27. Der Mittelpunkt der radial innenliegenden Abschnitte 36 liegt auf der jeweiligen Drehachse 13, 15 der Antriebswelle 12 bzw. der Abtriebswelle 14. Die axial innenliegenden Abschnitte 36 sind damit im Wesentlichen koaxial zum benachbarten Gehäuse 22, 24 angeordnet. An die axial innenliegenden Abschnitte 36 grenzt jeweils ein radial außenliegender Abschnitt 37 an.
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Die axial außenliegenden Abschnitte 37 der Einstellvorrichtungen 32, 34 weisen jeweils einen Mittelpunkt auf, der außerhalb der Drehachse 13, 15 des zugehörigen Gehäuses 22, 24 liegt. Die axial außenliegenden Abschnitte 37 liegen unmittelbar an ihren Stirnseiten 26, 28 aneinander an. Die Mittelpunkte der axial außenliegenden Abschnitte 37 bilden eine gemeinsame Mittelachse 25, die parallel zwischen den Drehachsen 13, 15 der Antriebswelle 12 und der Abtriebswelle 14 liegen. Die Mittelpunkte der axial außenliegenden Abschnitte 37 weisen gegenüber der Drehachse 13, 15 der zugehörigen Antriebs- bzw. Abtriebswelle 12, 14 eine Exzentrizität 42, 44 auf, die in 1 als radiale Abstände dargestellt sind. Die Gehäuse 22, 24 weisen Gehäusedurchmesser 27 auf, die deutlich größer sind als die Exzentrizitäten 42, 44. Die Einstellvorrichtungen 32, 34 weisen ferner im Bereich ihrer Stirnseiten 26, 28 eine aushärtbare Beschichtung 39 auf, durch die eine drehfeste Verbindung zwischen den Einstellvorrichtungen 32, 34 gewährleistet wird.
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2 zeigt eine Draufsicht und eine Schnittansicht einer Einstellvorrichtung 32, 34, die in einer erfindungsgemäßen drehmomentübertragenden Wellenverbindung 10 einsetzbar ist. Die Einstellvorrichtung 32, 34 ist im Wesentlichen eine runde Scheibe und in der Schnittansicht zylindrisch. Die Axialrichtungen und die Radialrichtungen sind in 2 analog zu 1 mit den Pfeilen 16, 17, 18, 19 bezeichnet. Die Einstellvorrichtung 32, 34 weist einen axial innenliegenden Abschnitt 36 auf, der an einen axial außenliegenden Abschnitt 37 angrenzt. Der axial innenliegende Abschnitt 36 weist einen Durchmesser auf, der einem Gehäusedurchmesser 27 eines nicht näher gezeigten Gehäuses 22, 24 entspricht. Der Mittelpunkt 33 des axial innenliegenden Abschnitts 36 liegt auf der Drehachse 13, 15, um die die zugehörige Antriebswelle 12 oder Abtriebswelle 14 drehbar gelagert ist. Der axial außenliegende Abschnitt 37 weist einen Mittelpunkt 35 auf, der exzentrisch versetzt zum Mittelpunkt 33 des axial innenliegenden Abschnitts 36 liegt. Die sich daraus ergebende Exzentrizität 42, 44 ist in 2 als radialer Abstand dargestellt. Die Exzentrizitäten haben eine Größe vom 100 µm bis 500 µm. Durch eine Drehung 21 der Einstellvorrichtung 32, 34 um den Mittelpunkt 33 des axial innenliegenden Abschnitts 36 ist der Mittelpunkt 35 des axial außenliegenden Abschnitts 37 in einer Kreisbahn 23 mit einem Radius beweglich, der der Exzentrizität 42, 44 entspricht. Die Drehung 21 erfolgt um einen Winkel, der von einem Sollwinkel 54 einer Sollstellung 50 und jeweils einem Einstellwinkel 61, 62. Der Sollwinkel 43 ist dabei auf eine ortsfeste Bezugslinie 58 bezogen und ist von der Sollstellung 50 der Antriebswelle 32 und der Abtriebswelle 34 abhängig, die durch die Einstellvorrichtungen 32, 34 zu erreichen ist. Die Einstellwinkel 61, 52 ergeben sich aus der Wahl eines Parameters beim Zusammenbau der drehmomentübertragenden Wellenverbindung 10. Die Lage der Mittelachse 25, die durch den Mittelpunkt 35 des axial außenliegenden Abschnitts 36 verläuft, ist damit räumlich veränderbar. Im Zusammenwirken mit einer gegenüber angeordneten weiteren Einstellvorrichtung 32, 34, die an der Stirnseite 26, 28 anliegt, ist somit ein radialer Abstand zwischen der Antriebswelle 12 und der Abtriebswelle 14 einstellbar. Die Stirnseite 26, 26 ist mit einer Beschichtung aus einem aushärtbaren Material 39 versehen. Bei Kontakt mit einer weiteren Einstellvorrichtung 32, 34 ist durch Aushärten des aushärtbaren Materials eine drehfeste Verbindung zwischen den Einstellvorrichtungen 32, 34 herstellbar. Die Einstellvorrichtung 32, 34 besteht im Wesentlichen aus einem metallischen Werkstoff und ist durch Unrundschleifen hergestellt.
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In 3 ist schematisch die Ermittlung von Einstellwinkeln 61, 62 dargestellt, die in einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens 100 durchgeführt wird. Das Verfahren 100 geht von einer Sollstellung 50 aus, die durch die Antriebswelle 12 und die Abtriebswelle 14 einzunehmen ist. In 3 bildet die Antriebswelle 12 und ihre Drehachse 13 den Ursprung eines Koordinatensystems, das zur Beschreibung der relativen Lage der Abtriebswelle 14 und ihrer Drehachse eine horizontale x-Achse 51 und eine vertikale y-Achse 53 umfasst. Die Sollstellung 50 umfasst einen Sollwinkel 54 und einen radialen Sollabstand 52. Der Sollwinkel 54 ist auf eine ortsfeste Bezugslinie 58 bezogen, die unabhängig von den nicht näher gezeigten Gehäusen 22, 24 ist.
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Zur Ermittlung der Einstellwinkel 61, 62 wird aus dem radialen Sollabstand 52 und den Exzentrizitäten 42, 44 der jeweiligen Einstellvorrichtungen 32, 34 ein Dreieck 60 gebildet. Die Dreiecksseiten, die den Exzentrizitäten 42, 44 entsprechen, schneiden sich in einem Dreieckspunkt 55, der dem radialen Sollabstand 52 gegenüberliegt. Ferner wird der radiale Sollabstand 52 in einem wählbaren Teilungsverhältnis 66 geteilt. Das Teilungsverhältnis 66 wird durch die Lage eines Teilungspunkts 59 auf dem radialen Sollabstand 52 abgebildet. Der Teilungspunkt 59 unterteilt den radialen Sollabstand 52 in eine erste und eine zweite Teilstrecke 56, 57. Die erste Teilstrecke 56 entspricht dabei einer radialen Position der Antriebswelle 12, die durch die erste Einstellvorrichtung 32 einzustellen ist. Die zweite Teilstrecke 56 entspricht einer radialen Position der Abtriebswelle 14, die durch die zweite Einstellvorrichtung 34 einzustellen ist.
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Am Dreieckspunkt 55 liegt zwischen den Dreiecksseiten, die den Exzentrizitäten 42, 44 entsprechen, ein Winkel, der einer Einstellwinkelsumme 64 entspricht. Eine Verbindungslinie vom Dreieckspunkt 55 zum Teilungspunkt 59 teilt die Einstellwinkelsumme 64 in zwei Einstellwinkel 61, 62 auf. Der erste Einstellwinkel 61 definiert eine Drehung des ersten Gehäuses 22 mit der Antriebswelle 12 und der zweite Einstellwinkel eine Drehung des zweiten Gehäuses 24. Die Einstellwinkel 61, 52 definieren so die relative Position der Antriebswelle 12 zur Abtriebswelle 14. Die Drehungen der Gehäuse 22, 24 werden ferner durch den Sollwinkel 54 bezüglich der ortsfesten Bezugslinie 58 definiert.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 4033894 A1 [0002, 0002]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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