DE102019116906A1

DE102019116906A1 - Verbindungsanordnung für eine elektrische Maschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, Verfahren zum Herstellen einer solchen Verbindungsanordnung, elektrische Maschine für ein Kraftfahrzeug sowie Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102019116906A1
Application number: DE102019116906.2A
Authority: DE
Inventors: Robert Riess; Endre Barti; Anastasios Vichos; Vlad Somesan; Daniel Loos
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2019-06-24
Filing date: 2019-06-24
Publication date: 2020-12-24

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Verbindungsanordnung (27) eines Blechpakets (28) an einer Welle (29) für eine elektrische Maschine, bei welcher das auf der Welle (29) angeordnete Blechpaket (28) mit der Welle (29) mittels einer Welle-Nabe-Verbindung (42) drehfest verbunden ist, welche eine an dem Blechpaket (28) vorgesehene Verzahnung (30) aufweist, die in Umfangsrichtung (33) der Welle (29) aufeinanderfolgende Zähne (31) und in Umfangsrichtung (33) der Welle (29) aufeinanderfolgende und zwischen den jeweiligen Zähnen (32) angeordnete Zahnlücken (32) aufweist, wobei die jeweilige, in Umfangsrichtung (33) der Welle (29) zwischen zwei jeweiligen, in Umfangsrichtung (33) der Welle (29) benachbarten Zähnen (31) der Verzahnung (30) angeordnete Zahnlücke (32) die benachbarten Zähne (31) in radialer Richtung (35) der Welle (29) nach außen hin hintergreift.

Description

Die Erfindung betrifft eine Verbindungsanordnung für eine elektrische Maschine gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Verbindungsanordnung. Die Erfindung betrifft auch eine elektrische Maschine für ein Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 und ein Kraftfahrzeug.
Die WO 2008/064505 A1 offenbart ein Bauteil für eine elektrische Maschine, mit einer kreiszylindrischen Welle und einem auf der Welle angebrachten, aus gestapelten Blechschichten gebildeten Metallkörper. Die einzelnen Blechschichten sind stirnseitig mit der Welle materialtechnisch drehmomentfest verbunden. Dabei ist es vorgesehen, dass mindestens eine Blechschicht zur Welle hin Aussparungen aufweist, sodass ein Spalt zwischen Welle und Blechschicht gebildet ist. Außerdem ist es vorgesehen, dass mindestens eine benachbarte Blechschicht im Bereich der Aussparung eine Schweißnaht zur Welle aufweist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Verbindungsanordnung eines Blechpakets an einer Welle für eine elektrische Maschine, ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Verbindungsanordnung, eine elektrische Maschine für ein Kraftfahrzeug und ein Kraftfahrzeug zu schaffen, sodass eine besonders drehfeste Verbindung zwischen der Welle und dem Blechpaket realisiert werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Verbindungsanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10, durch eine elektrische Maschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 11 sowie durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 12 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft eine Verbindungsanordnung eines Blechpakets an einer Welle für eine elektrische Maschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs. Bei der Verbindungsanordnung ist das Blechpaket auf der Welle, das heißt zumindest auf einem Längenbereich der Welle, angeordnet. Außerdem ist bei der Verbindungsanordnung das Blechpaket drehfest und somit drehmomentübertragend mit der Welle verbunden. Dabei ist das Blechpaket mittels einer Welle-Nabe-Verbindung drehfest mit der Welle verbunden. Hierzu bildet beispielsweise das Blechpaket eine Nabe, in welcher die Welle beziehungsweise zumindest der Längenbereich der Welle angeordnet ist. Mit anderen Worten weist das Blechpaket die genannte Nabe auf. Dabei ist das Blechpaket beispielsweise in der Nabe beziehungsweise über die Nabe drehfest mit der Welle verbunden. Die Welle-Nabe-Verbindung, mittels welcher das Blechpaket drehfest mit der Welle verbunden ist, weist eine an dem Blechpaket vorgesehene beziehungsweise durch das Blechpaket gebildete Verzahnung auf, die in Umfangsrichtung der Welle aufeinanderfolgende Zähne und in Umfangsrichtung der Welle aufeinanderfolgende und zwischen den jeweiligen Zähnen angeordnete Zahnlücken aufweist. Dies bedeutet, dass paarweise zwischen den Zähnen jeweils, insbesondere genau, eine der Zahnlücken angeordnet ist, sodass jeweils zwei in Umfangsrichtung benachbarte und somit unmittelbar aufeinanderfolgende Zähne über die zwischen diesen Zähnen angeordnete Zahnlücke voneinander beabstandet sind. Wieder mit anderen Worten ausgedrückt ist in Umfangsrichtung zwischen zwei in Umfangsrichtung benachbarten Zähnen der Verzahnung, insbesondere genau, eine Zahnlücke der Verzahnung angeordnet, sodass sich in Umfangsrichtung der Welle und somit in Umfangsrichtung des Blechpakets an die jeweilige Zahnlücke beidseitig jeweils einer der Zähne, insbesondere unmittelbar beziehungsweise direkt, anschließt. Dies bedeutet, dass die jeweilige Zahnlücke in einer mit der Umfangsrichtung zusammenfallenden ersten Drehrichtung durch einen der Zähne und in einer mit der Umfangsrichtung zusammenfallenden und der ersten Drehrichtung entgegengesetzten zweiten Drehrichtung durch einen anderen der Zähne begrenzt ist.
Bei der oben genannten Verzahnung handelt es sich nicht notwendigerweise um eine klassische Verzahnung an sich, wie sie bei Zahnrädern vorgesehen ist und die beispielsweise in eine Verzahnung eingreift. Bei der Verzahnung handelt es sich eher um eine, insbesondere im Hinblick auf ihrer Form, an eine klassische Verzahnung eines Zahnrads erinnernde oder einer solchen klassischen Verzahnung ähnelnde Zahnstruktur, die in Umfangsrichtung der Welle aufeinanderfolgende Vorsprünge und in Umfangsrichtung der Welle aufeinanderfolgende und zwischen den jeweiligen Vorsprüngen angeordnete Lücken oder Ausnehmungen aufweist. Dabei sind die Vorsprünge die zuvor genannten Zähne, und die Lücken oder Ausnehmungen sind die zuvor genannten Zahnlücken, die beziehungsweise der Boden oder Grund in radialer Richtung der Welle nach innen hin gegenüber den Zähnen zurückversetzt sind.
Um nun das Blechpaket besonders drehfest mit der Welle verbinden und somit zwischen ein Blechpaket und der Welle auch besonders hohe Drehmomente übertragen zu können, ohne dass es zu einer unerwünschten Relativdrehung zwischen dem Blechpaket und der Welle kommt, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die jeweilige, in Umfangsrichtung der Welle zwischen zwei jeweiligen, in Umfangsrichtung der Welle benachbarten und somit unmittelbar aufeinanderfolgenden Zähnen der Verzahnung angeordnete Zahnlücke die benachbarten Zähne, zwischen welchen die jeweilige Zahnlücke in Umfangsrichtung der Welle und somit des Blechpakets angeordnet ist, in radialer Richtung der Welle nach innen hin hintergreift. Dies bedeutet umgekehrt, dass jeweilige, in Umfangsrichtung des Blechpakets beziehungsweise der Welle nebeneinander beziehungsweise aufeinanderfolgend angeordnete Teile der jeweiligen, beispielsweise als Aussparung, Ausnehmung oder Durchgangsöffnung ausgebildeten Zahnlücke in radialer Richtung der Welle und somit in radialer Richtung des Blechpakets nach innen hin durch jeweilige Teile der benachbarten Zähne begrenzt ist. Hierdurch kann eine solch feste Verbindung zwischen dem Blechpaket und der Welle geschaffen werden, sodass die Welle und mit dieser das Blechpaket mit einer besonders hohen Drehzahl, insbesondere Maximaldrehzahl, gedreht werden kann, ohne dass es zu einem Lösen der Welle-Nabe-Verbindung beziehungsweise ohne dass es zu einer Relativdrehung zwischen der Welle und dem Blechpaket kommt. Außerdem kann ein besonders hohes Drehmoment realisiert werden, welches maximal zwischen der Welle und dem Blechpaket übertragen werden kann, ohne dass es zu einer Relativdrehung zwischen dem Blechpaket und der Welle kommt. Des Weiteren kann die Welle-Nabe-Verbindung besonders einfach und somit zeit- und kostengünstig hergestellt werden, da die Welle-Nabe-Verbindung bei Raumtemperatur hergestellt werden kann. Dabei kann beispielsweise das Blechpaket in axialer Richtung der Welle bei Raumtemperatur auf die Welle aufgeschoben, insbesondere aufgepresst, werden, sodass ein energie- und kostenintensives Temperieren der Welle oder des Blechpakets vermieden werden kann. Außerdem kann auf separate, zusätzlich zu dem Blechpaket und zu der Welle vorgesehene Bauteile und Hilfsmittel zum drehfesten Verbinden der Welle mit dem Blechpaket verzichtet werden, sodass die Teileanzahl und somit die Kosten und das Gewicht der Verbindungsanordnung besonders gering gehalten werden können. Außerdem kann auf aufwendige und somit zeit- und kostenintensive Fertigungsverfahren zum Herstellen der Verbindungsanordnung verzichtet werden. Des Weiteren ermöglicht die Erfindung eine optimierte Maschinenauslegung, das heißt eine besonders vorteilhafte Auslegung der elektrischen Maschine im Vergleich zu herkömmlichen Lösungen.
Insbesondere ermöglicht es die Erfindung, eine vorteilhaft große, in radialer Richtung der Welle und somit in radialer Richtung des Blechpakets verlaufende und für eine Elastizität des jeweiligen Zahns relevante Höhe des jeweiligen Zahns zu realisieren. Andererseits kann eine in radialer Richtung der Welle beziehungsweise des Blechpakets verlaufende und für ein Abknicken beziehungsweise für ein Unterbleiben eines Abknickens des jeweiligen Zahns relevante Höhe des jeweiligen Zahns hinreichend gering gehalten werden. Dadurch ist es zum einen möglich, das Blechpaket in axialer Richtung der Welle auf diese aufzuschieben, insbesondere aufzupressen, wodurch die Welle in der Nabe des Blechpakets angeordnet und drehfest mit dem Blechpaket verbunden wird, ohne dass die Zähne übermäßig beziehungsweise unerwünschterweise abknicken. Zum anderen kann eine übermäßige Stauchung des jeweiligen Zahns vermieden werden, sodass besonders hohe Drehmomente zwischen dem Blechpaket und der Welle übertragen werden können, ohne dass es zu einer unerwünschten Relativdrehung zwischen der Welle und dem Blechpaket kommt.
Um das Blechpaket mit der Welle besonders drehfest miteinander verbinden zu können, ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass der jeweilige Zahn einen die jeweilige Zahnlücke in radialer Richtung der Welle und somit des Blechpakets nach innen hin teilweise begrenzenden ersten Teilbereich aufweist. Durch den ersten Teilbereich ist beispielsweise eine der zuvor genannten Teile der Zahnlücke in radialer Richtung nach innen hin begrenzt. Außerdem weist der jeweilige Zahn einen sich in radialer Richtung nach innen hin an den ersten Teilbereich anschließenden zweiten Teilbereich auf, welcher den ersten Teilbereich in radialer Richtung nach innen hin überragt. Mit anderen Worten steht der zweite Teilbereich in radialer Richtung der Welle und somit des Blechpakets nach innen hin von dem ersten Teilbereich ab. Mit anderen Worten überragt der erste Teilbereich den zweiten Teilbereich in Umfangsrichtung des Blechpakets und somit der Welle.
Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass die Teilbereiche einstückig miteinander ausgebildet sind. Dadurch kann die Welle besonders drehfest mit dem Blechpaket verbunden werden.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist die jeweilige Zahnlücke eine Kontur, insbesondere eine durch das Blechpaket gebildete Innenkontur, auf, wobei die Kontur beziehungsweise Innenkontur zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, bogenförmig ausgebildet ist. Dies bedeutet vorzugsweise, dass die Kontur keine Ecken, sondern lediglich rundliche beziehungsweise bogenförmige Abschnitte aufweist. Mit anderen Worten ist es vorzugsweise vorgesehen, dass die Kontur zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend und somit zu mehr als zur Hälfte oder vorzugsweise vollständig, durch konkave und somit bogenförmige Abschnitte gebildet ist. Die Abschnitte sind beispielsweise durch das Blechpaket gebildet. Dadurch können besonders hohe Drehmomente, die zwischen dem Blechpaket und der Welle übertragen werden können, ohne dass es zu einer Relativdrehung zwischen dem Blechpaket und der Welle kommt, realisiert werden. Außerdem kann eine besonders hohe Maximaldrehzahl realisiert werden, mit der die Welle und das Blechpaket gemeinsam beziehungsweise gleichzeitig gedreht werden können, ohne dass sich das Blechpaket von der Welle löst, das heißt ohne dass das Blechpaket von der Welle abhebt.
Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass die jeweilige Zahnlücke in radialer Richtung der Welle und somit des Blechpakets nach außen hin durch einen jeweiligen, kreissegmentförmigen und auch als Boden bezeichneten Nutgrund begrenzt ist. Hierdurch können die Welle und das Blechpaket besonders fest miteinander verbunden werden.
In besonders vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung weist das Blechpaket ein erstes Blechelement und ein zweites Blechelement auf. Die Blechelemente werden auch als Blechlagen, Blechsegmente oder Blechschnitte bezeichnet, da das jeweilige Blechelement beispielsweise durch Stanzen beziehungsweise Ausstanzen hergestellt beziehungsweise gebildet ist. Die Blechelemente sind dabei in axialer Richtung der Welle und somit in axialer Richtung des Blechpakets hintereinander beziehungsweise aufeinanderfolgend angeordnet. Insbesondere ist es vorgesehen, dass das zweite Blechelement in axialer Richtung unmittelbar beziehungsweise direkt auf das erste Blechelement folgt, sodass zwischen dem ersten Blechelement und dem zweiten Blechelement kein anderes, weiteres Blechelement des Blechpakets angeordnet ist. Dabei sind erste der Zähne und erste der Zahnlücken durch das erste Blechelement gebildet, und zweite der Zähne und zweite der Zahnlücken sind durch das zweite Blechelement gebildet. Hierdurch kann die Verbindungsanordnung besonders kostengünstig hergestellt werden, und es können besonders große Drehmomente und besonders hohe Drehzahlen realisiert werden, ohne dass es zu unerwünschten Relativbewegungen zwischen der Welle und dem Blechpaket kommt.
Um die Welle besonders drehfest mit dem Blechpaket verbinden zu können, ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die Blechelemente in Umfangsrichtung der Welle derart zueinander verdreht angeordnet sind, dass die ersten Zahnlücken in eine parallel zur axialen Richtung der Welle und somit des Blechpakets verlaufende erste Richtung zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend und somit zu mehr als zur Hälfte oder vollständig, durch die zweiten Zähne überlappt beziehungsweise überdeckt sind. Außerdem sind die Blechelemente in Umfangsrichtung der Welle und somit in Umfangsrichtung des Blechpakets derart verdreht zueinander angeordnet, dass die zweiten Zahnlücken in eine parallel zur axialen Richtung der Welle verlaufende und der ersten Richtung entgegengesetzte zweite Richtung zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, durch die erste Zähne überlappt beziehungsweise überdeckt sind. Hierdurch können sich die Zähne, insbesondere in axialer Richtung, besonders vorteilhaft aneinander abstützen, sodass beispielsweise dann, wenn das Blechpaket unter Anordnen der Welle in der Nabe in axialer Richtung der Welle auf die Welle aufgeschoben, insbesondere aufgepresst, wird eine unerwünschte und übermäßige Verformung der Zähne, insbesondere ein Abknicken der Zähne, vermieden werden kann. Ansonsten sind die Blechelemente vorzugsweise baugleich beziehungsweise identisch ausgebildet, zumindest im Hinblick auf die Verzahnungen beziehungsweise zumindest im Hinblick auf die Zähne und die Zahnlücken. Dadurch können sich die Blechelemente besonders vorteilhaft in axialer Richtung der Welle aneinander abstützen, sodass das Blechpaket besonders vorteilhaft auf die Welle aufgeschoben werden kann. Hierbei können übermäßige Verformungen der Zähne vermieden werden, sodass besonders hohe Drehmomente zwischen dem Blechpaket und der Welle übertragen werden können, ohne dass es zu einer Relativdrehung zwischen dem Blechpaket und der Welle kommt.
Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass die jeweilige Zahnlücke an sich, das heißt für sich alleine betrachtet, als eine Durchgangsöffnung ausgebildet ist. Dadurch kann ein besonders hohes, maximal übertragbares Drehmoment dargestellt werden.
Schließlich hat es sich bei dem ersten Aspekt der Erfindung als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn das Blechpaket unter Ausbildung eines Längspressverbands in axialer Richtung der Welle auf die Welle aufgeschoben und dadurch, das heißt mittels des Längspressverbands, drehfest mit der Welle verbunden ist. Dadurch kann das Blechpaket besonders vorteilhaft mit der Welle verbunden werden, sodass besonders hohe Drehmomente zwischen der Welle und dem Blechpaket übertragen werden können, ohne dass es zu unerwünschten Relativbewegungen zwischen dem Blechpaket und der Welle kommt.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Verbindungsanordnung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung. Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten Aspekts der Erfindung sind als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des zweiten Aspekts der Erfindung anzusehen und umgekehrt.
Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es insbesondere möglich, den zuvor genannten Längspressverband bei Raumtemperatur und somit dann herzustellen, während die Welle und das Blechpaket jeweils Raumtemperatur aufweisen. Die erfindungsgemäß ausgestalteten Zahnlücken ermöglichen es dabei, die Welle mit dem Blechpaket besonders drehfest zu verbinden, ohne dass es zu unerwünschten und übermäßigen Verformungen der Zähne kommt und ohne dass die Welle oder das Blechpaket aufwendig temperiert werden müssten. Selbstverständlich ist es jedoch möglich, den Längspressverband durch Erwärmen des Blechpakets beziehungsweise bei erwärmtem Blechpaket zu montieren beziehungsweise herzustellen.
Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft eine elektrische Maschine für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für einen vorzugsweise als Personenkraftwagen ausgebildeten Kraftwagen. Die elektrische Maschine weist wenigstens eine Welle und wenigstens ein auf der Welle angeordnetes Blechpaket auf. Die Wellen und das Blechpaket sind beispielsweise Bestandteile eines Rotors der elektrischen Maschine, welche auch einen Stator aufweisen kann. Beispielsweise ist der Rotor mittels des Stators antreibbar und dadurch um eine Maschinendrehachse relativ zu dem Stator drehbar. Das Blechpaket ist mit der Welle mittels einer Welle-Nabe-Verbindung drehfest verbunden. Die Welle-Nabe-Verbindung weist dabei eine an dem Blechpaket vorgesehene beziehungsweise durch das Blechpaket gebildete Verzahnung auf, die in Umfangsrichtung der Welle aufeinanderfolgende Zähne und in Umfangsrichtung der Welle aufeinanderfolgende und zwischen den jeweiligen Zähnen angeordnete Zahnlücken aufweist.
Um nun die Welle besonders fest mit dem Blechpaket verbinden zu können, sodass auch besonders hohe Drehmomente zwischen dem Blechpaket und der Welle übertragen werden können, ohne dass es zu Relativdrehungen zwischen dem Blechpaket und der Welle kommt, ist es bei dem dritten Aspekt der Erfindung vorgesehen, dass die jeweilige, in Umfangsrichtung der Welle zwischen jeweiligen, in Umfangsrichtung der Welle unmittelbar benachbarten Zähnen der Verzahnung angeordnete Zahnlücken die benachbarten Zähne, zwischen welchen die jeweilige Zahnlücke in Umfangsrichtung der Welle und somit des Blechpakets angeordnet ist, in radialer Richtung der Welle nach außen hin hintergreift. Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten und des zweiten Aspekts der Erfindung sind als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des dritten Aspekts der Erfindung anzusehen und umgekehrt.
Ein vierter Aspekt der Erfindung betrifft ein vorzugsweise als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen, ausgebildetes Kraftfahrzeug, welches wenigstens eine elektrische Maschine gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung aufweist. Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten, zweiten und dritten Aspekts der Erfindung sind als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des vierten Aspekts der Erfindung anzusehen und umgekehrt.
Vorzugsweise ist das Kraftfahrzeug, welches in seinem vollständig hergestellten Zustand die elektrische Maschine aufweist, mittels der elektrischen Maschine, insbesondere rein elektrisch, antreibbar. Da das Blechpaket besonders drehfest mit der Welle verbunden werden kann, kann die elektrische Maschine, insbesondere über ihren Rotor, besonders hohe Drehmomente zum Antreiben des Kraftfahrzeugs bereitstellen, sodass besonders vorteilhafte Anfahr- und/oder Beschleunigungsvorgänge des Kraftwagens realisiert werden können.
Da die Welle beispielsweise Bestandteil des Rotors der elektrischen Maschine sein kann, wird die Welle auch als Rotorwelle bezeichnet. Über die Welle kann die elektrische Maschine beispielsweise Drehmomente bereitstellen, mittels welcher wenigstens ein oder mehrere Räder des Kraftfahrzeugs und somit das Kraftfahrzeug insgesamt angetrieben werden können.
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels mit den zugehörigen Zeichnungen. Dabei zeigt:

1 eine schematische Längsschnittansicht und eine schematische Perspektivansicht einer ersten Welle-Nabe-Verbindung,
2 eine schematische Perspektivansicht einer zweiten Welle-Nabe-Verbindung;
3 eine schematische Perspektivansicht einer dritten Welle-Nabe-Verbindung;
4 eine schematische Perspektivansicht und eine schematische, teilweise geschnittene Seitenansicht einer vierten Welle-Nabe-Verbindung;
5 eine schematische und teilweise geschnittene Perspektivansicht einer fünften Welle-Nabe-Verbindung;
6 ausschnittsweise eine schematische und geschnittene Seitenansicht einer ersten Verbindungsanordnung eines Blechpakets an einer Welle für eine elektrische Maschine;
7 ausschnittsweise eine weitere schematische und geschnittene Seitenansicht der Verbindungsanordnung gemäß 6, wobei 1 bis 7 der Erläuterung des Hintergrunds der Erfindung dienen;
8 ausschnittsweise eine schematische Querschnittsansicht einer erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung eines Blechpakets an einer Welle für eine elektrische Maschine;
9 ausschnittsweise eine schematische Vorderansicht des Blechpakets gemäß 8; und
10 ausschnittsweise eine weitere schematische Vorderansicht des Blechpakets gemäß 9.

In den Fig. sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
1 zeigt in einer schematischen Längsschnittansicht und in einer schematischen Perspektivansicht eine Welle-Nabe-Verbindung 1, mittels welcher eine Welle 2 drehfest mit einem Bauelement 3 verbunden ist. Das Bauelement 3 ist ein Nabenelement, da das Bauelement 3 eine beispielsweise als Durchgangsöffnung ausgebildete Nabe 4 bildet, aufweist beziehungsweise begrenzt. Dabei ist zumindest ein Längenbereich L der Welle 2 in der Nabe 4 aufgenommen, wobei die Welle 2 in der Nabe 4 und somit in dem Längenbereich L mittels der Welle-Nabe-Verbindung 1 drehfest mit dem Bauelement 3 verbunden ist. Die erste Welle-Nabe-Verbindung 1 ist eine formschlüssige Welle-Nabe-Verbindung in Form einer sogenannten Passfederverbindung. Hierzu weist die Welle 2 eine beispielsweise als eine erste Nut ausgebildete erste Ausnehmung 5 auf, und das Bauelement 3 weist eine beispielsweise als eine zweite Nut ausgebildete zweite Ausnehmung 6 auf. Außerdem ist ein Formschlusselement 7 vorgesehen, welches auch als Feder oder Passfeder bezeichnet wird. Das Formschlusselement 7 ist jeweils teilweise in der Ausnehmung 5 und in der Ausnehmung 6 angeordnet, wodurch das Bauelement 3 formschlüssig mit der Welle 2 verbunden ist. Mit anderen Worten wird mittels der Ausnehmungen 5 und 6 und mittels des Formschlusselements 7 ein Formschluss zur Kraft- und/oder Momentenübertragung zwischen der Welle 2 und dem Bauelement 3 realisiert, da mittels der Welle-Nabe-Verbindung 1 Drehmomente und/oder Kräfte formschlüssig zwischen der Welle 2 und dem Bauelement 3 übertragen werden können. Die jeweilige Nut 5 beziehungsweise 6 ist beispielsweise durch Fräsen oder Stanzen hergestellt. Beispielsweise wird das Formschlusselement 7 in die jeweilige Nut 5 beziehungsweise 6 eingelegt.
Die Welle 2 ist beispielsweise eine Welle einer elektrischen Maschine, welche einen Stator und einen Rotor aufweisen kann. Der Rotor ist von dem Stator antreibbar und dadurch um eine Maschinendrehachse relativ zu dem Stator drehbar. Dabei ist in 1 die axiale Richtung der Welle 2 durch eine strichpunktierte Linie 8 veranschaulicht. Im vollständig hergestellten Zustand der elektrischen Maschine fällt beispielsweise die axiale Richtung der Welle 2 mit der Maschinendrehachse zusammen. Die elektrische Maschine kann Bestandteil eines Kraftfahrzeugs sein, welches beispielsweise als Hybrid- oder Elektrofahrzeug, insbesondere als batterieelektrisches Fahrzeug, ausgebildet sein kann. Dabei ist das Kraftfahrzeug mittels der elektrischen Maschine, insbesondere elektrisch, antreibbar. Hierzu wird beispielsweise der Rotor von dem Stator angetrieben, wodurch die elektrische Maschine über den Rotor wenigstens ein Drehmoment zum, insbesondere elektrischen, Antreiben des Kraftfahrzeugs bereitstellt.
Da das Kraftfahrzeug mittels der elektrischen Maschine angetrieben werden kann, wird die elektrische Maschine auch als Traktionsmaschine betrieben. Der Einsatz von elektrischen Traktionsmaschinen in Kraftfahrzeugen wie beispielsweise Hybrid- oder Elektrofahrzeugen erfordert üblicherweise eine hohe Leistungsdichte und einen sehr guten Wirkungsgrad bei möglichst geringen Kosten. Außerdem ist es wünschenswert, eine starke beziehungsweise hohe Beschleunigung des Kraftfahrzeugs mittels der elektrischen Maschine realisieren zu können. Hierzu sollte die Traktionsmaschine in der Lage sein, hohe Drehmomente zum Antreiben des Kraftfahrzeugs bereitzustellen. Die Drehmomente zum elektrischen Antreiben des Kraftfahrzeugs werden beispielsweise durch magnetische Feldkräfte erzeugt, mittels welchen der Rotor angetrieben wird. Insbesondere wird das durch die magnetischen Feldkräfte erzeugte Drehmoment zunächst auf das Blechpaket übertragen und ist von dem Blechpaket auf die Welle 2 zu übertragen, sodass dann wenigstens ein oder mehrere Räder und somit das Kraftfahrzeug insgesamt mittels des Drehmoments angetrieben werden können. Um das jeweilige Drehmoment zwischen dem Blechpaket und der Welle 2 zu übertragen, kommt beispielsweise gemäß 1 die dort gezeigte Welle-Nabe-Verbindung 1 zum Einsatz.
2 zeigt eine zweite Welle-Nabe-Verbindung 9, welche als ein Keilwellenprofil ausgebildet ist. Dies bedeutet, dass die Welle-Nabe-Verbindung 9 ein an der Welle 2 vorgesehenes erstes Keilwellenprofil 10 und ein damit korrespondierendes, an dem Bauelement 3 vorgesehenes beziehungsweise mit dem Bauelement 3 mitdrehbares zweites Keilwellenprofil 11 umfasst. Die Keilwellenprofile 10 und 11 greifen ineinander und wirken somit formschlüssig zusammen, sodass auch durch die Welle-Nabe-Verbindung 9 das Bauelement 3 formschlüssig mit der Welle 2 drehfest und somit drehmomentübertragend verbunden ist. Das Keilwellenprofil 11 wird beispielsweise durch das Bauelement 3 selbst gebildet, oder das Keilwellenprofil 11 wird durch ein weiteres Bauelement 12 gebildet. Die Bauelemente 3 und 12 sind beispielsweise separat voneinander ausgebildet und drehfest miteinander verbunden.
3 veranschaulicht eine dritte Welle-Nabe-Verbindung 13, welche ein an der Welle 2 vorgesehenes erstes Profil 14 und ein an dem Bauelement 3 vorgesehenes beziehungsweise mit dem Bauelement 3 mitdrehbares zweites Profil 15 umfasst. Das jeweilige Profil 14 beziehungsweise 15 ist beispielsweise als ein Polygonprofil oder als ein unrundes Profil beziehungsweise als ein Unrund ausgebildet, wobei die Profile 14 und 15 beispielsweise formschlüssig miteinander zusammenwirken und dadurch formschlüssig drehfest miteinander verbunden sind. Somit ist beispielsweise auch durch die Welle-Nabe-Verbindung 13 das Bauelement 3 formschlüssig drehfest mit der Welle 2 verbunden. Während beispielsweise das Profil 14 durch die Welle 2 gebildet ist beziehungsweise einstückig mit der Welle 2 ausgebildet ist, ist das Profil 15 beispielsweise durch das Bauelement 3 gebildet oder durch das Bauelement 12 gebildet. Bei der Welle-Nabe-Verbindung 13 werden Kräfte beziehungsweise Drehmomente durch eine Flächenberührung der Profile 14 und 15 übertragen. Eine Flächenpressung zwischen den Profilen 14 und 15 steigt langsam bis zu einem Maximalwert an und fällt anschließend wieder gleichmäßig ab.
4 veranschaulicht eine vierte Welle-Nabe-Verbindung 16, welche eine an der Welle 2 vorgesehene beziehungsweise mit der Welle 2 mitdrehbare erste Kerbverzahnung 17 und eine damit korrespondierende und an dem Bauelement 3 vorgesehene beziehungsweise mit dem Bauelement 3 mitdrehbare zweite Kerbverzahnung 18 aufweist. Gemäß 4 ist die Kerbverzahnung 17 durch die Welle 2 selbst gebildet und somit einstückig mit der Welle 2 ausgebildet, während die Kerbverzahnung 18 durch das Bauelement 3 selbst gebildet ist und somit einstückig mit dem Bauelement 3 ausgebildet ist. Die Kerbverzahnungen 17 und 18 greifen ineinander, wobei auch wie bei den Welle-Nabe-Verbindungen 1, 9 und 13 bei der Welle-Nabe-Verbindung 16 das Bauelement 3 auf der Welle 2 angeordnet ist. Auch durch die Welle-Nabe-Verbindung 16 sind das Bauelement 3 und die Welle 2 formschlüssig drehfest miteinander verbunden. Wie besonders gut aus 4 erkennbar ist, weist die jeweilige Kerbverzahnung 17 beziehungsweise 18 spitz zulaufende Zähne auf. Die Kerbverzahnungen 17 und 18 greifen dabei ineinander, insbesondere derart, dass die Zähne der Kerbverzahnung 17 in korrespondierende Zahnlücken der Kerbverzahnung 18 eingreifen, und dass die Zähne der Kerbverzahnung 18 in korrespondierende Zahnlücken der Kerbverzahnung 17 eingreifen.
5 zeigt eine fünfte Welle-Nabe-Verbindung 19, welche einen Querpressverband aufweist beziehungsweise als ein Querpressverband ausgebildet ist. Somit ist gemäß 5 das Bauelement 3 mit der Welle 2 mittels eines Querpressverbands drehfest verbunden. Der Querpressverband wird beispielsweise durch Warmschrumpfen und/oder Kaltdehnen hergestellt. Beim Warmschrumpfen haben beispielsweise die Welle 2 beziehungsweise der Längenbereich L und die auch als Bohrung oder Nabenbohrung bezeichnete Nabe 4 bei Raumtemperatur ein Übermaß. Das Bauelement 3 beziehungsweise dessen Nabe 4 wird erwärmt, wodurch ein Spiel zwischen dem Bauelement 3 und der Welle 2 beziehungsweise dem Längenbereich L entsteht. Dann kann das Bauelement 3 auf die Welle 2 in axialer Richtung der Welle 2 geschoben werden. Danach kühlt das Bauelement 3 ab, wodurch das auch als Nabe bezeichnete Bauelement 3 auf den Längenbereich L aufschrumpft. In der Folge umschließt das Bauelement 3 den Längenbereich L fest, wodurch das Bauelement 3 drehfest mit der Welle 2 verbunden wird beziehungsweise ist.
Beim Kaltdehnen wird die Welle 2, insbesondere aktiv, abgekühlt, um einen Schrumpfvorgang der Welle 2 zumindest im Längenbereich L zu bewirken. Im Zuge des Schrumpfvorgangs wird die Welle 2 zumindest in dem Längenbereich L hinsichtlich ihres Außendurchmessers beziehungsweise Außenumfangs verkleinert. Daraufhin wird die Welle 2 mit dem Bauelement 3 derart gefügt, dass das Bauelement 3 auf die Welle 2 aufgeschoben wird, insbesondere derart, dass der Längenbereich L in der Nabe 4 zum Liegen kommt. Daraufhin kann sich die Welle 2 wieder erwärmen, wodurch sich die Welle 2 ausdehnt. Auch hierdurch wird eine Pressverbindung zwischen der Welle 2 und dem Bauelement 3 ausgebildet, wodurch das Bauelement 3 drehfest mit der Welle 2 verbunden wird. Ein maximal zwischen der Welle 2 und dem Bauelement 3 übertragbares Drehmoment, welches noch übertragen werden kann, ohne dass es zu Relativdrehungen zwischen dem Bauelement 3 und der Welle 2 kommt, hängt von einer Werkstoffpaarung und somit von Werkstoffen ab, aus welchen die Welle 2 und das Bauelement 3 hergestellt sind. Außerdem hängt das maximal übertragbare Drehmoment von dem Übermaß zwischen dem Bauelement 3 und der Welle 2 ab. Aus 5 ist erkennbar, dass sich bei dem Querpressverband eine außenumfangsseitige Mantelfläche 20 der Welle 2 und eine innenumfangsseitige Mantelfläche 21 des Bauelements 3 direkt gegenseitig berühren, wobei das maximal übertragbare Drehmoment auch von Rautiefen der Mantelflächen 20 und 21 abhängt. Die Mantelflächen 20 und 21 werden auch als Oberflächen bezeichnet.
Des Weiteren ist es möglich, die Welle 2 mit dem Bauelement 3 drehfest mittels einer Welle-Nabe-Verbindung 22 (6 und 7) zu verbinden, welche als eine Formbohrung ausgebildet ist beziehungsweise eine Formbohrung umfasst. Wie aus 6 und 7 erkennbar ist, umfasst die Welle-Nabe-Verbindung 22, mittels welcher die Welle 2 drehfest mit dem Bauelement 3 verbunden ist, eine an dem Bauelement 3 vorgesehene beziehungsweise durch das Bauelement 3 gebildete Verzahnung 23. Die Verzahnung 23 weist in Umfangsrichtung der Welle 2 und somit in Umfangsrichtung des Bauelements 3 aufeinanderfolgende Zähne 24 auf, wobei in 7 die Umfangsrichtung der Welle 2 beziehungsweise die Umfangsrichtung des Bauelements 3 durch einen Doppelpfeil 25 veranschaulicht ist. Außerdem umfasst die Verzahnung 23 in Umfangsrichtung der Welle 2 und somit in Umfangsrichtung des Bauelements 3 aufeinanderfolgende und jeweils zwischen den jeweiligen Zähnen 24 angeordnete Zahnlücken 26. Dabei ist aus 7 erkennbar, dass zwischen jeweils zwei in Umfangsrichtung benachbarten Zähnen 24 der Verzahnung 23 genau eine Zahnlücke 26 der Verzahnung 23 angeordnet ist, wobei die jeweilige Zahnlücke 26 in Umfangsrichtung zwischen jeweils benachbarten Zähnen 24 angeordnet ist. Das Bauelement 3 beziehungsweise die Verzahnung 23 bilden beziehungsweise begrenzen die Nabe 4 in radialer Richtung der Welle 2 und somit in radialer Richtung des Bauelements 3 nach außen hin, sodass die Zähne 24 und die Zahnlücken 26 in der Nabe 4 angeordnet sind.
Das Blechpaket 3 wird beispielsweise unter Ausbildung eines Längspressverbands und insbesondere bei Raumtemperatur, das heißt dann, wenn das Bauelement 3 und die Welle 2 jeweils Raumtemperatur aufweisen, in axialer Richtung der Welle 2 auf die Welle 2 aufgeschoben, insbesondere aufgepresst, derart, dass beispielsweise der Längenbereich L in der Nabe 4 zum Liegen kommt. Hierbei gleiten die Zähne 24 an der Welle 2, insbesondere an der außenumfangsseitigen Mantelfläche 20 der Welle 2, ab. Aus 7 ist erkennbar, dass beim Aufschieben beziehungsweise Aufpressen des Bauelements 3 auf die Welle 2 die Zähne 24, insbesondere übermäßig, abknicken können. Die Welle-Nabe-Verbindung 22 bietet die Möglichkeit, die Welle 2 mit dem Bauelement 3 ohne Wärmebehandlung der Welle 2 oder des Bauelements 3 zu fügen. Hierbei wird die Welle 2 beispielsweise in axialer Richtung der Welle 2 in die Nabe 4 und somit in das Bauelement 3 eingeschoben, insbesondere eingepresst. Im Gegensatz zu der in 5 gezeigten Welle-Nabe-Verbindung 19 ist die Nabe 4 bei der Welle-Nabe-Verbindung 22 nicht kreisrund und somit nicht als runde Bohrung ausgebildet, sondern in der Nabe 4 sind die Zähne 24 und die dazwischen angeordneten und auch als Aussparungen ausgebildeten Zahnlücken 26 angeordnet.
Bezüglich der in 1 bis 7 gezeigten Welle-Nabe-Verbindungen 1, 9, 13, 16, 19 und 22 wurden nun die folgenden Nachteile identifiziert: Formschlüssige Welle-Nabe-Verbindungen benötigen zum Teil zusätzliche Bauteile wie beispielsweise Passfedern und/oder aufwendige Fertigungsverfahren. Zudem müssen diese zum Teil zusätzlich axial gesichert werden. Das beispielsweise als Blechpaket ausgebildete Bauelement 3 weitet sich während eines Betriebs der elektrischen Maschine durch Temperatur und mechanische Last, welche beispielsweise aus hohen Drehzahlen resultiert, auf, wodurch bei sehr hohen Drehzahlen die drehfeste Verbindung zwischen dem Bauelement 3 und der Welle 2 verloren gehen kann. Eine Zentrierung sowie eine Drehmomentenübertragung müssen auch bei hoher thermomechanischer Last sichergestellt sein. Hierdurch wird das maximal übertragbare Drehmoment limitiert. Querpressverbände welche beispielsweise durch Warmschrumpfen und/oder Kaltdehnen hergestellt werden, haben den Nachteil, dass zusätzlich Energie zum Temperieren der Welle 2 und/oder des Bauelements 3, das heißt beispielsweise zum Kühlen der Welle 2 und/oder zum Erwärmen des Bauelements 3, benötigt wird, um den jeweiligen Querpressverband herzustellen. Die Welle 2 wird beispielsweise mithilfe von flüssigem Stickstoff gekühlt. Das Bauelement 3 wird beispielsweise mittels eines Ofens und dabei in dem Ofen erwärmt, bevor das Bauelement 3 mit der Welle 2 gefügt wird. Aus dem Wunsch heraus, besonders hohe Drehmomente zwischen dem Bauelement 3 und der Welle 2 übertragen zu können, resultiert eine hohe benötigte Überdeckung, das heißt ein hohes Übermaß zwischen der Welle 2 und dem Bauelemente 3, was wiederum eine hohe Temperaturdifferenz beim Fügen zur Folge haben kann. Die maximale Temperatur des beispielsweise als Blechpaket ausgebildeten Bauelements 3 vor dem Fügen wird durch im Rotor eingesetzte Materialien begrenzt. Beispielsweise sollten Magnete und/oder Kunststoffe nicht beliebig hoch erwärmt werden, da diese sonst beschädigt werden. Zusätzlich können Alterungsvorgänge auftreten, die die Lebensdauer der elektrischen Maschine, insbesondere des Rotors, reduzieren können.
Bei der in 6 und 7 veranschaulichten Welle-Nabe-Verbindung 22 in Form einer Formbohrung ist das maximal übertragbare Drehmoment stark begrenzt. Die Zähne 24 enden beispielsweise in radialer Richtung des Bauelements 3 nach innen hin auf einem Durchmesser, insbesondere auf einem Innendurchmesser, wobei zur drehfesten Verbindung des Bauelements 3 mit der Welle 2 auch ein Übermaß zwischen diesem Innendurchmesser und der Welle 2 vorgesehen wird. Das Übermaß wird auch als Überdeckung bezeichnet, wobei zur Übertragung hoher Drehmomente ein großes Übermaß erforderlich ist. Aus dem Wunsch, besonders hohe Drehmomente zwischen dem Bauelement 3 und der Welle 2 übertragen zu können, resultiert eine erforderliche hohe Überdeckung. Diese sorgt für einen Zielkonflikt bei der Wahl der sogenannten Zahnhöhe. Die Zahnhöhe ist eine in radialer Richtung des Bauelements 3 und somit der Welle 2 verlaufende Höhe beziehungsweise Erstreckung oder Länge des jeweiligen Zahns 24. Die Zahnhöhe ist beispielsweise in 6 am Beispiel eines dort gezeigten Zahns 24 gezeigt und mit ZH bezeichnet. Wird die Zahnhöhe ZH niedrig gewählt, so kann ein übermäßiges, unerwünschtes Umknicken der Zähne 24 beim axialen Fügevorgang, das heißt dann, wenn die Welle 2 in die Nabe 4 eingepresst wird beziehungsweise wenn das Bauelement 3 auf die Welle 2 aufgepresst wird, vermieden werden. Aufgrund der hohen Überdeckung werden jedoch die Zähne 24 gestaucht und plastifiziert, was besonders gut aus 6 erkennbar ist. Hierdurch reduziert sich der elastische beziehungsweise federnde Anteil im jeweiligen Zahn 24, sodass das maximal übertragbare Drehmoment sinkt und ein Abheben des Bauelements 3 von der Welle 2 bereits bei niedrigen Drehzahlen eintreten kann. Durch dieses Abheben wird die gewünschte, drehfeste Verbindung des Bauelements 3 mit der Welle 2 aufgehoben, sodass beispielsweise eine die Welle 2 und das Bauelement 3 umfassende Baueinheit, insbesondere der Rotor, versagt. Mit anderen Worten kann es infolge des Abhebens zu unerwünschten Relativdrehungen zwischen dem Bauelement 3 und der Welle 2 kommen. Eine große Zahnhöhe ZH kann zwar die Stauchung des jeweiligen Zahns 24 gering halten, jedoch kann dann der jeweilige Zahn 24 beim axialen Fügevorgang leichter umknicken. In der Folge ist das maximal übertragbare Drehmoment ebenfalls begrenzt.
Demgegenüber zeigt 8 eine Verbindungsanordnung 27 eines Blechpakets 28 an einer Welle 29 für eine elektrische Maschine eines Kraftfahrzeugs. Bei der Verbindungsanordnung 27 ist das Blechpaket 28 auf der Welle 29, insbesondere zumindest auf einem Längenbereich L der Welle 29, angeordnet. Außerdem ist bei der Verbindungsanordnung 27 das Blechpaket 28 drehfest mit der Welle 29 verbunden. Dabei können die vorigen Ausführungen zur Welle 2 ohne weiteres auch auf die Welle 29 übertragen werden und umgekehrt, und die vorigen und folgenden Ausführungen zum Bauelement 3 können ohne weiteres auf das Blechpaket 28 übertragen werden und umgekehrt. Bei der Verbindungsanordnung 27 ist das Blechpaket 28 mit der Welle 29 mittels einer Welle-Nabe-Verbindung 41 drehfest verbunden, welche eine Verzahnung 30 aufweist. Wie bei der Welle-Nabe-Verbindung 22 gemäß 7 umfasst die Welle-Nabe-Verbindung 41 in Umfangsrichtung der Welle 29 und somit in Umfangsrichtung des Blechpakets 28 aufeinanderfolgende Zähne 31 und in Umfangsrichtung der Welle 29 beziehungsweise in Umfangsrichtung des Blechpakets 28 aufeinanderfolgende und zwischen den jeweiligen Zähnen 31 angeordnete Zahnlücken 32, welche auch als Aussparungen bezeichnet werden und an sich, das heißt für sich alleine betrachtet, als Durchgangsöffnungen insbesondere in axialer Richtung der Welle 29 und somit des Blechpakets 28 ausgebildet sind. Die Umfangsrichtung der Welle 29 und somit des Blechpakets 28 ist in 8 durch einen Doppelpfeil 33 veranschaulicht, wobei die axiale Richtung der Welle 29 und somit die axiale Richtung des Blechpakets 28 in 8 durch einen Doppelpfeil 34 veranschaulicht sind. Schließlich sind in 8 die radiale Richtung der Welle 29 und somit die radiale Richtung des Blechpakets 28 durch einen Doppelpfeil 35 veranschaulicht.
Um nun die Welle 29 besonders drehfest sowie auf besonders kostengünstige Weise mit dem Blechpaket 28 verbinden zu können, ist es bei der Welle-Nabe-Verbindung 41 vorgesehen, dass die jeweilige, in Umfangsrichtung der Welle 29 beziehungsweise des Blechpakets 28 zwischen zwei jeweiligen, in Umfangsrichtung der Welle 29 beziehungsweise des Blechpakets 28 benachbarten und somit unmittelbar aufeinanderfolgenden Zähnen 31 der Verzahnung 30 angeordnete Zahnlücke 32 die benachbarten Zähne 31, zwischen welchen die jeweilige Zahnlücke 32 in Umfangsrichtung angeordnet ist, in radialer Richtung der Welle 29 beziehungsweise des Blechpakets 28 nach außen hin hintergreift. Wie am Beispiel einer der Zahnlücken 32 in 8 gezeigt ist, bedeutet dies, dass jeweilige, in Umfangsrichtung aufeinanderfolgend beziehungsweise nebeneinander angeordnete Teile T1 und T2 der jeweiligen Zahnlücke 32 in radialer Richtung des Blechpakets 28 und somit der Welle 29 nach innen hin durch jeweilige Teilbereiche 36 der jeweiligen, benachbarten Zähne 31 begrenzt sind. Mittels der Welle-Nabe-Verbindung 41 können die zuvor geschilderten und im Hinblick auf die Welle-Nabe-Verbindungen 1, 9, 13, 16, 19 und 22 geschilderten Nachteile und Probleme vermieden werden. Insbesondere ermöglicht es die Welle-Nabe-Verbindung 41, die Vorteile einer hohen beziehungsweise großen Zahnhöhe ZH mit den Vorteilen einer niedrigen beziehungsweise geringen Zahnhöhe ZH zu vereinen und dabei deren jeweilige Nachteile zu vermeiden.
Die Welle-Nabe-Verbindung 41 geht beispielsweise aus von einer niedrigen Zahnhöhe ZH. Um den diesbezüglichen Nachteil einer übermäßigen Stauchung auszugleichen und einen besonders großen elastischen Deformationsanteil des jeweiligen Zahns 31 zu realisieren, werden die Zahnlücken 32 wie beschrieben derart ausgebildet, dass die Zahnlücken 32 die jeweiligen Zähne 31 in radialer Richtung nach außen hin hintergreifen. Hierdurch kann eine in 8 mit h1 bezeichnete, in radialer Richtung verlaufende und für eine vorteilhafte Elastizität des jeweiligen Zahns 31 relevante erste Höhe des jeweiligen Zahns 31 geschaffen werden.
Der jeweilige Zahn 31 weist den jeweiligen Teilbereich 36 als ersten Teilbereich auf. Der jeweilige erste Teilbereich 36 begrenzt dabei den jeweiligen Teil T1 beziehungsweise T2 der jeweiligen Zahnlücke 32 in radialer Richtung nach innen hin. Außerdem weist der Zahn 31 einen jeweiligen zweiten Teilbereich 37 auf, welcher sich in radialer Richtung nach innen hin an den jeweiligen ersten Teilberiech 36 anschließt. Dabei überragt der Teilbereich 37 den Teilbereich 36 in radialer Richtung nach innen hin beziehungsweise der Teilbereich 36 überragt den Teilbereich 37 in Umfangsrichtung. Die Teilbereiche 36 und 37 sind dabei einstückig miteinander ausgebildet.
Des Weiteren ist besonders gut aus 8 erkennbar, dass die jeweilige Zahnlücke 32 eine Kontur vorliegend in Form einer durch das Blechpaket 28 gebildeten Innenkontur 38 aufweist, welche frei von spitzen Ecken und somit, insbesondere vollständig, bogenförmig beziehungsweise konkav ausgebildet, das heißt durch bogenförmige beziehungsweise konkave Teilbereiche gebildet ist. Außerdem ist die jeweilige Zahnlücke 32 in radialer Richtung nach außen hin durch einen jeweiligen, kreissegmentförmigen Nutgrund 39 begrenzt. In Zusammenschau mit 9 ist erkennbar, dass das Blechpaket 28 ein erstes Blechelement 40 und ein zweites Blechelement 42 aufweist, wobei die Blechelemente 40 und 42 separat voneinander ausgebildete Bauelemente sind. Die Blechelemente 40 und 42 sind in axialer Richtung des Blechpakets 28 unmittelbar aufeinanderfolgend angeordnet und somit zueinander benachbart. Dabei sind erste der Zähne 31 und erste der Zahnlücken 32 durch das Blechelement 40 gebildet, während zweite der Zähne 31 und zweite der Zahnlücken 32 der Verzahnung 30 durch das Blechelement 42 gebildet sind.
Die Blechelemente 40 und 42 sind nun in Umfangsrichtung und somit um die axiale Richtung beziehungsweise um die Maschinendrehachse derart zueinander verdreht angeordnet, dass die durch das Blechelement 40 gebildeten ersten Zahnlücken 32 in eine parallel zur axialen Richtung verlaufende und in 9 durch einen Pfeil 43 veranschaulichte erste Richtung zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend und somit zu mehr als zur Hälfte oder vollständig, durch die durch das Blechelement 42 gebildeten zweiten Zähne überlappt beziehungsweise überdeckt sind, und dass die durch das zweite Blechelement 42 gebildeten zweiten Zahnlücken in eine parallel zur axialen Richtung verlaufende, in 9 durch einen Pfeil 44 veranschaulichte und der ersten Richtung entgegengesetzte zweite Richtung zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, durch die durch das Blechelement 40 gebildeten ersten Zähne überlappt beziehungsweise überdeckt sind. Somit ist eine gegenseitige Überlappung beziehungsweise Überdeckung der ersten Zähne und der zweiten Zahnlücken der zweiten Zähne und der ersten Zahnlücken gebildet, wobei diese Überdeckung auch als Überlappung oder Überlapp bezeichnet wird. Durch diesen Überlapp werden die einfach auch als Bleche bezeichneten und aus Blech gebildeten Blechelemente 40 und 42 in axialer Richtung der Welle 29 beziehungsweise des Blechpakets 28 und dabei in oder entlang einer in 10 schraffierten Fläche F gegeneinander beziehungsweise zueinander abgestützt, sodass beispielsweise eine übermäßige Verformung beim axialen Fügevorgang vermieden werden kann. Diesbezüglich ist in 10 eine in radialer Richtung verlaufende und für ein beim axialen Fügevorgang etwaig auftretendes Abknicken beziehungsweise für ein Unterbleiben eines solchen Abknickens der Zähne 31 relevante Höhe der Zähne 31 mit H2 bezeichnet. Aus einer Zusammenschau von 8 und 10 ist erkennbar, dass eine vorteilhaft große Höhe h1 und eine vorteilhaft geringere Höhe h2 realisiert werden kann, sodass einerseits besonders hohe Drehmomente zwischen dem Blechpaket 28 und der Welle 29 übertragen werden können, ohne dass es zu einer Relativdrehung zwischen der Welle 29 und dem Blechpaket 28 kommt. Andererseits können übermäßige Verformungen und ein übermäßiges Abknicken der Zähne 31 vermieden werden, wenn die Welle 29 entlang ihrer axialen Richtung in das Blechpaket 28 eingepresst wird.
Im Rahmen eines Verfahrens zum Herstellen der Verbindungsanordnung 27 wird die Welle 29 bei Raumtemperatur, das heißt dann, wenn sowohl die Welle 29 als auch das Blechpaket 28 Raumtemperatur aufweisen, in axialer Richtung der Welle 29 beziehungsweise des Blechpakets 28 in das Blechpaket 28 und dabei insbesondere in die Nabe 4 gedrückt, insbesondere gepresst. Durch den Überlapp zwischen den Blechelementen 40 und 42 und durch die damit verbundene gegenseitige Abstützung der Blechelemente 40 und 42, insbesondere der Zähne 31, wird ein übermäßiges Abknicken der Zähne 31 vermieden. Mit anderen Worten wird ein Abknicken der Zähne 31 auf ein Minimum reduziert. Zudem kann durch die auch als Aussparungen bezeichneten Zahnlücken 32 eine vorteilhaft hohe Elastizität der Zähne 31 realisiert werden, sodass zum einen eine Stauchung beziehungsweise Plastifizierung der Zähne 31 gering gehalten werden kann. Zum anderen kann ein besonders hohes, maximal übertragbares Drehmoment dargestellt werden. Dies erlaubt außerdem eine besonders hohe Maximaldrehzahl, mit welcher eine die Welle 29 und das drehfest damit verbundene Blechpaket 28 umfassende Baueinheit, insbesondere um die Maschinendrehachse relativ zu dem Stator, gedreht werden kann.
Bezugszeichenliste

1: Welle-Nabe-Verbindung
2: Welle
3: Bauelement
4: Nabe
5: Nut
6: Nut
7: Passfeder
8: strichpunktierte Linie
9: Welle-Nabe-Verbindung
10: Keilwellenprofil
11: Keilwellenprofil
12: Bauelement
13: Welle-Nabe-Verbindung
14: Profil
15: Profil
16: Welle-Nabe-Verbindung
17: Kerbverzahnung
18: Kerbverzahnung
19: Welle-Nabe-Verbindung
20: außenumfangsseitige Mantelfläche
21: innenumfangsseitige Mantelfläche
22: Welle-Nabe-Verbindung
23: Verzahnung
24: Zahn
25: Doppelpfeil
26: Zahnlücke
27: Verbindungsanordnung
28: Blechpaket
29: Welle
30: Verzahnung
31: Zahn
32: Zahnlücke
33: Doppelpfeil
34: Doppelpfeil
35: Doppelpfeil
36: Teilbereich
37: Teilbereich
38: Kontur
39: Nutgrund
40: Blechelement
41: Verbindungsanordnung
42: Blechelement
43: Pfeil
44: Pfeil

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 2008/064505 A1 [0002]

Claims

Verbindungsanordnung (27) eines Blechpakets (28) an einer Welle (29) für eine elektrische Maschine, bei welcher das auf der Welle (29) angeordnete Blechpaket (28) mit der Welle (29) mittels einer Welle-Nabe-Verbindung (42) drehfest verbunden ist, welche eine an dem Blechpaket (28) vorgesehene Verzahnung (30) aufweist, die in Umfangsrichtung (33) der Welle (29) aufeinanderfolgende Zähne (31) und in Umfangsrichtung (33) der Welle (29) aufeinanderfolgende und zwischen den jeweiligen Zähnen (32) angeordnete Zahnlücken (32) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige, in Umfangsrichtung (33) der Welle (29) zwischen zwei jeweiligen, in Umfangsrichtung (33) der Welle (29) benachbarten Zähnen (31) der Verzahnung (30) angeordnete Zahnlücke (32) die benachbarten Zähne (31) in radialer Richtung (35) der Welle (29) nach außen hin hintergreift.
Verbindungsanordnung (27) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige Zahn (31) einen die jeweilige Zahnlücke (32) in radialer Richtung (35) der Welle (29) nach innen hin teilweise begrenzenden ersten Teilbereich (36) und einen sich in radialer Richtung (35) nach innen an den ersten Teilbereich (36) anschließenden zweiten Teilbereich (37) aufweist, welchen der ersten Teilbereich (36) in radialer Richtung (35) nach innen hin überragt.
Verbindungsanordnung (27) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilbereiche (36, 37) einstückig miteinander ausgebildet sind.
Verbindungsanordnung (27) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Zahnlücke (32) eine Kontur (38), insbesondere eine durch das Blechpaket (28) gebildete Innenkontur (38), aufweist, welche zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, bogenförmig ausgebildet ist.
Verbindungsanordnung (27) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnlücke (32) in radialer Richtung (35) der Welle (29) nach außen hin durch einen jeweiligen, kreissegmentförmigen Nutgrund (39) begrenzt ist.
Verbindungsanordnung (27) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Blechpaket (28) ein erstes Blechelement (40) und ein in axialer Richtung (34) der Welle (29) auf das erste Blechelement (40) folgende zweiten Blechelement (42) umfasst, wobei erste der Zähne (31) und erste der Zahnlücken (32) durch das erste Blechelement (40) gebildet sind, und wobei zweite der Zähne (31) und zweite der Zahnlücken (32) durch das zweite Blechelement (42) gebildet sind.
Verbindungsanordnung (27) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Blechelemente (40, 42) in Umfangsrichtung (33) der Welle (29) derart zueinander verdreht angeordnet sind, dass die ersten Zahnlücken (32) in eine parallel zur axialen Richtung (34) der Welle (29) verlaufende erste Richtung (43) zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, durch die zweiten Zähne (31) überlappt sind, und dass die zweiten Zahnlücken (32) in eine parallel zu axialen Richtung (34) der Welle (29) verlaufende und der ersten Richtung (43) entgegengesetzte zweite Richtung (44) zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, durch die ersten Zähne (31) überlappt sind.
Verbindungsanordnung (27) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Zahnlücke (32) an sich als eine Durchgangsöffnung ausgebildet ist.
Verbindungsanordnung (27) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Blechpaket (28) unter Ausbildung eines Längspressverbands in axialer Richtung (34) der Welle (29) auf die Welle (29) aufgeschoben und dadurch drehfest mit der Welle (29) verbunden ist.
Verfahren zum Herstellen einer Verbindungsanordnung (27) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Elektrische Maschine für ein Kraftfahrzeug, mit wenigstens einer Welle (29), und mit wenigstens einem auf der Welle (29) angeordneten Blechpaket (28), welches mit der Welle (29) mittels einer Welle-Nabe-Verbindung (41) drehfest verbunden ist, welche eine an dem Blechpaket (28) vorgesehene Verzahnung (30) aufweist, die in Umfangsrichtung (33) der Welle (29) aufeinanderfolgende Zähne (31) und in Umfangsrichtung (33) der Welle (29) aufeinanderfolgende und zwischen den jeweiligen Zähnen (31) angeordnete Zahnlücken (32) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige, in Umfangsrichtung (33) der Welle (29) zwischen zwei jeweiligen, in Umfangsrichtung (33) der Welle (29) benachbarten Zähnen (31) der Verzahnung (30) angeordnete Zahnlücke (32) die benachbarten Zähne (31) in radialer Richtung (35) der Welle (29) nach außen hin hintergreift.
Kraftfahrzeug, mit wenigstens einer elektrischen Maschine nach Anspruch 11.