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Die Erfindung betrifft eine Hohlwelle für Kraftfahrzeuge und eine Hohlwellenanordnung mit einer derartigen Hohlwelle.
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Es sind Hohlwellen im Kraftfahrzeugbau bekannt, die aufgrund ihrer geringeren Masse im Vergleich zu Vollwellen vorteilhaft sind, insbesondere da die Wellen rotieren und gegebenenfalls ungefederte Massen sind. Thermisch stark belastete Hohlwellen können des Weiteren zur Kühlung durch eine axiale Bohrung an ihrer Innenfläche mit einer Flüssigkeit benetzt werden. Die Flüssigkeit kann folgend durch Öffnungen aus der Hohlwelle austreten und weitere die Hohlwelle umgebende Bauteile kühlen.
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Eine Hohlwelle der genannten Art ist aus der US 2018 / 0 083 509 A1 bekannt, die einen elektrischen Antriebsmotor mit einer derartigen Hohlwelle für ein Kraftfahrzeug offenbart. Die Hohlwelle weist eine Zentralbohrung auf, die in Verbindung mit Öffnungen in den Stirnseiten der Hohlwelle steht, die als Auslassöffnungen dienen. Als Zuführung für eine Flüssigkeit ragt eine Lanze bis zur Mitte der Zentralbohrung in die Hohlwelle hinein und weist dort Öffnungen zur axial mittigen Abgabe der Flüssigkeit in den Hohlwelleninnenraum auf. Durch die Rotation der Hohlwelle benetzt die Flüssigkeit die Innenfläche der Hohlwelle der Länge nach und tritt dann zu gleichen Teilen aus den axialen Bohrungen an den Enden der Hohlwelle aus dieser aus und wird von der Hohlwelle gegen Windungen des Elektromotors geschleudert.
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Es ist weiterhin durch die DT 26 35 038 A1 eine Hohlwelle für einen Elektromotor bekannt, die mit einem unter Druck stehenden Kühlmittel gefüllt ist und radiale Öffnungen mit Düsen aufweist, aus denen das Kühlmittel ausströmt.
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Aus der
DE 10 2016 202 416 A1 ist eine Hohlwelle bekannt, die zur Erhöhung der von einem Kühlmedium überströmten Fläche einen Kühlkörper aufweist. Hierbei strömt das Kühlmedium axial durch die Hohlwelle.
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Die bekannten von innen gekühlten Hohlwellen sind aufwendig herzustellen und schwer oder weisen aufgrund der Füllung mit Kühlmittel im Betrieb eine hohe Masse auf. Andere Ausführungsformen stellen nicht sicher, dass aus allen Auslassöffnungen ein gleich großer Flüssigkeitsstrom austritt.
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Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Hohlwelle der eingangs genannten Art derart auszuführen, dass sie einfach und kostengünstig herstellbar ist, sie umgebende Bauteile gleichermaßen mit einer Flüssigkeit besprühen kann und im Betrieb eine geringe Masse aufweist.
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Diese Aufgabe wird gelöst mit einer Hohlwelle gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Die Unteransprüche betreffen besonders zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung.
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Erfindungsgemäß ist also eine Hohlwelle für Kraftfahrzeuge aufweisend eine axial ausgerichtete zentrale Aussparung vorgesehen, wobei die zentrale Aussparung zumindest eine Öffnung in einer Stirnseite in einem Endbereich der Hohlwelle ausbildet und wobei die zentrale Aussparung mit zumindest zwei axial zueinander beabstandeten Auslassöffnungen in Verbindung steht. Die Innenfläche der Hohlwelle weist einen in axialer Richtung beidseits zumindest eine Auslassöffnung überragenden axialen Bereich auf. Der axiale Bereich weist eine sich zumindest in einem Innenumfangsbereich auf einem größeren Radius befindende Innenfläche der Hohlwelle auf als eine innere Endfläche der Auslassöffnung.
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Die Innenfläche der Hohlwelle ist die Fläche der Hohlwelle, die von der Hohlwelle umschlossen ist und beinhaltet auch die Oberfläche von Aussparungen, die in der Hohlwelle vorgesehen sein können. Die Oberflächen von Auslassöffnungen, also die Schnittfläche der Auslassöffnung oder von Aufsätzen in der Hohlwelle sind jedoch keine Innenflächen.
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Als innere Endfläche der Auslassöffnung wird die Fläche verstanden, in der die Geometrie der Auslassöffnung in Kontakt mit der Geometrie der zentralen Aussparung steht, bei einer Bohrung also die innere Oberfläche des Körpers, die aufgrund der Bohrung nicht vorhanden ist.
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Bei einer sich auf einem Radius befindenden Innenfläche der Hohlwelle ist der Radius von der Rotationsachse oder der Symmetrieachse der Hohlwelle gemeint.
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Vorteilhafterweise befindet sich die innere Endfläche der Auslassöffnung auf einem größeren Radius als die zumindest eine Öffnung in einer Stirnseite, so dass die Flüssigkeit im Betrieb entlang der Innenoberfläche der Hohlwelle nicht zur Öffnung in der Stirnseite fließt und auf eine stirnseitige Dichtung verzichtet werden kann.
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Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn sich an den axialen Bereich zumindest in einer axialen Richtung ein Füllbereich mit einer sich auf einem zumindest gleichgroßen Radius befindende inneren Oberfläche wie der Innenumfangsbereich des axialen Bereichs mit einer sich auf einem größeren Radius befindenden Innenfläche der Hohlwelle anschließt. Hierdurch wird das Abfließen der Flüssigkeit verbessert und ein Sammeln der Flüssigkeit in dem Füllbereich sichergestellt, bevor aus einem Satz Auslassöffnungen Flüssigkeit austritt.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Hohlwelle sind die Auslassöffnungen in der Zylinderwand der Hohlwelle angeordnet, sodass die Flüssigkeit unabhängig von radialen Flächen der Hohlwelle und dort möglichen axialen Öffnungen an den gewünschten Positionen austritt, wobei eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Hohlwelle die Auslassöffnung radial in der Zylinderwand anordnet. Hierdurch werden ein weiter zielgerichtetes Austreten der Flüssigkeit aus der Hohlwelle sowie eine besonders einfache Herstellung ermöglicht.
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Bevorzugt ist die Variante einer Hohlwelle, bei der die Auslassöffnung mittels eines Aufsatzes erhaben zur sie umgebenden inneren Oberfläche, also zum axialen Bereich, der Hohlwelle sind. Hierdurch wird eine kostengünstig und zuverlässig herstellbare Hohlwelle ermöglicht, bei der sich der im Betrieb einstellende Füllstand durch eine Variation der Aufsätze veränderbar ist.
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Besonders bevorzugt ist, wenn der Aufsatz aus einem Kunststoff besteht, da hierdurch ein besonders günstig herstellbarer und leichter Aufsatz ermöglicht wird.
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Alternativ oder auch zusätzlich ist auch der Innenumfangsbereich des axialen Bereichs, der sich auf einem größeren Radius befindet als eine innere Endfläche der Auslassöffnung, als Vertiefung in der Hohlwelle ausführbar, insbesondere als eine Vertiefung, die in einem Schmiederohling und/oder zerspanend eingebracht ausgeführt ist. Hierdurch kann auf einen Aufsatz und somit auf dessen Masse und Kosten verzichtet werden.
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Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn die Innenfläche der Hohlwelle von der sich auf einem größerem Radius befindenden Innenfläche der Hohlwelle bis zur zumindest zweiten Auslassöffnung eine Geometrie aufweist, dass ein flüssiges Medium durch die Rotation der Hohlwelle bis zur zumindest zweiten Auslassöffnung gefördert wird. Ein gleichstarkes Ausströmen aus mehreren Sätzen voneinander beabstandeten Auslassöffnungen wird ermöglicht.
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Bevorzugt ist die Hohlwelle als eine Rotorwelle für eine elektrische Maschine, wie zum Beispiel für einen Elektromotor oder einen elektrischen Generator beziehungsweise für eine elektrische Maschine, die sowohl die Funktion eines Elektromotors als auch eines elektrischen Generators aufweist, ausgeführt. Hierdurch wird vorteilhafterweise erreicht, dass die Flüssigkeit nach dem Austreten aus den Auslassöffnungen der Hohlwelle den Stator, insbesondere Wickelköpfe und/oder Lamellenpakete, der elektrischen Maschine in besonders effizienter Weise kühlt.
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Die Hohlwelle kann als Getriebewelle oder Antriebswelle für ein Getriebe, insbesondere ein Direktschaltgetriebe, ausgeführt sein und die umgebenden Komponenten, wie zum Beispiel die Zahnräder, besonders effektiv benetzen und hierdurch kühlen und schmieren.
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Durch die erfindungsgemäße Hohlwelle wird eine Hohlwellenanordnung ermöglicht, bei der durch die zumindest eine Öffnung in einer Stirnseite der Hohlwelle eine Zuleitung hineinragt, wobei die Zuleitung im Endbereich der Hohlwelle endet. Ein Enden der Zuleitung im Endbereich der Hohlwelle ermöglicht eine besonders kurze Zuleitung, die günstig herstellbar und besonders leicht ist.
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Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn die Zuleitung der Hohlwellenanordnung unbeweglich ist und bevorzugt nicht mit der Hohlwelle in Kontakt steht, da dadurch eine besonders einfach herstellbare und leichte Zuleitung ermöglicht wird und Reibung zwischen der Hohlwelle und der Zuleitung vermieden wird.
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Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips sind zwei davon in den Zeichnungen dargestellt und werden nachfolgend beschrieben. Diese zeigt in
- 1 eine Hohlwelle für ein Kraftfahrzeug im Längsschnitt;
- 2 einen Teilbereich einer Hohlwelle im Längsschnitt;
- 3 einen Teilbereich einer alternativen Ausführungsform einer Hohlwelle im Längsschnitt;
- 4 einen Teilbereich einer Hohlwellenanordnung im Längsschnitt.
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1 zeigt eine Hohlwelle 1 für ein Kraftfahrzeug im Längsschnitt für eine elektrische Maschine, wie z. B. einen Elektromotor oder einen elektrischen Generator oder aber für ein Getriebe, wie z. B. ein Direktschaltgetriebe, mit einer axial ausgerichteten zentralen Aussparung 2, die sich über die ganze Länge der Hohlwelle 1 erstreckt und eine Innenfläche beziehungsweise die Innenkontur der Hohlwelle 1 ausbildet. Die Aussparung 2, die auch als Zentralbohrung bezeichnet wird, ist bei der Erzeugung der Hohlwelle 1 als Schmiederohling eingebracht worden und weist eine Öffnung 3 in jeder der beiden Stirnseiten 4 der Hohlwelle 1 auf. Die links dargestellte Öffnung 3, die die Einlassöffnung ist, weist einen kleineren Radius auf als der Innenradius des sich anschließenden Endbereichs 5 der Hohlwelle 1, wobei sich Innenradius auf den Radius der Aussparung 2 bezieht, also den Abstand der Innenfläche zur Rotationsachse der Hohlwelle 1. Der Innenradius des Endbereichs 5, wie auch in 2 ersichtlich, ist wiederum kleiner als der sich daran anschließende Innenradius des axialen Bereichs 6 der Hohlwelle 1.
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Der axiale Bereich 6 überragt hierbei beidseits in axialer Richtung ein axiales Teilstück 7, das sich also nur innerhalb des axialen Bereichs 6 erstreckt. Die Innenfläche des axialen Bereichs 6 weist Vertiefungen 8 auf, die bereits in den Rohling, zum Beispiel in einen Schmiederohling, eingebracht worden sein können oder aber spanend erzeugt wurden. Die Vertiefungen 8 erstrecken sich lediglich über einen Teilbereich des Umfangs der Hohlwelle 1, jedoch in axialer Richtung über den gesamten axialen Bereich 6, insbesondere überstehend zum Bereich 7, sodass die Flüssigkeit zuerst in die Vertiefung 8 tritt, bevor es den Bereich 7 erreicht. In der Schnittdarstellung sind drei der vier auf dem Umfang verteilten Vertiefungen 8 ersichtlich.
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Das axiale Teilstück 7 weist einen ersten Satz Auslassöffnungen 9 auf, die sich innerhalb des axialen Bereichs 6 befinden, wobei sich die inneren Enden der Auslassöffnungen, also die Flächen mit der die Auslassöffnungen 9 in Kontakt mit der zentralen Aussparung 2 stehen, also die inneren Endflächen 10 der Auslassöffnung 9, auf einem kleineren Radius befinden als die Vertiefungen 8.
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Dem axialen Bereich 6 schließt sich ein Füllbereich 11 der Hohlwelle 1 an der einen größeren Innenradius aufweist als die Vertiefungen 8. Der Füllbereich 11 wird axial durch ein zweites axiales Teilstück 7 begrenzt, das einen weiteren Satz Auslassöffnungen 9 mit Endflächen 10 aufweist, die sich auf demselben Radius befinden wie die Auslassöffnungen 9 des ersten Satzes. An das zweite axiale Teilstück 7 schließt sich ein zweiter Endbereich 5 der Hohlwelle 1 an, der im Verhältnis zu den Endflächen 10 der Auslassöffnungen 9 einen kleineren Innenradius sowie eine zweite Öffnung 3 aufweist.
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Wird durch eine Zuleitung 12, wie in 4 dargestellt, eine Flüssigkeit mit geringer Geschwindigkeit in den Endbereich der Hohlwelle 1 geleitet verteilt diese sich zuerst auf dem Umfang des Endbereichs 5 der rotierenden Hohlwelle 1 und folgend, aufgrund der Wellenrotation, in die Richtung von größeren Innenradien, also in den axialen Bereich 6, wo die Flüssigkeit durch die Rotation in die Vertiefungen 8 gefördert wird und in diesen das axiale Teilstück 7 durchlaufen, bevor sie in den Füllbereich 11 gelangt und sich in diesem ansammelt. Durch das Ansammeln der Flüssigkeit wächst der Füllstand solange an, bis der Innenradius der Endflächen 10 der Auslassöffnungen 9 erreicht ist, aus denen die Flüssigkeit beidseits der Hohlwelle 1 gleichermaßen ausströmt. Das beidseitige gleichstarke Ausströmen ist hierbei über weite Einstellbereiche unabhängig von dem Flüssigkeitsstrom und der Rotationsgeschwindigkeit gegeben.
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2 zeigt einen Teilbereich einer Hohlwelle 1 für ein Kraftfahrzeug im Längsschnitt, wobei lediglich die untere Hälfte einer Hohlwelle 1, die der Hohlwelle 1 der 1 entspricht, dargestellt ist. In dieser Detaildarstellung ist insbesondere ersichtlich, dass die Vertiefungen 8 sich über den ganzen axialen Bereich 6 erstrecken, innerhalb dessen sich das axiale Teilstück 7 mit den Auslassöffnungen 9 befindet. An die Vertiefungen 8 schließt sich auf einem größeren Radius der Füllbereich 11 an.
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3 zeigt einen Teilbereich einer alternativen Ausführungsform einer Hohlwelle 1 im Längsschnitt, die der Hohlwelle 1 der 1 und der 2 entspricht, abgesehen von dem axialen Bereich 6. Der axiale Bereich 6 weist keine Vertiefungen 8 auf, sondern Aufsätze 13, die aus den Auslassöffnungen 9 in die Hohlwelle 1 bis zu der Endfläche 10 der Aufsätze 13 hinein ragen. Somit wird, wie bei der zuerst beschriebenen Ausführungsform, erreicht, dass die Flüssigkeit gleichmäßig aus den Sätzen von Auslassöffnungen austritt, sobald der Füllstand die Endflächen 10 erreicht hat.
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4 zeigt einen Teilbereich einer Hohlwellenanordnung im Längsschnitt mit einer Hohlwelle 1, die der Hohlwelle 1 der 1 entspricht. Durch die Öffnung 3 ragt eine Zuleitung 12 bis in den Endbereich 5 der Hohlwelle 1. Die Zuleitung 12 steht hierbei nicht im Kontakt zur Hohlwelle 1 und führt im Betrieb keine Rotationsbewegung aus. Aus der Zuleitung 12 strömt die Flüssigkeit und benetzt durch die Rotation der Hohlwelle 1 zuerst die Innenfläche des Endbereichs 5.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Hohlwelle
- 2
- Aussparung
- 3
- Öffnung
- 4
- Stirnseiten
- 5
- Endbereich
- 6
- axialer Bereich
- 7
- axiales Teilstück
- 8
- Vertiefung
- 9
- Auslassöffnung
- 10
- Endflächen
- 11
- Füllbereich
- 12
- Zuleitung
- 13
- Aufsatz
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102016202416 A1 [0005]
