DE102021102906A1 - Shaft-hub connection and drive train for a motor vehicle with at least one such shaft-hub connection - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Welle-Nabe-Verbindung (1), mit einem Nabenelement (2), welches eine Nabe (3) aufweist, und mit einem Wellenelement (4), welches einen, in einem ersten Längenbereich (L1) der Nabe (3) angeordneten, zweiten Längenbereich (L2) aufweist und mit dem Nabenelement (2) mittels eines Pressverbands (P) verbunden ist, welcher einen ersten Übermaßbereich (UB1) mit einem ersten Übermaß und einen zweiten Übermaßbereich (UB2) mit einem gegenüber dem ersten Übermaß größeren, zweiten Übermaß aufweist, wobei der zweite Übermaßbereich (UB2) in radialer Richtung (5) des Wellenelements (4) nach außen hin zumindest teilweise durch eine in dem Nabenelement (2) ausgebildete Ausnehmung (6) überlappt ist, welche in radialer Richtung (5) des Wellenelements (4) zwischen einem massiven, ersten Wandungsbereich (W1) und einem in radialer Richtung (5) des Wellenelements (4) zwischen dem zweiten Übermaßbereich (UB2) und dem ersten Wandungsbereich (W1) angeordneten, massiven, zweiten Wandungsbereich (W2) des Nabenelements (2) angeordnet ist. The invention relates to a shaft-hub connection (1), with a hub element (2) which has a hub (3), and with a shaft element (4) which, in a first length region (L1) of the hub (3 ) arranged, second longitudinal area (L2) and is connected to the hub element (2) by means of an interference fit (P), which has a first oversize area (UB1) with a first oversize and a second oversize area (UB2) with a larger oversize than the first , second oversize, wherein the second oversize region (UB2) is at least partially overlapped towards the outside in the radial direction (5) of the shaft element (4) by a recess (6) formed in the hub element (2), which recess (6) is formed in the radial direction (5 ) of the shaft element (4) between a solid, first wall area (W1) and a solid, second wall arranged in the radial direction (5) of the shaft element (4) between the second interference area (UB2) and the first wall area (W1). area (W2) of the hub element (2) is arranged.
Description
Die Erfindung betrifft eine Welle-Nabe-Verbindung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 beziehungsweise 10. Des Weiteren betrifft die Erfindung einen Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug mit wenigstens einer solchen Welle-Nabe-Verbindung.The invention relates to a shaft-hub connection according to the preamble of
Der
Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Welle-Nabe-Verbindung und einen Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug mit wenigstens einer solchen Welle-Nabe-Verbindung zu schaffen, sodass die Welle-Nabe-Verbindung besonders einfach hergestellt werden und mit einer besonders hohen Drehzahl gedreht werden kann, ohne dass es zu einem unerwünschten Abheben des Nabenelements von dem Wellenelement kommt, und dass zwischen dem Wellenelement und dem Nabenelement ein besonders hohes Drehmoment übertragen werden kann.The object of the present invention is to create a shaft-hub connection and a drive train for a motor vehicle with at least one such shaft-hub connection so that the shaft-hub connection can be made particularly easily and rotated at a particularly high speed can, without the hub element being undesirably lifted off the shaft element, and that a particularly high torque can be transmitted between the shaft element and the hub element.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Welle-Nabe-Verbindung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, durch eine Welle-Nabe-Verbindung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 sowie durch einen Antriebsstrang mit den Merkmalen des Patentanspruchs 11 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.This object is achieved according to the invention by a shaft-hub connection with the features of
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft eine Welle-Nabe-Verbindung. Die erfindungsgemäße Welle-Nabe-Verbindung könnte zu Beispiel besonders vorteilhaft für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs verwendet werden. Dies bedeutet, dass das Kraftfahrzeug, welches vorzugsweise als Kraftwagen und ganz vorzugsweise als Personenkraftwagen ausgebildet ist, in seinem vollständig hergestellten Zustand den Antriebsstrang umfasst, welcher wiederum die Welle-Nabe-Verbindung umfasst. Beispielsweise ist die Welle-Nabe-Verbindung Bestandteil einer Antriebsmaschine, mittels welcher das Kraftfahrzeug angetrieben werden kann. Die Antriebsmaschine kann beispielsweise eine elektrische Maschine sein, mittels welcher das Kraftfahrzeug, insbesondere rein, elektrisch angetrieben werden kann. Somit kann das Kraftfahrzeug beispielsweise als Hybridfahrzeug oder aber als Elektrofahrzeug, insbesondere als batterieelektrisches Fahrzeug (BEV), ausgebildet sein. Beispielsweise kann die Antriebsmaschine, insbesondere die elektrische Maschine, über die Welle-Nabe-Verbindung wenigstens ein Drehmoment zum Antreiben des Kraftfahrzeugs bereitstellen. Die Erfindung ist aber nicht auf eine solche Verwendung der Welle-Nabe-Verbindung für ein Kraftfahrzeug und/oder in einem Antriebsstrang beschränkt, sondern kann in jedweder Anwendung verwendet werden. Insbesondere eignet sich die erfindungsgemäße Welle-Nabe-Verbindung für oder als hoch- beziehungsweise schnell drehende Welle-Nabe-Verbindungen.A first aspect of the invention relates to a shaft-hub connection. The shaft-hub connection according to the invention could, for example, be used particularly advantageously for a drive train of a motor vehicle. This means that the motor vehicle, which is preferably designed as a motor vehicle and very preferably as a passenger car, includes the drive train in its fully manufactured state, which in turn includes the shaft-hub connection. For example, the shaft-hub connection is part of a drive machine, by means of which the motor vehicle can be driven. The drive machine can be an electric machine, for example, by means of which the motor vehicle can be driven, in particular purely electrically. The motor vehicle can thus be designed, for example, as a hybrid vehicle or as an electric vehicle, in particular as a battery electric vehicle (BEV). For example, the drive machine, in particular the electric machine, can provide at least one torque for driving the motor vehicle via the shaft-hub connection. However, the invention is not limited to such a use of the shaft-hub connection for a motor vehicle and/or in a drive train, but can be used in any application. In particular, the shaft-hub connection according to the invention is suitable for or as high-speed or high-speed rotating shaft-hub connections.
Die Welle-Nabe-Verbindung umfasst ein Nabenelement, welches eine Nabe aufweist. Ferner umfasst die Welle-Nabe-Verbindung ein Wellenelement, welches wenigstens einen, in wenigstens einem ersten Längenbereich der Nabe angeordneten, zweiten Längenbereich aufweist. Dabei ist das Wellenelement mittels eines zwischen den Längenbereichen ausgebildeten Pressverbands zumindest drehfest mit dem Nabenelement verbunden, das heißt gefügt. Das Nabenelement wird auch als Nabenteil bezeichnet, und das Wellenelement wird auch als Wellenteil bezeichnet. Unter dem Merkmal, dass der Pressverband zwischen den Längenbereichen, das heißt zwischen dem ersten Längenbereich und dem zweiten Längenbereich, ausgebildet ist, ist zu verstehen, dass der Pressverband die Längenbereiche umfasst, welche den Pressverband bilden. Mit anderen Worten bilden die Längenbereiche den Pressverband miteinander aus. Wieder mit anderen Worten ausgedrückt ist beispielsweise der erste Längenbereich auf den zweiten Längenbereich aufgepresst, sodass zwischen den Längenbereichen und somit zwischen dem Wellenelement und dem Nabenelement der Pressverband gebildet ist. Insbesondere ist zwischen den Längenbereichen und somit zwischen dem Wellenelement und dem Nabenelement wenigstens eine Presspassung gebildet, wodurch der Pressverband gebildet ist. Zum Herstellen des Pressverbands werden das Nabenelement und das Wellenelement, welche auch als Fügepartner bezeichnet werden, so hergestellt, dass nach dem Fügen der Fügepartner in den Längenbereichen eine Presspassung entsteht. Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass das Nabenelement auch in axialer Richtung des Wellenelements an dem Wellenelement festgelegt ist und umgekehrt. Somit können vorzugsweise Relativdrehungen und vorzugsweise auch in axialer Richtung des Wellenelements erfolgende Relativbewegungen zwischen dem Wellenelement und dem Nabenelement vermieden werden.The shaft-hub connection includes a hub element which has a hub. Furthermore, the shaft-hub connection comprises a shaft element which has at least one second length region arranged in at least a first length region of the hub. The shaft element is connected, ie joined, to the hub element at least in a rotationally fixed manner by means of an interference fit formed between the longitudinal regions. The hub member is also referred to as a hub member and the shaft member is also referred to as a shaft member. The feature that the interference fit is formed between the length regions, ie between the first length region and the second length region, means that the interference fit comprises the length regions which form the interference fit. In other words, the longitudinal areas form the interference fit with one another. In other words, for example, the first longitudinal area is pressed onto the second longitudinal area, so that the interference fit is formed between the longitudinal areas and thus between the shaft element and the hub element. In particular, at least one press fit is formed between the longitudinal regions and thus between the shaft element and the hub element, as a result of which the interference fit is formed. To produce the interference fit, the hub element and the shaft element, which are also referred to as the joining partners, are produced in such a way that after the joining partners have been joined, a press fit is created in the longitudinal areas. Preferably, it is provided that the hub element also in the axial direction of the shaft element is fixed to the shaft element and vice versa. Thus, preferably relative rotations and preferably also relative movements between the shaft element and the hub element occurring in the axial direction of the shaft element can be avoided.
Der Pressverband weist wenigstens einen ersten Übermaßbereich mit einem ersten Übermaß auf. Außerdem weist der Pressverband wenigstens einen zweiten Übermaßbereich mit einem gegenüber dem ersten Übermaß größeren, zweiten Übermaß auf. Der zweite Übermaßbereich folgt in um die axiale Richtung des Wellenelements verlaufender Umfangsrichtung des Wellenelements, insbesondere direkt, auf den ersten Übermaßbereich. Unter dem Merkmal, dass das zweite Übermaß größer als das erste Übermaß ist, ist insbesondere zu verstehen, dass das erste Übermaß einen ersten Wert und das zweite Übermaß einen gegenüber dem ersten Wert größeren, zweiten Wert aufweist, sodass durch das jeweilige Übermaß und somit den jeweiligen Übermaßbereich zwar eine jeweilige Presspassung zwischen den Längenbereichen beziehungsweise zwischen dem Wellenelement und dem Nabenelement gebildet ist, jedoch weisen die Übermaßbereiche unterschiedliche Übermaße auf beziehungsweise die Übermaße weisen voneinander unterschiedliche Werte auf. Somit ist der Pressverband mit einem in Umfangsrichtung des Wellenelements und somit des Nabenelements variablen beziehungsweise variierenden Übermaß versehen.The interference fit has at least a first oversize area with a first oversize. In addition, the interference fit has at least one second oversize region with a second oversize that is greater than the first oversize. The second oversize range follows, in particular directly, the first oversize range in the circumferential direction of the shaft element running around the axial direction of the shaft element. The feature that the second oversize is greater than the first oversize means in particular that the first oversize has a first value and the second oversize has a second value that is greater than the first value, so that the respective oversize and thus the Although a respective interference fit is formed between the longitudinal areas or between the shaft element and the hub element in the respective oversize area, the oversize areas have different oversizes or the oversizes have different values from one another. Thus, the interference fit is provided with a variable or varying oversize in the circumferential direction of the shaft element and thus of the hub element.
Die unterschiedlichen Übermaße können beispielsweise auf folgende Weise realisiert werden: In einem Zustand, in welchem die Fügepartner voneinander getrennt, das heißt noch nicht miteinander verbunden, sind, sodass in dem Zustand der Pressverband noch nicht hergestellt ist, weist beispielsweise das Wellenelement in dem ersten Übermaßbereich einen ersten Außendurchmesser beziehungsweise einen sich insbesondere auf den Mittelpunkt beziehungsweise die Drehachse des Wellenelements beziehenden ersten Außenradius auf, und das Wellenelement weist in dem zweiten Übermaßbereich einen zweiten Außendurchmesser beziehungsweise einen sich auf den Mittelpunkt des Wellenelements beziehenden, zweiten Außenradius auf. Dabei ist vorzugsweise der zweiten Außendurchmesser beziehungsweise der zweite Außenradius größer als der erste Außendurchmesser beziehungsweise der erste Außenradius. Alternativ oder zusätzlich ist es denkbar, dass das Nabenelement in dem zuvor beschriebenen Zustand in dem ersten Übermaßbereich einen ersten Innendurchmesser beziehungsweise einen sich insbesondere auf den Mittelpunkt des Wellenelements beziehenden, ersten Innenradius aufweist, und in dem Zustand weist das Wellenelement in dem zweiten Übermaßbereich einen zweiten Innendurchmesser beziehungsweise einen sich auf den Mittelpunkt des Wellenelements beziehenden, zweiten Innenradius auf. Dabei ist beispielsweise der zweite Innendurchmesser beziehungsweise der zweite Innenradius geringer als der erste Innendurchmesser beziehungsweise der erste Innenradius. Der erste Innendurchmesser wird beispielsweise auch als Basisdurchmesser oder als erster Fügedurchmesser bezeichnet, wobei beispielsweise der zweite Innendurchmesser als zweiter Fügedurchmesser bezeichnet wird. Somit ist es denkbar, dass in dem zuvor beschriebenen Zustand der zweite Fügedurchmesser geringer als der Basisdurchmesser ist, um dadurch die unterschiedlichen Übermaße zu realisieren.The different oversizes can be realized, for example, in the following way: In a state in which the joining partners are separated from one another, i.e. not yet connected to one another, so that the press fit has not yet been produced in this state, the shaft element, for example, has in the first oversize area has a first outer diameter or a first outer radius relating in particular to the center point or the axis of rotation of the shaft element, and the shaft element has a second outer diameter or a second outer radius relating to the center point of the shaft element in the second interference range. The second outer diameter or the second outer radius is preferably larger than the first outer diameter or the first outer radius. Alternatively or additionally, it is conceivable that the hub element in the state described above has a first inner diameter or a first inner radius relating in particular to the center point of the shaft element in the first interference area, and in the state the shaft element has a second one in the second oversize area Inner diameter or a reference to the center point of the shaft element, second inner radius. In this case, for example, the second inner diameter or the second inner radius is smaller than the first inner diameter or the first inner radius. The first inner diameter is also referred to as the base diameter or as the first joining diameter, for example, with the second inner diameter being referred to as the second joining diameter, for example. It is therefore conceivable that in the state described above the second joining diameter is smaller than the base diameter in order to thereby realize the different oversizes.
Um nun die Fügepartner gemeinsam beziehungsweise gleichzeitig insbesondere um eine den Fügepartnern gemeinsame und beispielsweise mit der axialen Richtung des Wellenelements zusammenfallende Drehachse, auf welcher beispielsweise der Mittelpunkt des Wellenelements liegt, besonders schnell, das heißt mit einer besonders hohen Drehzahl, drehen zu können, ohne dass es zu einem unerwünschten beziehungsweise übermäßigen Abheben des Nabenelements von dem Wellenelement kommt beziehungsweise während immer noch ein besonders hohes Drehmoment zwischen den Fügepartnern übertragen werden kann, um besonders hohe Drehmomente zwischen den Fügepartnern übertragen zu können, ohne dass es zu einem Durchrutschen, das heißt zu einer unerwünschten Relativdrehung zwischen den Fügepartnern, kommt und um die Welle-Nabe-Verbindung dennoch besonders einfach und somit kostengünstig herstellen zu können, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass der zweite Übermaßbereich in radialer Richtung des Wellenelements und somit in radialer Richtung des Nabenelements und der Welle-Nabe-Verbindung insgesamt nach außen hin zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend und somit zumindest zu mehr als zur Hälfte oder aber vollständig, durch eine in dem Nabenelement ausgebildete und auch als Aussparung bezeichnete Ausnehmung überlappt ist. Die Ausnehmung ist in radialer Richtung des Wellenelements zwischen einem massiven, ersten Wandungsbereich des Nabenelements und einem massiven, zweiten Wandungsbereich des Nabenelements angeordnet, wobei der zweite Wandungsbereich in radialer Richtung des Wellenelements zwischen dem zweiten Übermaßbereich und dem ersten Wandungsbereich angeordnet ist. Somit ist insbesondere der zweite Wandungsbereich in radialer Richtung des Wellenelements nach außen hin zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, durch den ersten Wandungsbereich überlappt. Wenn im Folgenden von der radialen Richtung die Rede ist, so ist darunter - falls nichts anderes angegeben ist - die radiale Richtung des Wellenelements zu verstehen, dessen radiale Richtung der radialen Richtung des Nabenelements und der Welle-Nabe-Verbindung insgesamt zusammenfällt. Dabei verläuft die radiale Richtung senkrecht zur axialen Richtung des Wellenelements, dessen axiale Richtung mit der axialen Richtung des Nabenelements und der Welle-Nabe-Verbindung insgesamt zusammenfällt. Dadurch, dass die Ausnehmung in radialer Richtung zwischen den Wandungsbereichen angeordnet ist, sodass der zweite Wandungsbereich in radialer Richtung nach außen hin zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, nach außen hin durch die Ausnehmung überlappt beziehungsweise überdeckt ist, kann zumindest ein auch als Federbereich bezeichneter erster Teil des zweiten Wandungsbereiches unter Fliehkrafteinwirkung und unter Verkleinerung einer in radialer Richtung verlaufenden Breite zumindest eines zweiten Teils der Ausnehmung federnd in radialer Richtung nach außen ausweichen, mithin in radialer Richtung nach außen federn, das heißt sich in radialer Richtung nach außen bewegen. Darunter, dass zumindest der erste Teil (Federbereich) des zweiten Wandungsbereichs in radialer Richtung nach außen federn, mithin in radialer Richtung nach außen federnd ausweisen kann, ist insbesondere zu verstehen, dass der zweite Wandungsbereich als Federbereich oder Federelement fungieren kann, das heißt dass der zweite Wandungsbereich unter Fliehkrafteinwirkung zumindest teilweise elastisch verformbar ist, sodass dann, wenn sich die Fügepartner um die zuvor genannte Drehachse gemeinsam und insbesondere relativ zu einem Bauelement wie beispielsweise einem Gehäuse drehen, sodass Fliehkräfte auf die Welle-Nabe-Verbindung und dabei insbesondere auf das Nabenelement und den zweiten Wandungsbereich wirken, zumindest der erste Teil des zweiten Wandungsbereichs in radialer Richtung nach außen hin bewegbar ist beziehungsweise bewegt wird, wobei der zweite Wandungsbereich zumindest teilweise elastisch verformt wird, mithin sich wie eine Feder verhält.In order to be able to rotate the joining partners together or simultaneously, in particular about an axis of rotation that is common to the joining partners and, for example, coincides with the axial direction of the shaft element and on which, for example, the center point of the shaft element lies, particularly quickly, i.e. at a particularly high speed, without there is an undesirable or excessive lifting of the hub element from the shaft element or while a particularly high torque can still be transmitted between the joining partners in order to be able to transmit particularly high torques between the joining partners without slipping, i.e. a undesired relative rotation between the joining partners, and in order to be able to produce the shaft-hub connection particularly easily and thus inexpensively, it is provided according to the invention that the second oversize area in the radial direction of the shaft element and s omit in the radial direction of the hub element and the shaft-hub connection as a whole outwardly at least partially, in particular at least predominantly and thus at least more than half or completely, is overlapped by a recess formed in the hub element and also referred to as a recess. The recess is arranged in the radial direction of the shaft element between a solid, first wall area of the hub element and a solid, second wall area of the hub element, the second wall area being arranged in the radial direction of the shaft element between the second oversized area and the first wall area. Thus, in particular, the second wall area is at least partially, in particular at least predominantly or completely, overlapped outwards in the radial direction of the shaft element by the first wall area. Whenever the radial direction is mentioned below, this means—unless otherwise stated—the radial direction of the shaft element, the radial direction of which corresponds to the radial direction of the hub elements and the shaft-hub connection as a whole. In this case, the radial direction runs perpendicularly to the axial direction of the shaft element, whose axial direction coincides overall with the axial direction of the hub element and the shaft-hub connection. Since the recess is arranged between the wall regions in the radial direction, so that the second wall region is at least partially, in particular at least predominantly or completely, overlapped or covered by the recess in the radial direction towards the outside, at least one can also be used as a spring region indicated first part of the second wall area under the action of centrifugal force and with a reduction in a width running in the radial direction of at least a second part of the recess resiliently deflect outwards in the radial direction, thus springing outwards in the radial direction, i.e. moving outwards in the radial direction. The fact that at least the first part (spring area) of the second wall area springs outwards in the radial direction, and can therefore be resilient in the radial direction outwards, means in particular that the second wall area can function as a spring area or spring element, i.e. that the second wall area is at least partially elastically deformable under the action of centrifugal force, so that when the joining partners rotate together about the aforementioned axis of rotation and in particular relative to a component such as a housing, centrifugal forces act on the shaft-hub connection and in particular on the hub element and act on the second wall area, at least the first part of the second wall area can be moved or is being moved outwards in the radial direction, the second wall area being at least partially elastically deformed, thus behaving like a spring.
Besonders bevorzug ist es vorgesehen, dass das Wellenelement nur einen durchgängigen Außendurchmesser aufweist, also dass das Wellenelement in dem ersten Übermaßbereich und in dem zweiten Übermaßbereich den gleichen oder denselben Außendurchmesser aufweist. Dadurch kann das beispielsweise als Rotorwelle ausgebildeten Wellenelement besonders kostengünstig hergestellt werden. Zudem muss dann die Rotorwelle nicht in einer gewissen Winkellage zu dem beispielsweise als ein Blechpaket ausgebildeten Nabenelement montiert werden. Dabei werden dann die unterschiedlichen Übermaße durch die unterschiedlichen Innendurchmesser des Nabenelements beziehungsweise des Blechpakets realisiert, welches beispielsweise in einem Serienprozess einfach und kostengünstig gestanzt wird, sodass die unterschiedlichen Innendurchmesser besonders einfach durch Stanzen hergestellt werden können und dadurch auch keine zusätzlichen Kosten entstehen.Provision is particularly preferably made for the shaft element to have only one continuous outside diameter, ie the shaft element to have the same or the same outside diameter in the first oversize area and in the second oversize area. As a result, the shaft element, which is designed as a rotor shaft, for example, can be produced particularly cost-effectively. In addition, the rotor shaft then does not have to be mounted in a certain angular position in relation to the hub element, which is designed, for example, as a laminated core. The different oversizes are then realized by the different inner diameters of the hub element or the laminated core, which is stamped simply and inexpensively in a series process, for example, so that the different inner diameters can be produced particularly easily by stamping and no additional costs are incurred as a result.
Um eine besonders feste Verbindung zwischen den Fügepartnern realisieren und die Welle-Nabe-Verbindung besonders kostengünstig herstellen zu können, ist es in einer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass der Pressverband ein Querpressverband ist. Mithin ist vorzugsweise der Pressverband als ein Querpressverband ausgebildet. Somit werden vorzugsweise die Welle-Nabe-Verbindung und somit der Querpressverband dadurch hergestellt, dass das Wellenelement zumindest in dem zweiten Wellenbereich, insbesondere aktiv, gekühlt und/oder das Nabenelement zumindest im ersten Längenbereich, insbesondere aktiv, erwärmt wird, wodurch es zu einer Außenumfangsreduzierung des Wellenelements zumindest in dem zweiten Längenbereich beziehungsweise zu einer Innenumfangsvergrößerung des Nabenelements zumindest in dem ersten Längenbereich kommt. Während die Außenumfangsreduzierung beziehungsweise die Innenumfangsvergrößerung vorliegen, wird der zweite Längenbereich in dem ersten Längenbereich angeordnet, woraufhin ein Temperaturausgleich zwischen dem Nabenelement und dem Wellenelement, insbesondere zwischen den Längenbereichen, zugelassen wird. Hierdurch wird das Nabenelement auf das Wellenelement aufgepresst beziehungsweise das Wellenelement wird in das Nabenelement eingepresst. Mit anderen Worten wird dadurch der Querpressverband ausgebildet. Da die Außenumfangsreduzierung durch Kühlen und/oder die Innenumfangsvergrößerung durch Erwärmen erfolgt, wird der Querpressverband thermisch hergestellt, sodass der Querpressverband auch als thermischer Querpressverband bezeichnet wird. Durch die Erfindung kann eine besonders hohe Abhebedrehzahl der Welle-Nabe-Verbindung realisiert werden. Unter der Abhebedrehzahl ist eine Drehzahl zu verstehen, mit welcher sich die Welle-Nabe-Verbindung um die Drehachse dreht, wobei es bei beziehungsweise ab der Abhebedrehzahl dazu kommt, dass das Nabenelement beziehungsweise der erste Längenbereich von dem Wellenelement beziehungsweise dem zweiten Längenbereich derart abhebt, dass es zu einer Relativdrehung zwischen den Fügepartnern um die Drehachse kommt und/oder dass um die Drehachse zwischen den Fügepartnern höchstes ein solches Drehmoment übertragbar ist, welches einen beispielsweise vorgebbaren oder vorgegebenen Schwellenwert unterschreitet. Der Erfindung liegen dabei die folgenden Erkenntnisse und Überlegungen zugrunde:
- Bei schnell drehenden beziehungsweise schnell laufenden Welle-Nabe-Verbindungen, wie sie beispielsweise bei elektrischen Maschinen für Fahrzeuganwendungen verwendet werden, kann das Problem einer zu geringen Abhebedrehzahl eines insbesondere thermischen Querpressverbands insbesondere zwischen einem Rotorblechpaket und einer Rotorwelle bestehen, insbesondere bei großen rotierenden Massen und insbesondere in Verbindung mit der Randbedingung, dass eine maximale Fügetemperatur, auf welche das beispielsweise als das zuvor genannte Rotorblechpaket ausgebildete Nabenelement höchstens erwärmt werden kann, um den Pressverband, insbesondere den Querpressverband, auszubilden, auf einen relativ geringen Wert beschränkt ist. Zudem sinkt die Abhebedrehzahl weiter mit steigendem Fügedurchmesser, was eine Gestaltungsfreiheit bei der Rotortopologie und Rotorgestalt einschränken kann. Dies gilt insbesondere bei gleichbleibender Rotortopologie und/oder Rotoraußendurchmesser. Es ist wünschenswert, den Fügedurchmesser so groß wie möglich zu wählen, um einen möglichst leichten und gut zu kühlenden (falls eine Rotorwellenkühlung o.ä. vorhanden ist) Rotor zu bauen.
- In the case of fast-rotating or fast-running shaft-hub connections, such as those used in electrical machines for vehicle applications, the problem of too low a lift-off speed, in particular of a thermal cross press fit, in particular between a laminated rotor core and a rotor shaft, especially with large rotating masses and in particular in connection with the boundary condition that a maximum joining temperature, to which the hub element designed, for example, as the aforementioned laminated rotor core, can be heated at most, in order to prevent the press fit, in particular the Transverse interference fit is limited to a relatively small value. In addition, the lift-off speed continues to decrease as the joint diameter increases, which can limit freedom of design in the rotor topology and rotor shape. This applies in particular to the same rotor topology and/or rotor outer diameter. It is desirable to choose the joint diameter as large as possible in order to build a rotor that is as light as possible and easy to cool (if a rotor shaft cooling or similar is available).
Für die Übertragung von großen Drehmomenten zwischen den Fügepartnern in beschränkten Bauräumen existieren grundsätzlich reibschlüssige, formschlüssige und stoffschlüssige Formen einer Welle-Nabe-Verbindung. Reibschlüssige Verbindungen wie beispielsweise Querpressverbände, Längspressverbände oder Kegelpressverbände übertragen das Drehmoment durch Reibkraft, welche durch eine auf Fügeflächen der Fügepartner wirkende Normalkraft zwischen den Fügepartnern, mithin zwischen dem einfach auch als Welle bezeichneten Wellenelement und dem Nabenelement, bestimmt wird. Das Fügen beider Fügepartner erfolgt mittels Temperatur und/oder Kraft. Bei einem Querpressverband wird beispielsweise das Wellenelement abgekühlt und/oder das Nabenelement wird erwärmt, mithin aufgeheizt, um eine Überschneidung beider Fügepartner aufheben zu können, wobei die genannte Überschneidung der Fügepartner insbesondere in einem Zustand existiert, in welchem die Fügepartner insbesondere zumindest in den Längenbereichen die gleiche Temperatur aufweisen sowie beispielsweise noch voneinander getrennt, das heißt noch nicht miteinander gefügt sind. Durch Aufheben der geometrischen Überschneidung der Fügepartner können die Fügepartner ineinander gefügt werden. Mit anderen Worten kann dadurch der zweite Längenbereich in dem ersten Längenbereich angeordnet werden, insbesondere dadurch, dass das Wellenelement entlang seiner axialen Richtung relativ zu dem Nabenelement bewegt wird, derart, dass der erste Längenbereich den zweiten Längenbereich in Umfangsrichtung des Wellenelements vollständig umlaufend umgibt. Daraufhin erfolgt der zuvor beschriebene Temperaturausgleich, in dessen Rahmen das Nabenelement zumindest in dem ersten Längenbereich schrumpft, mithin eine Innenumfangsverkleinerung vollführt und/oder sich das Wellenelement zumindest in dem zweiten Längenbereich ausdehnt, mithin eine Außenumfangsvergrößerung vollführt. Herkömmlicherweise erfordert das Herstellen eines Querpressverbands sehr viel Energie, Zeit sowie sehr viel Platz und Sorgfalt und dabei insbesondere eine Stickstofflagerung beispielsweise entlang einer Produktionslinie. Bei formschlüssigen Welle-Nabe-Verbindungen wie beispielsweise Passfedern, Keilwellen oder Polygonprofilen wird die Funktion der Drehmomentübertragung über einen geometrischen Formschluss zwischen den Fügepartnern gewährleistet. Auch hier können hohe Drehmomente übertragen werden, jedoch bestehen auch hier das Problem des Abhebens bei hohen Drehzahlen und der Verlust einer Selbstzentrierung. Vorteil einer formschlüssigen Welle-Nabe-Verbindung ist, dass sie mit einem besonders geringen Aufwand hergestellt beziehungsweise montiert werden kann. Ein Nachteil ist jedoch eine im Vergleich zu Pressverbänden aufwendigere Fertigung der Fügepartner, insbesondere bei einem Polygonprofil.For the transmission of large torques between the joining partners in limited installation spaces, there are basically frictional, form-fitting and material-to-material forms of a shaft-hub connection. Frictional connections such as transverse interference fits, longitudinal interference fits or tapered interference fits transmit the torque through frictional force, which is determined by a normal force acting on the joining surfaces of the joining partners between the joining partners, i.e. between the shaft element, also simply referred to as the shaft, and the hub element. Both joining partners are joined by means of temperature and/or force. In the case of a transverse interference fit, for example, the shaft element is cooled and/or the hub element is heated, i.e. heated, in order to be able to eliminate any overlapping of the two joining partners, with the aforementioned overlapping of the joining partners existing in particular in a state in which the joining partners, in particular at least in the longitudinal areas of the have the same temperature and, for example, are still separated from one another, that is to say are not yet joined together. By removing the geometric overlap of the joining partners, the joining partners can be joined together. In other words, the second length area can be arranged in the first length area, in particular by the shaft element being moved along its axial direction relative to the hub element, such that the first length area completely surrounds the second length area in the circumferential direction of the shaft element. The previously described temperature equalization then takes place, during which the hub element shrinks at least in the first length range, thus reducing the inner circumference, and/or the shaft element expands at least in the second length range, thus leading to an enlargement of the outer circumference. Conventionally, producing a transverse interference fit requires a great deal of energy, time, and space and care, and in particular nitrogen storage, for example, along a production line. In the case of form-fitting shaft-hub connections such as feather keys, splined shafts or polygonal profiles, the torque transmission function is ensured via a geometric form-fitting connection between the joining partners. Here, too, high torques can be transmitted, but here too there is the problem of lifting at high speeds and the loss of self-centering. The advantage of a form-fitting shaft-hub connection is that it can be manufactured or assembled with particularly little effort. A disadvantage, however, is that the production of the joining partners is more complex than with press fits, especially in the case of a polygon profile.
Bei schnell rotierenden Welle-Nabe-Verbindungen sinkt aufgrund der mit zunehmender Drehzahl steigenden Fliehkraft die Normalkraft zwischen den Fügepartnern bis zu einem Punkt, an dem das Nabenelement von dem Wellenelement beziehungsweise der erste Längenbereich von dem zweiten Längenbereich abhebt, wobei dieser Punkt auch als Abhebedrehzahl bezeichnet wird beziehungsweise dann erreicht wird, wenn die Welle-Nabe-Verbindung und somit die Fügepartner mit der zuvor genannten Abhebedrehzahl gedreht werden. Zudem hängen das insbesondere maximal zwischen den Fügepartnern übertragbare Drehmoment sowie eine Zentrierung der Fügepartner zueinander von der Drehzahl ab. Folglich sollten bei einer mechanischen Auslegung einer Welle-Nabe-Verbindung die Abhebedrehzahl und Drehmomentanforderungen insbesondere im Hinblick darauf berücksichtigt werden, wie hoch das Drehmoment sein soll, welches bei einer gewissen beziehungsweise vorgebbaren oder vorgegebenen Drehzahl noch zwischen den Fügepartnern übertragen werden kann. Eine besonders vorteilhafte Welle-Nabe-Verbindung zeichnet sich somit durch eine sehr hohe Abhebedrehzahl, die Fähigkeit, hohe Drehmomente zwischen den Fügepartnern übertragen zu können, sowie eine einfache Fertigung und eine einfache Montage aus. Dies kann durch die Erfindung realisiert werden.In the case of rapidly rotating shaft-hub connections, due to the centrifugal force that increases with increasing speed, the normal force between the joining partners decreases to a point at which the hub element lifts off the shaft element or the first length area lifts off the second length area, this point also being referred to as the lifting speed is achieved when the shaft-hub connection and thus the joint partners are rotated at the above-mentioned lift-off speed. In addition, the maximum torque that can be transmitted between the joining partners and a centering of the joining partners relative to one another also depend on the speed. Consequently, when mechanically designing a shaft-hub connection, the lifting speed and torque requirements should be taken into account, in particular with regard to how high the torque should be that can still be transmitted between the joining partners at a certain or specifiable or predetermined speed. A particularly advantageous shaft-hub connection is thus characterized by a very high lifting speed, the ability to be able to transmit high torques between the joining partners, as well as simple manufacture and simple assembly. This can be realized by the invention.
Der Querpressverband umfasst beispielsweise eine in dem ersten Längenbereich angeordnete, innenumfangsseitige Fügefläche des Nabenelements und eine in dem zweiten Längenbereich angeordnete, außenumfangsseitige Fügefläche des Wellenelements, sodass der Querpressverband insbesondere durch die Fügeflächen beziehungsweise zwischen den Fügeflächen gebildet ist. Insbesondere ist es dabei vorgesehen, dass sich die Fügeflächen gegenseitig direkt berühren. Die Fügeflächen können insbesondere eine gegenseitige Zentrierung der Fügepartner gewährleisten. Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass das Nabenelement und das Wellenelement ausschließlich durch den Pressverband, insbesondere den Querpressverband, miteinander verbunden sind.The transverse interference fit comprises, for example, an inner peripheral joint surface of the hub element arranged in the first length region and an outer peripheral joint surface of the shaft element arranged in the second length region, so that the transverse interference fit is formed in particular by the joint surfaces or between the joint surfaces. in particular more specifically, it is intended that the joining surfaces touch each other directly. The joining surfaces can, in particular, ensure mutual centering of the joining partners. Provision is preferably made for the hub element and the shaft element to be connected to one another exclusively by the interference fit, in particular the transverse interference fit.
Grundsätzlich ist es auch möglich die Federwirkung bei einer formschlüssigen Welle-Nabe-Verbindung zu verwenden, bei der dann beispielsweise der Pressverband entfällt. Insbesondere bei hochdrehenden Bauteilen wie Rotoren, da Fliehkräfte die formschlüssige Verbindung aufheben und dadurch die Zentrierung von Welle zu Nabe Verloren geht und zumindest ein axiales Verschieben von Nabe zu Welle nicht ausgeschlossen werden kann.In principle, it is also possible to use the spring effect with a form-fitting shaft-hub connection in which, for example, the interference fit is then omitted. Especially with high-speed components such as rotors, since centrifugal forces break the positive connection and the centering of shaft to hub is lost and at least axial displacement from hub to shaft cannot be ruled out.
Das Grundprinzip der vorliegenden Erfindung ist das Prinzip einer Vorspannung beziehungsweise Verspannung der zentrierenden Fügeflächen zwischen den Fügepartnern. Dies bedeutet, dass ein Verspannungsmechanismus in einem der Fügepartner und dabei insbesondere vorliegend in das Nabenelement integriert ist. Dies ist bei der Erfindung derart realisiert, dass in dem Nabenelement die Ausnehmung ausgebildet ist, welche es - wie zuvor beschrieben - ermöglicht, dass der zweite Wandungsbereich unter Fliehkrafteinwirkung zumindest teilweise in radialer Richtung nach außen federt, wobei der zweite Wandungsbereich insbesondere in Umfangsrichtung des Wellenelements im Bereich des zweiten Übermaßbereiches angeordnet ist. Hierunter ist zu verstehen, dass der zweite Übermaßbereich und der zweite Wandungsbereich in Umfangsrichtung des Wellenelements zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, auf gleicher Höhe angeordnet sind, und vorzugsweise ist es auch vorgesehen, dass der zweite Übermaßbereich und der zweite Wandungsbereich in axialer Richtung des Wellenelements zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, auf gleicher Höhe angeordnet sind. Dadurch ist der zweite Übermaßbereich in radialer Richtung nach außen hin durch den zweiten Wandungsbereich überdeckt. Somit ist es vorzugsweise auch vorgesehen, dass der zweite Übermaßbereich und die Ausnehmung in Umfangsrichtung des Wellenelements zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, auf gleicher Höhe angeordnet sind, und vorzugsweise ist es ferner vorgesehen, dass der zweite Übermaßbereich und die Ausnehmung in axialer Richtung des Wellenelements zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, auf gleicher Höhe angeordnet sind. Dadurch ist der zweite Übermaßbereich in radialer Richtung nach außen hin zumindest teilweise durch den zweiten Wandungsbereich und zumindest teilweise durch die Ausnehmung überlappt, und der zweite Wandungsbereich ist in radialer Richtung nach außen hin zumindest teilweise durch die Ausnehmung überlappt, sodass die Ausnehmung das zuvor beschriebene, in radialer Richtung nach außen erfolgende, elastische Ausweichen, mithin Federn des zweiten Wandungsbereichs, zulässt. Hierdurch ist ein durch den zweiten Übermaßbereich gebildeter beziehungsweise in dem zweiten Übermaßbereich angeordneter erster Teil der Fügefläche eines der Fügepartner, insbesondere des Nabenelements, so gestaltet, dass sich beispielsweise der erste Teil beim Fügen der Fügepartner zumindest elastisch verformen und bei beziehungsweise unter Fliehkrafteinwirkung teilweise entspannen kann. Diese Entspannung sorgt dafür, dass auch bei sehr hohen Fliehkräften eine hinreichende Normalkraft zwischen den Fügepartnern herrscht. Dies sorgt für eine sichere Zentrierung der Fügepartner über einen geforderten Drehzahlbereich und die Fähigkeit, ein hinreichend hohes Drehmoment zwischen den Fügepartnern übertragen zu können. Neben beziehungsweise zusätzlich zu diesem zentrierenden ersten Teil gibt es wenigstens einen zweiten Teil der insbesondere innenumfangsseitigen Fügefläche, wobei der zweite Teil beispielsweise durch den ersten Übermaßbereich gebildet beziehungsweise in dem ersten Übermaßbereich angeordnet ist. Der zweite Teil hat als Hauptaufgabe die Drehmomentübertragung, darf jedoch bei einer bestimmten Drehzahl, mithin der Abhebedrehzahl, abheben.The basic principle of the present invention is the principle of pretensioning or tensioning of the centering joining surfaces between the joining partners. This means that a bracing mechanism is integrated in one of the joining partners and, in particular, in the present case in the hub element. This is implemented in the invention in such a way that the recess is formed in the hub element, which - as described above - enables the second wall area to spring outwards at least partially in the radial direction under the action of centrifugal force, with the second wall area in particular in the circumferential direction of the shaft element is arranged in the area of the second oversize area. This means that the second oversize area and the second wall area are at least partially, in particular at least predominantly or completely, arranged at the same height in the circumferential direction of the shaft element, and it is preferably also provided that the second oversize area and the second wall area in the axial direction of the shaft element are at least partially, in particular at least predominantly or completely, arranged at the same height. As a result, the second oversize area is covered outwards in the radial direction by the second wall area. It is therefore preferably also provided that the second oversize area and the recess are at least partially, in particular at least predominantly or completely, arranged at the same height in the circumferential direction of the shaft element, and it is preferably also provided that the second oversize area and the recess are arranged in the axial direction of the shaft element are at least partially, in particular at least predominantly or completely, arranged at the same height. As a result, the second excess area is at least partially overlapped by the second wall area and at least partially by the recess in the radial direction to the outside, and the second wall area is at least partially overlapped by the recess in the radial direction to the outside, so that the recess has the previously described in the radial direction to the outside taking place, elastic deflection, thus springs of the second wall area, allows. As a result, a first part of the joining surface of one of the joining partners, in particular the hub element, which is formed by the second oversize area or is arranged in the second oversize area, is designed in such a way that, for example, the first part deforms at least elastically when the joining partners are joined and can partially relax when or under the action of centrifugal force . This relaxation ensures that there is sufficient normal force between the joining partners, even in the case of very high centrifugal forces. This ensures safe centering of the joining partners over a required speed range and the ability to transfer a sufficiently high torque between the joining partners. In addition to or in addition to this centering first part, there is at least one second part of the joining surface, in particular on the inner circumference, the second part being formed, for example, by the first oversize area or being arranged in the first oversize area. The second part has the main task of torque transmission, but may take off at a certain speed, i.e. the lift-off speed.
Vorzugsweise ist das Wellenelement eine auch als Rotorwelle bezeichnete Welle für eine oder einer elektrischen Maschine. Alternativ oder zusätzlich ist es vorzugsweise vorgesehen, dass das Nabenelement ein Blechpaket, insbesondere ein Rotorblechpaket, für die beziehungsweise der elektrischen Maschine ist.The shaft element is preferably a shaft, also referred to as a rotor shaft, for an electrical machine. Alternatively or additionally, it is preferably provided that the hub element is a laminated core, in particular a laminated rotor core, for the or the electrical machine.
Als weiterhin vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn der zweite Übermaßbereich zumindest über seine gesamte, in Umfangsrichtung des Wellenelements verlaufende Erstreckung in radialer Richtung nach außen hin durch die Ausnehmung überlappt ist. Dadurch kann eine besonders hohe Abhebedrehzahl realisiert werden, und der Pressverband kann besonders einfach und somit zeit- und kostengünstig hergestellt werden.It has also been shown to be advantageous if the second oversize region is overlapped at least over its entire extent running in the circumferential direction of the shaft element in the radial direction outwards by the recess. As a result, a particularly high lifting speed can be achieved, and the interference fit can be produced particularly easily and thus in a time-saving and cost-effective manner.
Bei einer weiteren, besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass sich die Ausnehmung in Umfangsrichtung des Wellenelements über beide, in Umfangsrichtung des Wellenelements gegenüberliegende Enden des zweiten Übermaßbereiches hinaus erstreckt. Mit anderen Worten ist die Ausnehmung in Umfangsrichtung des Wellenelements länger als der zweite Übermaßbereich, derart, dass sich die Ausnehmung beidenends über den zweiten Übermaßbereich hinaus erstreckt. Dadurch können die zuvor beschriebenen Effekte besonders vorteilhaft realisiert werden, sodass eine besonders hohe Abhebedrehzahl dargestellt werden kann.In a further, particularly advantageous embodiment of the invention, it is provided that the recess extends in the circumferential direction of the shaft element beyond both opposite ends of the second oversize region in the circumferential direction of the shaft element. In other words, the recess is longer than the second interference area in the circumferential direction of the shaft element, such that the recess extends beyond the second interference area at both ends extends. As a result, the effects described above can be implemented particularly advantageously, so that a particularly high lift-off speed can be achieved.
Um das beschriebene Federn des zweiten Wandungsbereichs besonders vorteilhaft zulassen und somit eine besonders hohe Abhebedrehzahl realisieren zu können, ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die Ausnehmung eine zumindest teilweise bogenförmige Innenkontur aufweist.In order to allow the described springing of the second wall area particularly advantageously and thus to be able to realize a particularly high lifting speed, it is provided in a further embodiment of the invention that the recess has an at least partially arcuate inner contour.
Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass die Ausnehmung, insbesondere vollständig, frei von einem Festkörper ist, sodass vorzugsweise in der Ausnehmung, insbesondere vollständig, Luft aufgenommen ist.Provision is preferably made for the recess to be free of a solid body, in particular completely, so that air is preferably accommodated in the recess, in particular completely.
Um das zuvor beschriebene Federn des zweiten Wandungsbereichs besonders vorteilhaft zulassen und somit eine besonders hohe Abhebedrehzahl, mithin eine besonders feste Verbindung, realisieren zu können, ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass der zweite Wandungsbereich einen in radialer Richtung des Wellenelements nach außen hin durch einen ersten Ausnehmungsteil der Ausnehmung überlappten, ersten Wandungsteil und einen sich in Umfangsrichtung des Wellenelements an den ersten Wandungsteil anschließenden, zweiten Wandungsteil aufweist, welcher in radialer Richtung des Wellenelements nach außen hin durch einen mit dem ersten Ausnehmungsteil verbundenen, zweiten Ausnehmungsteil der Ausnehmung überlappt und in radialer Richtung des Wellenelements nach innen hin gegenüber dem ersten Wandungsteil zurückversetzt ist.In order to allow the above-described springing of the second wall area in a particularly advantageous manner and thus to be able to realize a particularly high lifting speed, and therefore a particularly strong connection, it is provided in a further embodiment of the invention that the second wall area has a radial direction of the shaft element to the outside has a first wall part overlapped by a first recess part of the recess and a second wall part adjoining the first wall part in the circumferential direction of the shaft element, which overlaps outwards in the radial direction of the shaft element through a second recess part of the recess connected to the first recess part and is set back inward in the radial direction of the shaft element in relation to the first wall part.
Dabei ist es vorzugsweise vorgesehen, dass die Wandungsteile einstückig miteinander ausgebildet sind.It is preferably provided that the wall parts are formed in one piece with each other.
Ferner hat es sich dabei als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn der erste Ausnehmungsteil in radialer Richtung des Wellenelements nach außen hin gegenüber dem zweiten Ausnehmungsteil zurückversetzt ist, wodurch der zweite Wandungsbereich besonders gut federn kann.Furthermore, it has proven to be particularly advantageous if the first recess part is set back outwards in the radial direction of the shaft element compared to the second recess part, as a result of which the second wall region can spring particularly well.
Insbesondere ist es vorgesehen, dass der zweite Ausnehmungsteil zumindest in einem Teilbereich die zuvor beschriebene, bogenförmige, insbesondere kreisbogenförmige, Innenkontur aufweist.In particular, it is provided that the second recess part has the above-described arcuate, in particular arcuate, inner contour at least in a partial area.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist auch der erste Übermaßbereich in radialer Richtung des Wellenelements nach außen hin zumindest oder vorzugsweise ausschließlich teilweise durch die Ausnehmung überlappt. Dadurch kann einerseits das Federn des zweiten Wandungsbereichs vorteilhaft zugelassen werden, andererseits kann eine hohe Drehmomentübertragbarkeit gewährleistet werden.In a further embodiment of the invention, the first oversize region is also at least or preferably exclusively partially overlapped outwards in the radial direction of the shaft element by the recess. As a result, springing of the second wall area can advantageously be permitted on the one hand, and high torque transmissibility can be ensured on the other hand.
Schließlich hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn der erste Übermaßbereich in radialer Richtung des Wellenelements nach außen hin zumindest teilweise überlappungsfrei zu der Ausnehmung angeordnet ist, sodass der erste Übermaßbereich zumindest teilweise in radialer Richtung nach außen hin nicht durch die Ausnehmung angeordnet ist. Dadurch kann eine besonders hohe Drehmomentübertragbarkeit realisiert werden.Finally, it has been shown to be particularly advantageous if the first oversize area is arranged outwards at least partially without overlapping in the radial direction of the shaft element with respect to the recess, so that the first oversize area is at least partly arranged outwards in the radial direction not through the recess. As a result, a particularly high torque transferability can be achieved.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft eine Welle-Nabe-Verbindung, mit einem Nabenelement, welches eine Nabe aufweist, und mit einem Wellenelement, welches wenigstens einen, in wenigstens einem ersten Längenbereich der Nabe angeordneten, zweiten Längenbereich aufweist und mit dem Nabenelement mittels eines zwischen den Längenbereichen ausgebildeten Formschlusses zumindest drehfest verbunden ist.A second aspect of the invention relates to a shaft-hub connection, with a hub element, which has a hub, and with a shaft element, which has at least one second length region arranged in at least a first length region of the hub and is connected to the hub element by means of a between is at least non-rotatably connected to the longitudinal areas formed form fit.
Um nun die Fügepartner gemeinsam beziehungsweise gleichzeitig insbesondere um eine den Fügepartnern gemeinsame und beispielsweise mit der axialen Richtung des Wellenelements zusammenfallende Drehachse, auf welcher beispielsweise der Mittelpunkt des Wellenelements liegt, besonders schnell, das heißt mit einer besonders hohen Drehzahl, drehen zu können, ohne dass es zu einem unerwünschten beziehungsweise übermäßigen Abheben des Nabenelements von dem Wellenelement kommt beziehungsweise während immer noch ein besonders hohes Drehmoment zwischen den Fügepartnern übertragen werden kann, um besonders hohe Drehmomente zwischen den Fügepartnern übertragen zu können, ohne dass es zu einem Durchrutschen, das heißt zu einer unerwünschten Relativdrehung zwischen den Fügepartnern, kommt und um die Welle-Nabe-Verbindung dennoch besonders einfach und somit kostengünstig herstellen zu können, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Formschluss in radialer Richtung des Wellenelements nach außen hin zumindest teilweise durch eine in dem Nabenelement ausgebildete Ausnehmung überlappt ist, welche in radialer Richtung des Wellenelements zwischen einem massiven, ersten Wandungsbereich und einem in radialer Richtung des Wellenelements zwischen dem Formschluss und dem ersten Wandungsbereich angeordneten, massiven, zweiten Wandungsbereich des Nabenelements angeordnet ist. Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten Aspekts der Erfindung sind als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des zweiten Aspekts der Erfindung anzusehen und umgekehrt.In order to be able to rotate the joining partners together or simultaneously, in particular about an axis of rotation that is common to the joining partners and, for example, coincides with the axial direction of the shaft element and on which, for example, the center point of the shaft element lies, particularly quickly, i.e. at a particularly high speed, without there is an undesirable or excessive lifting of the hub element from the shaft element or while a particularly high torque can still be transmitted between the joining partners in order to be able to transmit particularly high torques between the joining partners without slipping, i.e. a undesired relative rotation between the joining partners, and in order to be able to produce the shaft-hub connection particularly easily and thus inexpensively, it is provided according to the invention that the form fit in the radial direction of the shaft element is outward is at least partially overlapped by a recess formed in the hub element, which is arranged in the radial direction of the shaft element between a solid, first wall area and a solid, second wall area of the hub element arranged in the radial direction of the shaft element between the form fit and the first wall area. Advantages and advantageous configurations of the first aspect of the invention are to be regarded as advantages and advantageous configurations of the second aspect of the invention and vice versa.
Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft einen Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug, wobei der Antriebsstrang wenigstens eine Welle-Nabe-Verbindung gemäß dem ersten und/oder zweiten Aspekt der Erfindung aufweist. Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten und zweiten Aspekts der Erfindung sind als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des dritten Aspekts der Erfindung anzusehen und umgekehrt.A third aspect of the invention relates to a drive train for a motor vehicle, wherein the Drive train has at least one shaft-hub connection according to the first and / or second aspect of the invention. Advantages and advantageous configurations of the first and second aspect of the invention are to be regarded as advantages and advantageous configurations of the third aspect of the invention and vice versa.
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels mit den zugehörigen Zeichnungen. Dabei zeigt:
-
1 eine schematische Querschnittsansicht einer Welle-Nabe-Verbindung, insbesondere für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs; und -
2 ausschnittsweise eine schematische Querschnittsansicht der Welle-Nabe-Verbindung in einem in1 mit B bezeichneten Bereich.
-
1 a schematic cross-sectional view of a shaft-hub connection, in particular for a drive train of a motor vehicle; and -
2 A partial schematic cross-sectional view of the shaft-hub connection in an in1 area marked B.
In den Fig. sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.Elements that are the same or have the same function are provided with the same reference symbols in the figures.
Das Kraftfahrzeug weist in einem vollständig hergestellten Zustand einen Antriebsstrang auf, mittels welchem das Kraftfahrzeug antreibbar ist. Der Antriebsstrang umfasst eine Antriebsmaschine, mittels welcher das Kraftfahrzeug antreibbar ist. Beispielsweise weist das Kraftfahrzeug, welches vorzugsweise als Kraftwagen, insbesondere Personenkraftwagen, ausgebildet ist, wenigstens oder genau zwei in Fahrzeuglängsrichtung aufeinanderfolgend angeordnete Achsen auf, welche jeweils wenigstens oder genau zwei in Fahrzeugquerrichtung voneinander beabstandete Fahrzeugräder aufweisen. Insbesondere können die Fahrzeugräder zumindest oder genau einer der Achsen mittels der Antriebsmaschine angetrieben werden. Die Antriebsmaschine ist vorzugsweise eine elektrische Maschine, welche einen Stator und einen von dem Stator antreibbaren und dadurch um eine Maschinendrehachse relativ zu dem Stator drehbaren Rotor aufweist. Dabei ist es vorzugsweise vorgesehen, dass der Rotor die Welle-Nabe-Verbindung 1 aufweist, sodass die Welle-Nabe-Verbindung 1, mithin das Wellenelement 4 und das Nabenelement 2, um die zuvor genannte, einfach auch als Drehachse D bezeichnete Maschinendrehachse relativ zu dem Stator drehbar sind. Dabei ist das Wellenelement 4 eine auch als Rotorwelle bezeichnete Welle des Rotors, und das Nabenelement 2 ist vorzugsweise ein auch als Rotorblechpaket bezeichnetes Blechpaket des Rotors. Vorzugsweise ist das Blechpaket aus Elektroblech gebildet.In a fully manufactured state, the motor vehicle has a drive train, by means of which the motor vehicle can be driven. The drive train includes a prime mover, by means of which the motor vehicle can be driven. For example, the motor vehicle, which is preferably designed as a motor vehicle, in particular a passenger car, has at least or exactly two axles arranged one after the other in the vehicle longitudinal direction, which each have at least or exactly two vehicle wheels spaced apart from one another in the vehicle transverse direction. In particular, the vehicle wheels can be driven at least or exactly one of the axles by means of the engine. The drive machine is preferably an electrical machine which has a stator and a rotor which can be driven by the stator and is therefore rotatable about a machine axis of rotation relative to the stator. It is preferably provided that the rotor has the shaft-
In Zusammenschau mit
Um nun eine besonders hohe Abhebedrehzahl der Welle-Nabe-Verbindung 1 realisieren und die Welle-Nabe-Verbindung 1 besonders einfach und somit kostengünstig herstellen zu können, ist es ferner vorgesehen, dass der zweite Übermaßbereich UB2 in radialer Richtung des Wellenelements 4, dessen radiale Richtung senkrecht zur Drehachse D verläuft und in
Die Ausnehmung 6 ist in radialer Richtung des Wellenelements 4 zwischen einem massiven, ersten Wandungsbereich W1 des Nabenelements 2 und einem in radialer Richtung des Wellenelements 4 zwischen dem zweiten Übermaßbereich UB2 und dem ersten Wandungsbereich W1 beziehungsweise in radialer Richtung des Wellenelements 4 zwischen dem zweiten Übermaßbereich UB2 und der Ausnehmung 6 angeordneten, massiven, zweiten Wandungsbereich W2 des Nabenelements 2 angeordnet. Hierdurch kann zumindest ein in radialer Richtung des Wellenelements 4 zu dem Wellenelement 4 hin betrachtet und einem ersten Teil T1 der Ausnehmung 6 angeordneter, zweiter Teil T2 des Wandungsbereichs W2 als eine auch als Federbereich bezeichnete Feder wirken, welche unter Fliehkrafteinwirkung in radialer Richtung des Wellenelements 4 nach außen hin federnd ausweichen, mithin federn kann. Der zuvor genannte Federbereich (zweiter Teil T2) ist in
Bei dem in den Fig. gezeigten Ausführungsbeispiel ist es vorgesehen, dass der zweite Übermaßbereich UB2 zumindest über seine gesamte, in Umfangsrichtung des Wellenelements 4 verlaufende Erstreckung in radialer Richtung des Wellenelements 4 nach außen hin durch die Ausnehmung 6 überlappt ist. Die Umfangsrichtung des Wellenelements 4 verläuft um die Drehachse D und ist in
Um eine besonders gute Federwirkung insbesondere des ersten Teils T1 realisieren zu können, ist es ferner vorgesehen, dass der zweite Wandungsbereich W2 einen in radialer Richtung des Wellenelements 4 nach außen hin durch den auch als ersten Ausnehmungsteil der Ausnehmung 6 bezeichneten Teil T1 der Ausnehmung 6 überlappten, ersten Wandungsteil WT1 und sich in Umfangsrichtung des Wellenelements 4 beidseitig an den ersten Wandungsteil WT1 anschließende, zweite Wandungsteile WT2 aufweist, welche jeweils in radialer Richtung des Wellenelements 4 nach außen hin durch einen jeweiligen, mit dem ersten Ausnehmungsteil verbundenen, zweiten Ausnehmungsteil AT2 der Ausnehmung 6 überlappt und in radialer Richtung des Wellenelements 4 nach innen hin gegenüber dem ersten Wandungsteil WT1 zurückversetzt sind. Dabei ist der erste Ausnehmungsteil (T1) in radialer Richtung des Wellenelements 4 nach außen hin gegenüber dem jeweiligen zweiten Ausnehmungsteil AT2 zurückversetzt.In order to be able to achieve a particularly good spring effect, in particular of the first part T1, it is also provided that the second wall region W2 overlaps a part T1 of the
Besonders gut aus
BezugszeichenlisteReference List
- 11
- Welle-Nabe-Verbindungshaft-hub connection
- 22
- Nabenelementhub element
- 33
- Nabehub
- 44
- Wellenelementwave element
- 55
- Doppelpfeildouble arrow
- 66
- Ausnehmungrecess
- 77
- Doppelpfeildouble arrow
- AT2AT2
- zweiter Ausnehmungsteilsecond recess part
- BDBD
- Basisdurchmesserbase diameter
- DD
- Drehachseaxis of rotation
- E1E1
- EndeEnd
- E2E2
- EndeEnd
- FDFD
- zweiter Fügedurchmessersecond joint diameter
- KK
- Innenkonturinner contour
- L1L1
- erster Längenbereichfirst length range
- L2L2
- zweiter Längenbereichsecond length range
- PP
- Pressverbandpress bandage
- T1T1
- TeilPart
- T2T2
- TeilPart
- UB1UB1
- erster Übermaßbereichfirst excess area
- UB2UB2
- zweiter Übermaßbereichsecond oversize area
- W1w1
- erster Wandungsbereichfirst wall area
- W2W2
- zweiter Wandungsbereichsecond wall area
- WT1WT1
- Wandungsteilwall part
- WT2WT2
- Wandungsteilwall part
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited
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- DE 102006002443 A1 [0003]DE 102006002443 A1 [0003]
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