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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wellenanordnung eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft außerdem ein mit einer derartigen Wellenanordnung ausgestattetes Kraftfahrzeug.
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Aus der
DE 10 2011 010 204 A1 ist eine gattungsgemäße Wellenanordnung bekannt. Sie umfasst eine erste Welle, die mittels eines ersten Festlagers und eines ersten Loslagers um eine Drehachse drehbar gelagert ist, sowie eine zweite Welle, die mittels eines zweiten Festlagers und eines zweiten Loslagers um die Drehachse drehbar gelagert ist. Eine Steckverzahnung sorgt für eine drehmomentübertragende Verbindung zwischen den beiden Wellen. Ein Federelement erzeugt eine axiale Vorspannung zwischen der ersten Welle und der zweiten Welle, um Axialspiel in den Festlagern zu eliminieren. Bei der bekannten Wellenanordnung ist das Federelement als Schraubenfeder ausgestaltet, die radial zwischen der ersten Welle und der zweiten Welle angeordnet ist. Die Schraubenfeder ist einerseits axial an der ersten Welle befestigt andererseits axial an einer Ringscheibe abgestützt ist, die ihrerseits gegenüber der ersten Welle axial verschiebbar ist und an der zweiten Welle axial abgestützt ist. Die bekannte Wellenanordnung benötigt demnach vergleichsweise viel Bauraum für die Realisierung der axialen Vorspannung zwischen den beiden Wellen.
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Aus der
DE 11 2015 005 902 T5 ist eine weitere Wellenanordnung mit Steckverzahnung und Federelement bekannt, wobei die konkrete Ausgestaltung und Unterbringung des Federelements bei dieser Wellenanordnung offenbleibt.
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Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für eine Wellenanordnung der vorstehend beschriebenen Art bzw. für ein damit ausgestattetes Kraftfahrzeug eine verbesserte oder zumindest eine andere Ausführungsform aufzuzeigen, die sich insbesondere durch eine kompakte Bauform auszeichnet.
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Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, das Federelement, das zur Erzeugung der axialen Vorspannung zwischen den beiden Wellen dient, im Inneren der zweiten Welle anzuordnen, derart, dass sich das Federelement innerhalb der zweiten Welle axial an der zweiten Welle und an einer axialen Stirnseite der ersten Welle direkt oder indirekt abstützt. Hierdurch wird eine radial kompakte Bauform realisiert. Außerdem ist das Federelement im Inneren der zweiten Welle geschützt untergebracht.
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Im Einzelnen schlägt die Erfindung vor, das Federelement einerseits an einer axialen Stirnseite der ersten Welle direkt oder indirekt axial abzustützen und andererseits in einem Hohlraum der zweiten Welle anzuordnen und an der zweiten Welle direkt oder indirekt axial abzustützen. Hierbei wird der Umstand genutzt, dass die zweite Welle im Bereich der Steckverzahnung ohnehin hohl ausgestaltet ist, sodass ein an die Steckverzahnung anschließender Hohlraum der zweiten Welle zur Unterbringung des Federelements genutzt werden kann.
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Bei einer vorteilhaften Ausführungsform kann die erste Welle im Bereich der Steckverzahnung eine Außenverzahnung aufweisen, während die zweite Welle im Bereich der Steckverzahnung eine zur Außenverzahnung komplementäre Innenverzahnung aufweist. Die axiale Stirnseite der ersten Welle befindet sich dann im Bereich der Steckverzahnung, wobei der Hohlraum der zweiten Welle offen in den Bereich der Innenverzahnung übergeht. Mit anderen Worten, die erste Welle endet im Bereich der Steckverzahnung quasi am Übergang zum Hohlraum der zweiten Welle. Diese Konfiguration unterstützt einen axial kompakten Aufbau zur Unterbringung des Federelements.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung kann die Innenverzahnung axial in Richtung zum Hohlraum über die Stirnseite der ersten Welle vorstehen. Des Weiteren kann das Federelement zur axialen Abstützung an der Stirnseite der ersten Welle axial bis in den Bereich der Innenverzahnung vorstehen. Auch diese Maßnahme unterstützt eine kompakte Bauform.
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Das Federelement kann als Schraubenfeder ausgestaltet sein und einen kreisförmigen Außenquerschnitt aufweisen, dessen Durchmesser kleiner ist als der Durchmesser eines Außenquerschnitts der Außenverzahnung der ersten Welle. Hierdurch wird der kompakte Aufbau zusätzlich unterstützt.
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Bei einer anderen Ausführungsform kann das Federelement als Schraubendruckfeder ausgestaltet sein, wobei im Hohlraum eine axial und konzentrisch zum Federelement orientierte Hülse ausgebildet ist, die sich axial in das Federelement hinein erstreckt. Die Hülse kann zweckmäßig zylindrisch sein und einen kreisförmigen Außenquerschnitt aufweisen. Die Schraubendruckfeder weist zweckmäßig einen kreisringförmigen Querschnitt auf, der einen Innendurchmesser und einen Außendurchmesser besitzt. Der Innendurchmesser der Schraubendruckfeder ist etwas größer gewählt als der Außendurchmesser der Hülse, sodass die Schraubendruckfeder bezüglich der Hülse grundsätzlich axial beweglich ist. Die Hülse dient zur radialen Positionierung des Federelements, was die Funktionssicherheit unterstützt. Die Hülse kann insbesondere hohlzylindrisch ausgestaltet sein.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform kann die Hülse an einem bezüglich der zweiten Welle separaten Einsatzteil ausgebildet sein, das in den Hohlraum eingesetzt ist. Dies vereinfacht die Realisierung der Hülse im Hohlraum der zweiten Welle. Grundsätzlich ist jedoch auch eine Ausführungsform denkbar, bei welcher die Hülse integral an der zweiten Welle ausgeformt ist.
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Eine andere vorteilhafte Ausführungsform schlägt vor, dass im Hohlraum an einem von der ersten Welle abgewandten Ende der Hülse eine Ringstufe ausgebildet ist, an der sich das Federelement axial abstützt. Somit erfolgt die axiale Abstützung des Federelements an der ersten Welle im Bereich der Hülse. Auch diese Maßnahme unterstützt eine kompakte Bauform.
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Vorteilhaft kann die Ringstufe an dem Einsatzteil ausgebildet sein, das auch die Hülse aufweist. Alternativ kann die Ringstufe auch unmittelbar an der ersten Welle ausgeformt sein und dort in den Hohlraum radial vorstehen und/oder den Hohlraum axial begrenzen.
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Eine andere Ausführungsform schlägt vor, dass die axiale Stirnseite der ersten Welle eine axiale Vertiefung aufweist, die von einem axial abstehenden, umlaufenden Kragen eingefasst ist. Das Federelement kann sich nun radial innerhalb des Kragens in der Vertiefung axial an der Stirnseite der ersten Welle abstützen. Der Kragen bewirkt dabei eine radiale Positionierung des Federelements, was die Funktionssicherheit unterstützt.
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Bei einer anderen vorteilhaften Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die erste Welle eine Rotorwelle einer elektrischen Maschine ist. Die elektrische Maschine kann insbesondere ein Elektromotor und/oder ein Generator sein. Bevorzugt handelt es sich bei der elektrischen Maschine um einen Traktionsmotor. Zusätzlich oder alternativ kann vorgesehen sein, dass die zweite Welle eine Antriebswelle ist, die innerhalb des Antriebsstrangs zur Drehmomentübertragung dient. Insbesondere kann die Antriebswelle dabei direkt oder indirekt mit wenigstens einem Rad des Fahrzeugs antriebsverbunden sein.
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Ein erfindungsgemäßes Fahrzeug weist einen Antriebsstrang auf, der einen Motor des Fahrzeugs mit wenigstens einem Rad des Fahrzeugs antriebsmäßig verbindet. Der Antriebsstrang weist wenigstens eine Wellenanordnung der vorstehend beschriebenen Art auf. Der Motor des Fahrzeugs kann eine Brennkraftmaschine oder ein Elektromotor sein. Das Fahrzeug ist vorzugsweise ein Fahrzeug mit elektrischem Antrieb, wobei das Fahrzeug als Elektrofahrzeug oder als Hybridfahrzeug konfiguriert sein kann.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus der Zeichnung und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnung.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Vorstehend genannte und nachfolgend noch zu nennende Bestandteile einer übergeordneten Einheit, wie z.B. einer Einrichtung, einer Vorrichtung oder einer Anordnung, die separat bezeichnet sind, können separate Bauteile bzw. Komponenten dieser Einheit bilden oder integrale Bereiche bzw. Abschnitte dieser Einheit sein, auch wenn dies in der Zeichnung anders dargestellt ist.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.
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Die einzige 1 zeigt einen stark vereinfachten Längsschnitt einer Wellenanordnung.
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Entsprechend 1 umfasst eine Wellenanordnung 1 eines nur rudimentär dargestellten Antriebsstrangs 2 eines im Übrigen nicht dargestellten Kraftfahrzeugs 3, eine erste Welle 4 sowie eine zweite Welle 5. Der Antriebsstrang 2 schafft eine antriebsmäßige Verbindung zwischen einem hier nicht dargestellten Motor des Fahrzeugs 3 und wenigstens einem hier nicht dargestellten Rad des Fahrzeugs 3.
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Die erste Welle 4 ist mittels eines ersten Festlagers 6, das hier nur symbolisch dargestellt ist und mittels eines ersten Loslagers 7, das hier ebenfalls nur symbolisch dargestellt ist, um eine Drehachse 8 drehbar gelagert. Die zweite Welle 5 ist mittels eines zweiten Festlagers 9, das in 1 als Wälzlager, insbesondere als Kugellager, ausgestaltet ist, und mittels eines zweiten Loslagers 10, das hier nur symbolisch dargestellt ist, ebenfalls um die Drehachse 8 drehbar gelagert. Es ist klar, dass die Lagerung der ersten Welle 4 und die Lagerung der zweiten Welle 5 grundsätzlich separate Drehachsen für die erste Welle 4 und die zweite Welle 5 definieren, nur im Idealfall zusammenfallen und eine gemeinsame Drehachse 8 bilden. In der Regel weichen die beiden Drehachsen aufgrund von Toleranzen und Spiel geringfügig voneinander ab. Im vorliegenden Zusammenhang wird jedoch davon ausgegangen, dass die beiden Wellen 4, 5 um eine im Rahmen der Toleranzen gemeinsame Drehachse 8 drehbar gelagert sind. Die Lagerung der beiden Wellen 4, 5 erfolgt dabei an einer Peripherie 27, die hier nur exemplarisch für das zweite Festlager 9 dargestellt ist. Die Peripherie 27 kann dabei zum Antriebsstrang 2 bzw. zum Kraftfahrzeug 3 gehören. Die Lagerung der beiden Wellen 4, 5 ergibt sich im Einbauzustand der Wellen 4, 5 bzw. der Wellenanordnung 1 im Antriebsstrang 2 bzw. im Kraftfahrzeug 3.
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Die Wellenanordnung 1 ist außerdem mit einer Steckverzahnung 11 ausgestattet, die eine drehmomentübertragende Verbindung zwischen der ersten Welle 4 und der zweiten Welle 5 erzeugt. Außerdem ist die Wellenanordnung 1 mit einem Federelement 12 ausgestattet, das zwischen der ersten Welle 4 und der zweiten Welle 5 eine axiale Vorspannung erzeugt. Die Axialrichtung ist im vorliegenden Zusammenhang durch die Drehachse 8 der beiden Wellen 4, 5 definiert und erstreckt sich parallel zur Drehachse 8. Die Radialrichtung verläuft senkrecht zur Axialrichtung.
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Das Federelement 12 ist axial einerseits an einer axialen Stirnseite 13 der ersten Welle 4 direkt axial abgestützt. Das Federelement 12 ist axial andererseits in einem Hohlraum 14 der zweiten Welle 5 axial an der zweiten Welle 5 abgestützt.
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Zweckmäßig weist die erste Welle 4 im Bereich der Steckverzahnung 11 eine Außenverzahnung 15 auf. Passend dazu weist die zweite Welle 5 im Bereich der Steckverzahnung 11 eine Innenverzahnung 16 auf. Die Außenverzahnung 15 endet an der Stirnseite 13, sodass sich die Stirnseite 13 im Bereich der Steckverzahnung 11 befindet. Der zuvor genannte Hohlraum 14 geht offen in die Innenverzahnung 16 über. Gemäß 1 kann sich dabei der Innenquerschnitt der in diesem Bereich hohl ausgeführten zweiten Welle 5 von der Innenverzahnung 16 zum Hohlraum 14 hin aufweiten. Die Innenverzahnung 16 kann zweckmäßig axial in Richtung zum Hohlraum 14 über die Stirnseite 13 der ersten Welle 4 vorstehen. In der Folge kann nun das Federelement 12 bis in den Bereich der Innenverzahnung 16 axial vorstehen, um sich an der Stirnseite 13 axial abzustützen.
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Beim hier gezeigten Beispiel ist das Federelement 12 als Schraubenfeder, vorzugsweise als Schraubendruckfeder 17, konzipiert, die quer zur Drehachse 8 einen Außendurchmesser 18 besitzt. Die erste Welle 4 besitzt im Bereich der Außenverzahnung 15 quer zur Drehachse 18 einen Außenquerschnitt 19, der größer ist als der Außenquerschnitt 18 des Federelements 12.
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Im Hohlraum 14 ist eine Hülse 20 ausgebildet, die axial orientiert ist, konzentrisch zum Federelement 12 angeordnet ist und sich axial in das Federelement 12 hinein erstreckt. Hierdurch wird eine radiale Positionierung des Federelements 12 bezüglich der Hülse 20 und somit bezüglich der zweiten Welle 5 realisiert. Hierzu besitzt die Hülse 20 quer zur Drehachse 8 einen Außendurchmesser 21, der kleiner ist als ein Innendurchmesser 22, den das als Schraubendruckfeder 17 ausgestaltete Federelement 12 quer zur Drehachse 8 aufweist.
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Die Hülse 17 ist beim hier gezeigten, bevorzugten Ausführungsbeispiel an einem Einsatzteil 23 ausgebildet, das bezüglich der zweiten Welle 5 ein separates Bauteil repräsentiert. Dieses Einsatzteil 23 ist in den Hohlraum 14 eingesetzt. Es kann auf geeignete Weise an der zweiten Welle 5 axial abgestützt sein und insbesondere drehfest angeordnet sein. Des Weiteren kann im Hohlraum 14 an einem von der ersten Welle 4 abgewandten Ende der Hülse 17 eine Ringstufe 24 ausgebildet sein. Das Federelement 12 stützt sich direkt an dieser Ringstufe 24 axial ab. Zweckmäßig kann nun auch diese Ringstufe 24 an dem Einsatzteil 23 ausgebildet sein. Somit weist das Einsatzteil 23 hier integral die Hülse 17 und die Ringstufe 24 auf.
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Die erste Welle 4 kann an ihrer Stirnseite 13 eine axiale Vertiefung 25 aufweisen, die eine Abstützfläche für das Federelement 12 definiert. Im Beispiel der 1 ist die erste Welle 4 zumindest im Bereich der Steckverzahnung 11 hohl ausgestaltet, sodass die Abstützfläche der Vertiefung 25 ringförmig ausgestaltet ist. An der Stirnseite 13 ist außerdem ein axial abstehender Kragen 26 ausgebildet, der um die Vertiefung 25 umläuft und diese einfasst. Der Kragen 26 bewirkt eine radiale Positionierung des Federelements 12 bezüglich der ersten Welle 4.
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Zweckmäßig handelt es sich bei der ersten Welle 4 um eine Rotorwelle einer elektrischen Maschine, bei der es sich beispielsweise um einen Elektromotor handeln kann. Die zweite Welle 5 ist dagegen vorzugsweise eine Antriebswelle, die insbesondere direkt oder indirekt mit wenigstens einem Rad des Fahrzeugs antriebsverbunden sein kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011010204 A1 [0002]
- DE 112015005902 T5 [0003]
- DE 102019127242 A1 [0004]
- US 2015/0082929 A1 [0005]
- DE 102019132590 A1 [0005]
- DE 102019205567 A1 [0005]
