DE102019218196A1 - Electric motor-driven unit for a vehicle - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein elektromotorisch angetriebenes Aggregat (1) für ein Fahrzeug, mit wenigstens einer elektrischen Antriebseinheit (2) umfassend wenigstens eine Antriebswelle (3) mit einer Drehachse (D), wobei die Antriebswelle (3) mit einer Presspassung in eine Befestigungsbohrung (4) wenigstens einer Nabe (5) eingreift und dadurch kraftschlüssig mit der Nabe (5) verbunden ist. Damit eine derartige über Presspassung erzeugte kraftschlüssige Welle-Nabe-Verbindung auch bei gröberen Toleranzen reduzierte Montagekräfte und verbesserte Dauerhaltbarkeit ermöglicht, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass die Antriebswelle (3) im Verbindungsbereich mit der Nabe (5) ein Rändel (6) und die Nabe (5) in der Befestigungsbohrung (4) wenigstens eine axial ausgerichtete Nut (7) aufweisenThe invention relates to an electric motor-driven unit (1) for a vehicle, with at least one electric drive unit (2) comprising at least one drive shaft (3) with an axis of rotation (D), the drive shaft (3) with a press fit in a fastening bore (4 ) at least one hub (5) engages and is thereby positively connected to the hub (5). In order that such a force-fit shaft-hub connection produced by means of a press fit enables reduced assembly forces and improved durability even with coarser tolerances, it is proposed according to the invention that the drive shaft (3) have a knurl (6) and the hub ( 5) have at least one axially aligned groove (7) in the fastening bore (4)
Description
Die Erfindung betrifft ein elektromotorisch angetriebenes Aggregat für ein Fahrzeug, Insbesondere eine Unterdruckpumpe, beispielsweise zur Versorgung eines pneumatischen Bremskraftverstärkers oder eines Bremsstaubabsaugsystems.The invention relates to an electric motor-driven unit for a vehicle, in particular a vacuum pump, for example for supplying a pneumatic brake booster or a brake dust extraction system.
Moderne Fahrzeige verfügen über viele Aggregate, welche von elektrischen Antriebseinheiten beziehungsweise Elektromotoren über rotierende Antriebswellen über drehmomentübertragende Welle-Nabe-Verbindungen angetrieben werden.Modern vehicles have many units, which are driven by electric drive units or electric motors via rotating drive shafts via torque-transmitting shaft-hub connections.
Formschlüssige Welle-Nabe-Verbindungen sind aufwändig und besonders teuer in der Herstellung und anfällig für Zentrierungsfehler.Form-fitting shaft-hub connections are complex and particularly expensive to manufacture and are prone to centering errors.
Kraftschlüssige Klemmverbindungen mit Einsatz von gesonderten Schraubelementen sind aufwändig bei Montage und sind besonders anfällig für Unwuchtfehler.Non-positive clamping connections with the use of separate screw elements are complex to assemble and are particularly prone to imbalance errors.
Es bieten sich daher vergleichsweise einfache, kraftschlüssige Schrumpf- oder Pressverbindungen ohne Formschluss und ohne gesonderte Befestigungselemente.There are therefore comparatively simple, force-fit shrink-fit or press-fit connections without a form fit and without separate fastening elements.
Als Beispiel für einen relevanten Stand der Technik wird auf ein Elektromotor-Pumpenaggregat gemäß
Um eine Sichere Drehmomentübertragung sicherzustellen und gleichzeitig Montagekräfte beim Aufschrumpfen beziehungsweise Aufpressen gering zu halten und zugleich Beschädigung von Komponenten zu vermeiden, müssen bei einem derartigen Verbindungstyp die Toleranzen der Teilepaarungen präzise innerhalb eines engen definierten Bereichs eingehalten werden, was den Herstell- und Prüfaufwand erhöht.In order to ensure reliable torque transmission and at the same time to keep assembly forces when shrinking or pressing on and at the same time to avoid damage to components, the tolerances of the pairing of parts must be precisely adhered to within a narrowly defined range in such a connection type, which increases the manufacturing and testing effort.
Um höhere Drehmomente auch bei gröberen Toleranzen zu übertragen sind Welle-Nabe-Verbindungen mit einer gerändelten statt einer glatten Welle bekannt. Aufgrund der groben Toleranzen insbesondere bei der gerändelten Welle kann es jedoch vorkommen, dass das Übermaß in seinem Wert stark schwankt und gelegentlich besonders groß ausfallen kann.In order to transmit higher torques even with coarser tolerances, shaft-hub connections with a knurled instead of a smooth shaft are known. Due to the coarse tolerances, especially with the knurled shaft, it can happen that the oversize fluctuates greatly in its value and can occasionally turn out to be particularly large.
In einem solchen Fall werden zum Aufpressen der Nabe sehr hohe Montagekräfte und somit besonders leistungsfähige und teurere Montageaggregate benötigt.In such a case, very high assembly forces and thus particularly powerful and more expensive assembly units are required to press the hub on.
Werden mehrere Naben hintereinander auf dem gleichen Rändel aufgepresst, besteht die Gefahr, dass das Rändel im vorderen Bereich der Welle durch das Aufpressen der ersten Nabe plastisch Verformt und dabei derart stark vorgeschädigt wird, dass das benötigte Übermaß und somit ein ausreichend fester Sitz der nachfolgenden Nabe auf dem vorgeschädigten Rändelabschnitt nicht mehr gewährleistet werden kann.If several hubs are pressed one after the other on the same knurl, there is a risk that the knurl in the front area of the shaft will be plastically deformed by the pressing on of the first hub and that it will be so severely damaged that the required oversize and thus a sufficiently tight fit of the following hub can no longer be guaranteed on the previously damaged knurled section.
Dies kann zu einem höheren Ausschuss und Ausfallhäufigkeit im Betrieb führen und einen erhöhten Kontrollaufwand verursachen.This can lead to a higher reject rate and the frequency of downtimes in operation and lead to an increased control effort.
Es stellt sich die Aufgabe ein verbessertes Aggregat mit einer über Presspassung erzeugten kraftschlüssigen Welle-Nabe-Verbindung vorzuschlagen, welche auch bei gröberen Toleranzen reduzierte Montagekräfte und verbesserte Dauerhaltbarkeit ermöglicht.The object is to propose an improved unit with a non-positive shaft-hub connection produced by a press fit, which enables reduced assembly forces and improved durability even with coarser tolerances.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmalskombination nach dem unabhängigen Anspruch 1 gelöst. Unteransprüche geben weitere erfindungsgemäße Ausführungen und Weiterbildungen an.The object is achieved according to the invention by the combination of features according to
Die Erfindung sieht vor, dass die Antriebswelle im Verbindungsbereich mit der Nabe ein Rändel und die Nabe in ihrer Befestigungsbohrung wenigstens eine axial ausgerichtete Nut aufweisen. Dadurch wird die Kontaktfläche zwischen der Antriebswelle und der Nabe gezielt und definiert reduziert und somit die benötigte Einpresskraft innerhalb eines optimalen, definierten Bereichs konstruktiv zwangsweise begrenzt. Ausschuss und Nacharbeit in der Fertigung können damit auch bei groben Toleranzen und hohen Übermaßen reduziert werden.The invention provides that the drive shaft has a knurl in the connection area with the hub and the hub has at least one axially aligned groove in its fastening bore. As a result, the contact area between the drive shaft and the hub is reduced in a targeted and defined manner and the required press-in force is therefore constrained to be structurally limited within an optimal, defined area. Scrap and rework in production can thus be reduced even with rough tolerances and large oversizes.
Die Erfindung kann besonders effektiv eingesetzt werden, wenn das Aggregat wenigstens zwei Naben umfasst, welche hintereinander am derselben Rändel angeordnet sind. So wird im Bereich der Nut der montierten Nabe das Rändel geschont und steht der weiteren, nachfolgend montierten Nabe garantiert unbeschädigt zur Verfügung. Dies garantiert eine gut voraussehbare, sichere Verpreussung beider Naben, mit einem berechenbaren Verhalten bei Montage und im Betrieb.The invention can be used particularly effectively if the unit comprises at least two hubs which are arranged one behind the other on the same knurl. In this way, the knurl is spared in the area of the groove of the installed hub and is guaranteed to be undamaged for the other, subsequently installed hub. This guarantees a predictable, safe grouting of both hubs, with a predictable behavior during assembly and operation.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform können die Naben um 180° um die durch die Drehachse
Eine effektive Verbindung mit besonders einfachen Montage und zuverlässig prognostizierbaren Verhalten kann realisiert werden, wenn das Rändel mit achsparallel zu einer Mittelachse der Antriebswelle ausgerichteten Rillen ausgebildet ist.An effective connection with particularly simple assembly and reliably predictable behavior can be realized if the knurl is formed with grooves aligned axially parallel to a central axis of the drive shaft.
Die erfindungsgemäße Welle-Nabe-Verbindung kann dabei besonders effektiv bei stark wechselnden Belastungsfällen eingesetzt werden, wenn die Nabe beispielsweise ein Exzenter ausgebildet ist.The shaft-hub connection according to the invention can be used particularly effectively in the case of strongly changing load cases if the hub is designed, for example, as an eccentric.
Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Nutgrund der Nut derart von der Mantelfläche der Befestigungsbohrung in radiale Richtung beabstandet vorgesehen ist, dass zwischen dem Nutgrund und dem Rändel eine Spielpassung oder ein garantierter radialer Abstand vorliegt. Die zu erwartenden Montage- und Presskräfte können besonders zuverlässig vorausberechnet werden.A preferred development of the invention provides that the groove base of the groove is provided at a distance from the lateral surface of the fastening bore in the radial direction in such a way that there is a clearance fit or a guaranteed radial distance between the groove base and the knurl. The expected assembly and pressing forces can be calculated in advance in a particularly reliable manner.
Für eine verbesserte, gleichmäßige Kraftverteilung sieht eine Weiterbildung der Erfindung vor, dass in der Befestigungsbohrung der Nabe wenigstens zwei in Umfangsrichtung zueinander beabstandet ausgebildeten axialen Nuten angeordnet sind.For an improved, even distribution of force, a further development of the invention provides that at least two axial grooves, which are spaced apart from one another in the circumferential direction, are arranged in the fastening bore of the hub.
Für eine einfache Herstellbarkeit und eine besonders gleichmäßige, symmetrische Kraftverteilung insbesondere bei Einsatz in einem Exzenter sieht eine Ausführungsform der Erfindung vor, dass die Nuten in Bezug auf die Symmetrieebene des Exzenters spiegelsymmetrisch ausgebildet sind.For ease of manufacture and a particularly uniform, symmetrical force distribution, especially when used in an eccentric, one embodiment of the invention provides that the grooves are designed to be mirror-symmetrical with respect to the plane of symmetry of the eccentric.
Eine andere Ausführungsform sieht vor, dass die Nuten achssymmetrisch sowie in Bezug auf die Symmetrieebene des Exzenters in eine Umfangsrichtung versetzt ausgebildet sind. Hierdurch kann insbesondere bei Verwendung von zwei Naben sichergestellt werden, dass die Nuten der beiden Naben sich im Einbauzustand in Umfangsrichtung nicht überlappen so dass jede Nabe an der Antriebswelle gleiche Drehfestigkeit aufweist und gleiche Montagekräfte erforderlich sind. Frühausfällen aufgrund mangelnder Haftung an der Pressstelle werden effektiv vermieden.Another embodiment provides that the grooves are designed to be axially symmetrical and offset in a circumferential direction in relation to the plane of symmetry of the eccentric. In this way, particularly when using two hubs, it can be ensured that the grooves of the two hubs do not overlap in the circumferential direction in the installed state so that each hub on the drive shaft has the same torsional strength and the same assembly forces are required. Early failures due to insufficient adhesion at the press point are effectively avoided.
Für eine besonders symmetrische und gleichmäßige Kraftverteilung in der Nabe und zugleich eine effektive Zentrierung sieht eine weitere Ausführungsform vor, dass in der Befestigungsbohrung der Nabe wenigstens drei in Umfangsrichtung zueinander beabstandet ausgebildeten axialen Nuten angeordnet sind.For a particularly symmetrical and uniform force distribution in the hub and at the same time effective centering, a further embodiment provides that at least three axial grooves spaced from one another in the circumferential direction are arranged in the fastening bore of the hub.
Insbesondere bei Verwendung von zwei nebeneinander angeordneten Naben ist können gemäß einer Weiterbildung der Erfindung die kumulierten Abstände zwischen den Nuten in Umfangsrichtung im Vergleich zu kumulierten Breiten der Nuten größer oder gleich ausgebildet sein. Dadurch kann die erstmontierte Nabe sogar bei der der ungünstigsten Toleranzkombination mit dem größtmöglichen Übermaß höchstens die Hälfte der Rändeloberfläche in Umfangsrichtung beim Aufpressen vorschädigen, so dass der jeweils nachfolgend montierten Nabe mindestens der gleiche Oberflächenanteil des Rändels unbeschädigt zur Verfügung steht.In particular when using two hubs arranged next to one another, according to a further development of the invention, the cumulative distances between the grooves in the circumferential direction can be larger than or equal to the cumulative widths of the grooves. As a result, even with the most unfavorable tolerance combination with the greatest possible oversize, the first-mounted hub can at most pre-damage half of the knurled surface in the circumferential direction when it is pressed on, so that the subsequently mounted hub has at least the same surface portion of the knurled undamaged.
Besonders effektiv kann die erfindungsgemäße Well-Nabe-Verbindung dabei in einer Unterdruckpumpe, insbesondere zur Unterdruckversorgung eines Bremsgeräts in einem Kraftfahrzeug eingesetzt werden.The corrugated hub connection according to the invention can be used particularly effectively in a vacuum pump, in particular for supplying vacuum to a braking device in a motor vehicle.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand Figurenbeschreibungen detailliert erklärt. Hierbei zeigen:
-
1 ein gattungsgemäßes elektromotorisch angetriebenes Aggregat am Beispiel einer Unterdruckpumpe. -
2 eine Ausführungsform des Triebes einer Unterdruckpumpe nach1 mit je zwei spiegelsymmetrisch in Bezug auf die Symmetrieebene des Exzenters in der Befestigungsbohrung des Exzenters ausgebildeten Nuten in einer räumlichen Explosionsdarstellung (a) sowie als Querschnitt (b) im Zusammenbau. -
3 eine weitere Ausführungsform des Triebes einer Unterdruckpumpe nach1 mit je zwei achssymmetrisch und in Bezug auf die Symmetrieebene des Exzenters umfangsversetzt in der Befestigungsbohrung des Exzenters ausgebildeten Nuten in einer räumlichen Explosionsdarstellung (a) sowie als Querschnitt (b) im Zusammenbau. -
4 bis7 zeigen stark vereinfacht unterschiedliche Ausführungsformen der Naben, jeweils mi einer einzelnen Nabe (a) sowie im Zusammenbau (b), mit zwei gegeneinander versetzt auf der Antriebswelle montierten Naben.
-
1 a generic unit driven by an electric motor using the example of a vacuum pump. -
2 an embodiment of the drive of a vacuum pump after1 with two mirror-symmetrical grooves in relation to the plane of symmetry of the eccentric in the mounting hole of the eccentric in a three-dimensional exploded view (a) and as a cross-section (b) in the assembly. -
3rd another embodiment of the drive of avacuum pump 1 each with two axially symmetrical grooves that are circumferentially offset in relation to the plane of symmetry of the eccentric in the mounting hole of the eccentric in a three-dimensional exploded view (a) and as a cross-section (b) when assembled. -
4th to7th show, greatly simplified, different embodiments of the hubs, each with a single hub (a) and in the assembly (b), with two hubs mounted offset from one another on the drive shaft.
Fig.1Fig. 1
Eine am Gehäuse des Aggregats
Der Exzentertrieb umfasst Exzenter
Fig.2Fig. 2
Hierdurch reduziert sich der Kontaktbereich zwischen der Antriebswelle
Der Aufbauprinzip der vorstehend beschriebenen Ausführungsform wird ebenso durch die
Fig.3Fig. 3
In der
Durch einen derartigen Aufbau überlappen sich im Zusammenbau die Nuten der beiden Exzenter beziehungsweise Naben
Fig.4Fig. 4
Der Nutgrund
Insbesondere aus der Zusammenbauansicht b wird deutlich, dass bei Montage von zwei analog ausgebildeten Naben
Fig.5Fig. 5
Die
Fig.6Fig. 6
Die
Im Unterschied zu der Ausführung nach
Eine solche Auslegung führt dazu, dass im Zusammenbau, wenn die zweitmontierte Nabe 5' in Vergleich zur der erstmontierten Nabe
Fig.7Fig. 7
In der Befestigungsbohrung
Die Nuten
Im Übrigen gelten das gleiche Prinzip und gleiche Vorteile wie bei der Ausführungsform nach
Die Anzahl der Nuten sowie deren Verteilung am Umfang der Befestigungsbohrung in der Nabe können Innerhalb der Erfindung unter Beibehaltung des erfindungsgemäßen Grundprinzips selbstverständlich von den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen abweichen und variieren.The number of grooves and their distribution on the circumference of the fastening bore in the hub can of course deviate and vary from the exemplary embodiments described above within the invention while maintaining the basic principle according to the invention.
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 11
- AggregatAggregate
- 22
- AntriebseinheitDrive unit
- 33
- Antriebswelledrive shaft
- 44th
- BefestigungsbohrungMounting hole
- 55
- Nabehub
- 66th
- RändelKnurl
- 77th
- NutGroove
- 88th
- NutgrundGroove base
- 99
- MantelflächeOuter surface
- 1010
- Rillegroove
- 1111
- Wälzlagerroller bearing
- 1212th
- PleuelConnecting rod
- 1313th
- VersatzwinkelOffset angle
- 1414th
- AbstandswinkelDistance angle
- 1515th
- StirnseiteFront side
- 1616
- Rückseite back
- AA.
- NutabstandGroove spacing
- BB.
- NutbreiteGroove width
- DD.
- DrehachseAxis of rotation
- SS.
- SymmetrieebenePlane of symmetry
- OO
- OrthogonaleOrthogonal
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
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