WO2018108203A1 - Shaft-hub connection having a centring region and (p2-)hybrid vehicle drive train - Google Patents

Shaft-hub connection having a centring region and (p2-)hybrid vehicle drive train Download PDF

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WO2018108203A1
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WO
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shaft
hub
toothing
hub connection
drive train
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PCT/DE2017/100971
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Inventor
Marcus Hoppe
Torsten PIEPER
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Schaeffler Technologies AG & Co. KG
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    • F16D1/00—Couplings for rigidly connecting two coaxial shafts or other movable machine elements
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    • F16D1/10—Quick-acting couplings in which the parts are connected by simply bringing them together axially
    • F16D1/101—Quick-acting couplings in which the parts are connected by simply bringing them together axially without axial retaining means rotating with the coupling
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D1/00—Couplings for rigidly connecting two coaxial shafts or other movable machine elements
    • F16D1/10—Quick-acting couplings in which the parts are connected by simply bringing them together axially
    • F16D2001/103—Quick-acting couplings in which the parts are connected by simply bringing them together axially the torque is transmitted via splined connections

Definitions

  • the invention relates to a shaft-hub connection for an interface between a separating clutch and a drive train, in particular for connecting an electric motor, with a shaft / intermediate shaft and a hub axially slidable on the shaft, wherein the shaft and the hub form fit over a Gearing rotatably connected to each other. Furthermore, the invention relates to a hybrid vehicle powertrain with that shaft-hub connection. Furthermore, the invention relates to a P2 hybrid vehicle drive train with that shaft-hub connection.
  • DE 10 2015 219251 A1 discloses a hub for a shaft-hub connection, in particular for a drive train of a motor vehicle, with an inner profile, in particular an inner toothing, for interlocking cooperation with an outer profile, in particular an external toothing, one rotatable about a rotation axis Shaft, and a receiving space for receiving a clamping means for reducing play between the inner profile and the outer profile, wherein the inner profile is partially broken from the receiving space, wherein the receiving space at least one point radially inner hub inside arranged with a radially outer hub outside connects by means of at least one arranged in the axial direction between a first hub end and a second hub end opening continuously.
  • a first centering region is present at a proximal, axial end of the toothing. Since when pushing the hub of this first centering area receives the hub, it is avoided that the hub is eccentrically pressed onto the shaft. In an eccentric connection between the shaft and the hub damage to the teeth can be caused both during pressing and during operation by a flexing movement of the shaft. Therefore, it is advantageous to ensure centering of the shaft-hub connection.
  • a second centering region is present at a distal, axial end of the toothing.
  • the hub is arranged centered at the two axial ends of the toothing, so that an axial offset in the teeth is safely excluded. Precisely because of a wear stress of the teeth can be prevented.
  • a shaft-side toothing part and / or a hub-side toothing part of the toothing can / have a toothed bevel. It is thereby achieved that the shaft-side toothing part is braced with the hub-side toothing part when pushing and thus creates a particularly backlash-free shaft-hub connection.
  • a male part of the toothing ie the shaft-side toothing part
  • a toothed bevel is accurately manufactured.
  • the female part of the toothing, so the hub-side toothing part is preferably formed with a straight toothing, since it is often made by broaching and a straight toothing is cheaper to manufacture.
  • the toothing can also be designed such that a toothed bevel is present both on the shaft-side toothing part and on the hub-side toothing part.
  • the helix angles are preferably formed in opposite directions, so that a tensioning of the shaft with the hub is made possible.
  • the two helix angles are selected so that the sum of the amounts of helix angle is sufficiently large to create a strain, but only so large that the hub can be pushed / pressed onto the shaft.
  • the helix angles can also be carried out in the same direction if the difference between the two helix angles, that is to say the angle determining the bracing, is chosen such that the hub can be arranged on the shaft in a particularly clearance-free / braced manner.
  • the helix angle of the toothed bevel is formed only so large that the hub pushed onto the shaft / pressed and clamped with her / can be clamped without the material of the shaft and the Hub is loaded beyond the elastic range, so that damage to the teeth can be avoided.
  • the helix angle is in the range between 10 and 30 minutes of arc, ie between one-twelfth and one-half degrees. More preferably, the helix angle is 15 to 25 minutes of arc. Very preferably, the helix angle is 17 to 18 minutes of arc.
  • a preferred embodiment is characterized in that the shaft and the hub are releasably connected to each other.
  • the shaft-hub connection can advantageously be easily assembled and / or disassembled.
  • the helix angle must not be too large, because otherwise the components could no longer be separated from each other without destroying each other.
  • the shaft-hub connection is designed without play.
  • a particularly smooth running of the hub and the shaft can be ensured because the hub and the shaft can not move relative to each other.
  • a helix angle of the toothed bevel is configured as a function of the length of the toothing and of a toothing clearance and / or a tooth pitch.
  • the toothed bevel may only have a very small helix angle.
  • the helix angle of the toothing part with the toothing slope should correspond approximately to the Arkustanges the difference between the tooth clearance and the length of the toothing.
  • a slightly overlying angle can be selected.
  • the first centering region connects axially to a bearing point for the rotatable attachment of the shaft to a housing-fixed component.
  • the bearing / roller bearing provides a stop for limiting the axial displacement, so that the toothing is less heavily loaded when pressing on / pushing the hub.
  • the object is achieved in that a hybrid vehicle drive train of a motor vehicle with a shaft-hub connection according to the invention is used.
  • a P2 hybrid vehicle drive train of a motor vehicle with a shaft-hub connection according to the invention is installed.
  • a hybrid module is placed between the engine and the transmission.
  • a P2 arrangement is one of the most common arrangements for a hybrid module.
  • the invention relates to a backlash-free shaft-hub connection for a P2 hybrid vehicle powertrain / P2 hybrid for the connection of an electric motor via a clutch KO.
  • the shaft-hub connection is suitable for coaxial P2 hybrids as well as for axis-parallel P2 hybrids.
  • the clutch also serves to accommodate a rotor of the electric motor.
  • the clutch also serves as a carrier for the belt pulley.
  • 1 is a perspective view of a shaft-hub connection according to the invention with a hub shown cut
  • 2 is a side view of a shaft and the cut hub of the shaft-hub connection in a non-assembled state
  • FIG. 3 is a view comparable to FIG. 2 of the shaft-hub connection with the shaft and with a hub partially pushed onto the shaft, FIG.
  • Fig. 4 is a comparable to Fig. 3 representation of the shaft-hub connection with the almost completely pushed onto the shaft hub
  • Fig. 5 is a comparable to FIG. 4 representation of the fully assembled shaft-hub connection.
  • a shaft-hub connection 1 which serves as an interface between a separating clutch and a drive train.
  • the shaft-hub connection 1 has a shaft 2 and an axially slidable on the shaft 2 hub 3.
  • the shaft 2 and the hub 3 are positively connected via a toothing 4 rotatably connected to each other.
  • the shaft-hub connection 1 has at least one centering region 5, which connects axially to the toothing 4, the shaft 2 and the hub 3 being aligned coaxially with one another by the centering region 5.
  • the shaft 2 is rotatably connected to the drive train, not shown.
  • the shaft 2 is formed so as to taper toward its distal end.
  • a first centering region 6 adjoins and at the distal, axial end of the toothing, a second centering region 7 adjoins.
  • the first centering region 6 is arranged on the outer diameter of the shaft 2 has a flat surface.
  • the first centering area 6 on the shaft 2 has a larger outer diameter than the second centering area 7 on the shaft 2.
  • a shaft-side toothing part 8 engages in a hub-side toothing part 9, so that the toothing 4 is formed.
  • the hub 3 is designed so that it can be pushed onto the shaft 2 / pressed. At its end, which comes into contact with the shaft 2 when pushed first, it has an inner diameter which is measured at the outer edge of the teeth, which is matched to the outer diameter of the first centering region 6 on the shaft 2 and approximately corresponds to it , At its other end, it has an inner diameter which is matched to the outer diameter of the second centering region 7 on the shaft 2 and approximately corresponds to it.
  • the toothing 4 is formed as a spline or as involute toothing with a number of teeth between 20 and 35 teeth.
  • the storage area 10 is prepared to receive an inner ring 1 1 of a rolling bearing 12, by means of which the shaft 2 is fastened to a housing (not shown).
  • a hub-facing surface of the rolling bearing 12 serves as a stop surface 13 for the hub 3, which limits the axial displacement of the hub 3.
  • a circumferential groove 14 is introduced between the second centering region 7 and the shaft-side toothing part 8 of the toothing 4, which has approximately the same diameter as the root diameter of the shaft-side toothing part 8.
  • the shaft-hub connection 1 is shown in the unassembled state. It can be clearly seen that the hub 3 is toothed over its entire axial length. About one third of the hub-side toothing 9 has a larger diameter than the other part of the hub 3. This first third is in the mounted state at the first centering region 6 on the shaft 2 and the toothing 15 of the shaft 2. The second third is in the mounted state with the shaft side gear part 8 in engagement. Since the toothing 4 is not formed up to the distal end of the shaft 2 on the shaft 2, a part of the hub-side toothing rests on the groove 14 and on the second centering region 7. By means of the support on the two centering regions 6, 7, it is thus ensured that the hub 3 is arranged concentrically to the shaft 2.
  • the hub 3 shows the partially assembled state of the shaft-hub connection 1.
  • the hub 3 is already pushed onto the shaft 2 with the first third. Since the hub 3 has a larger diameter at the pushed-on portion than at the engaging toothed part 9, the hub 3 is still slightly displaceable radially relative to the shaft 2.
  • the inner diameter of the hub 3 bears against the second centering region 7, and thus the hub 3 is guided during further pushing in such a way that it is centered relative to the shaft 2.
  • the shaft-side and the hub-side toothing part 8, 9 engage with their teeth in the toothing 4 in one another.
  • the shaft-hub connection 1 is shown in a fully assembled state.
  • the hub 3 abuts with its axial end surface, which is first pushed onto the shaft 2, on the stop surface 13 of the rolling bearing 12 at.
  • the toothing 4 of the shaft-hub connection 1 is designed so that the shaft-side or the hub-side toothing part 8, 9 is formed with a toothed bevel.
  • the other of the two gearing parts 8, 9 is straight-toothed educated.
  • the toothed bevel is formed with a very small helix angle, so that the hub 3 is still pushed onto the shaft 2 and is jammed in the assembled state with the shaft 2 against the elasticity of the materials / clamped.
  • the helix angle is less than half a degree and is about 17 arc minutes.
  • the helix angle is to be selected depending on the length of the toothing 4 and the toothing clearance. In order to obtain a backlash-free connection, the helix angle is selected such that it corresponds to the arctangent of the difference between the tooth clearance and the length of the toothing 4. Due to the geometric relationships, the hub 3 is then press-fitted onto the shaft 2. However, the helix angle is only chosen so large that the shaft 2 and the hub 3 are not deformed beyond the elastic range of the materials.

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Abstract

The invention relates to a shaft-hub connection (1) for an interface between a separating clutch and a drive train, comprising a shaft (2) and a hub (3) that can be axially pushed onto the shaft (2), wherein the shaft (2) and the hub (3) are interlockingly rotationally fixed to one another via a toothing (4), wherein at least one centring region (5) connects axially onto the toothing (4), which is designed to coaxially align the shaft (2) and the hub (3) in relation to one another. The invention also relates to a hybrid vehicle drive train of a motor vehicle comprising a shaft-hub connection (1) of this type. The invention further relates to a (P2-)hybrid vehicle drive train of a motor vehicle comprising a shaft-hub connection (1) of this type.

Description

Welle-Nabe-Verbindung mit einem Zentrierbereich und  Shaft-hub connection with a centering area and
(P2-)Hybridfahrzeugantriebsstrang  (P2) A hybrid vehicle powertrain
Die Erfindung betrifft eine Welle-Nabe-Verbindung für eine Schnittstelle zwischen ei- ner Trennkupplung und einem Antriebsstrang, insbesondere zur Anbindung eines Elektromotors, mit einer Welle/Zwischenwelle und einer auf die Welle axial aufschiebbaren Nabe, wobei die Welle und die Nabe formschlüssig über eine Verzahnung drehfest miteinander verbunden sind. Weiterhin betrifft die Erfindung einen Hybridfahr- zeugantriebsstrang mit jener Welle-Nabe-Verbindung. Ferner betrifft die Erfindung ei- nen P2-Hybridfahrzeugantriebsstrang mit jener Welle-Nabe-Verbindung. The invention relates to a shaft-hub connection for an interface between a separating clutch and a drive train, in particular for connecting an electric motor, with a shaft / intermediate shaft and a hub axially slidable on the shaft, wherein the shaft and the hub form fit over a Gearing rotatably connected to each other. Furthermore, the invention relates to a hybrid vehicle powertrain with that shaft-hub connection. Furthermore, the invention relates to a P2 hybrid vehicle drive train with that shaft-hub connection.
Aus dem Stand der Technik sind bereits Welle-Nabe-Verbindungen bekannt. Unter anderem offenbart die DE 10 2015 219251 A1 eine Nabe für eine Welle-Nabe- Verbindung, insbesondere für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, mit einem Innenprofil, insbesondere einer Innenverzahnung, zum formschlüssigen Zusammenwirken mit einem Außenprofil, insbesondere einer Außenverzahnung, einer um eine Drehachse drehbaren Welle, und einem Aufnahmeraum zur Aufnahme eines Spannmittels zur Reduzierung eines Spiels zwischen dem Innenprofil und dem Außenprofil, wobei das Innenprofil abschnittsweise von dem Aufnahmeraum durchbrochen ist, wo- bei der Aufnahmeraum an wenigstens einer Stelle eine radial innen angeordnete Nabeninnenseite mit einer radial außen angeordneten Nabenaußenseite mittels wenigstens einer in axialer Richtung zwischen einem ersten Nabenende und einem zweiten Nabenende angeordneten Öffnung durchgehend verbindet. Shaft-hub connections are already known from the prior art. Among other things, DE 10 2015 219251 A1 discloses a hub for a shaft-hub connection, in particular for a drive train of a motor vehicle, with an inner profile, in particular an inner toothing, for interlocking cooperation with an outer profile, in particular an external toothing, one rotatable about a rotation axis Shaft, and a receiving space for receiving a clamping means for reducing play between the inner profile and the outer profile, wherein the inner profile is partially broken from the receiving space, wherein the receiving space at least one point radially inner hub inside arranged with a radially outer hub outside connects by means of at least one arranged in the axial direction between a first hub end and a second hub end opening continuously.
Der Stand der Technik hat jedoch immer den Nachteil, dass oftmals ein Versatz zwischen der Wellen/Zwischenwelle und der Trennkupplung vorhanden ist, der den Luftspalt zwischen einem Rotor und einem Stator des Elektromotors verändert und dadurch die Leistung des Elektromotors verringert. However, the prior art always has the disadvantage that there is often an offset between the shaft / intermediate shaft and the disconnect clutch, which alters the air gap between a rotor and a stator of the electric motor and thereby reduces the power of the electric motor.
Es ist also die Aufgabe der Erfindung, die Nachteile aus dem Stand der Technik vermeiden oder wenigstens zu mildern. Insbesondere soll eine Welle-Nabe- Verbindung entwickelt werden, die die Kupplung zentriert auf der Welle lagert und insbesondere spielfrei ausgestaltet ist. It is therefore the object of the invention to avoid or at least mitigate the disadvantages of the prior art. In particular, a shaft-hub Connection to be developed, which supports the clutch centered on the shaft and is designed in particular clearance.
Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Vorrichtung erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass zumindest ein Zentrierbereich axial an die Verzahnung anschließt, der ausgelegt ist, um die Welle und die Nabe koaxial zueinander auszurichten. This object is achieved in a generic device according to the invention in that at least one centering axially adjoins the toothing, which is designed to align the shaft and the hub coaxial with each other.
Dies hat den Vorteil, dass der Zentrierbereich die Nabe beim Aufschieben auf die Wel- le zwangsweise so führt, dass die Achsen der Welle und der Nabe auf der gleichen Achse liegen und sich kein Versatz bilden kann. This has the advantage that the centering region forcibly guides the hub when pushed onto the shaft so that the axes of the shaft and the hub lie on the same axis and no offset can form.
Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beansprucht und werden nachfolgend näher erläutert. Advantageous embodiments are claimed in the subclaims and are explained in more detail below.
Zudem ist es zweckmäßig, wenn an einem proximalen, axialen Ende der Verzahnung ein erster Zentrierbereich vorhanden ist. Da beim Aufschieben der Nabe dieser erste Zentrierbereich die Nabe aufnimmt, wird vermieden, dass die Nabe exzentrisch auf die Welle aufgepresst wird. Bei einer exzentrischen Verbindung zwischen der Welle und der Nabe können Schäden an der Verzahnung sowohl beim Aufpressen als auch im Betrieb durch eine Walkbewegung der Welle verursacht werden. Daher ist es vorteilhaft, eine Zentrierung der Welle-Nabe-Verbindung sicherzustellen. In addition, it is expedient if a first centering region is present at a proximal, axial end of the toothing. Since when pushing the hub of this first centering area receives the hub, it is avoided that the hub is eccentrically pressed onto the shaft. In an eccentric connection between the shaft and the hub damage to the teeth can be caused both during pressing and during operation by a flexing movement of the shaft. Therefore, it is advantageous to ensure centering of the shaft-hub connection.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn an einem distalen, axialen Ende der Verzahnung ein zweiter Zentrierbereich vorhanden ist. Durch den zweiten Zentrierbereich wird die Nabe an den beiden axialen Enden der Verzahnung zentriert angeordnet, so dass ein Achsversatz im Bereich der Verzahnung sicher ausgeschlossen wird. Gerade dadurch kann eine verschleißende Belastung der Verzahnung verhindert werden. Vorzugsweise können/kann ein wellenseitiger Verzahnungsteil und/oder ein nabensei- tiger Verzahnungsteil der Verzahnung eine Verzahnungsschräge aufweisen. Dadurch wird erreicht, dass der wellenseitige Verzahnungsteil mit dem nabenseitigen Verzahnungsteil beim Aufschieben verspannt ist und somit eine besonders spielfreie Welle- Nabe-Verbindung entsteht. Furthermore, it is advantageous if a second centering region is present at a distal, axial end of the toothing. By the second centering the hub is arranged centered at the two axial ends of the toothing, so that an axial offset in the teeth is safely excluded. Precisely because of a wear stress of the teeth can be prevented. Preferably, a shaft-side toothing part and / or a hub-side toothing part of the toothing can / have a toothed bevel. It is thereby achieved that the shaft-side toothing part is braced with the hub-side toothing part when pushing and thus creates a particularly backlash-free shaft-hub connection.
Vorzugsweise ist ein männlicher Teil der Verzahnung, also der wellenseitige Verzahnungsteil, mit einer Verzahnungsschräge ausgebildet, da die Verzahnung der Welle durch Schleifen oder Fräsen gefertigt wird und in diesen Fertigungsverfahren eine Verzahnungsschräge genau fertigbar ist. Preferably, a male part of the toothing, ie the shaft-side toothing part, is formed with a toothed bevel, since the toothing of the shaft is produced by grinding or milling and in this manufacturing process, a toothed bevel is accurately manufactured.
Der weibliche Teil der Verzahnung, also der nabenseitige Verzahnungsteil, ist bevorzugt mit einer Geradverzahnung ausgebildet, da er oftmals durch Räumen gefertigt wird und eine Geradeverzahnung kostengünstiger in der Herstellung ist. The female part of the toothing, so the hub-side toothing part is preferably formed with a straight toothing, since it is often made by broaching and a straight toothing is cheaper to manufacture.
Zudem kann die Verzahnung auch so ausgebildet sein, dass sowohl an dem wellen- seitigen Verzahnungsteil als auch dem nabenseitigen Verzahnungsteil eine Verzahnungsschräge vorhanden ist. Dabei sind die Schrägungswinkel bevorzugt gegensinnig ausgebildet, so dass eine Verspannung der Welle mit der Nabe ermöglicht wird. Vor- zugsweise sind bei einer beidseitigen Verzahnungsschräge die beiden Schrägungswinkel so gewählt, dass die Summe der Beträge der Schrägungswinkel ausreichend groß ist, um eine Verspannung zu erzeugen, aber nur so groß ist, dass die Nabe auf die Welle aufgeschoben/aufgepresst werden kann. Die Schrägungswinkel können auch gleichsinnig ausgeführt werden, wenn die Differenz der beiden Schrägungswin- kel, also der die Verspannung bestimmende Winkel so gewählt ist, dass die Nabe besonders spielfrei/verspannt auf der Welle angeordnet werden kann. In addition, the toothing can also be designed such that a toothed bevel is present both on the shaft-side toothing part and on the hub-side toothing part. In this case, the helix angles are preferably formed in opposite directions, so that a tensioning of the shaft with the hub is made possible. Preferably, in a two-sided bevel slope, the two helix angles are selected so that the sum of the amounts of helix angle is sufficiently large to create a strain, but only so large that the hub can be pushed / pressed onto the shaft. The helix angles can also be carried out in the same direction if the difference between the two helix angles, that is to say the angle determining the bracing, is chosen such that the hub can be arranged on the shaft in a particularly clearance-free / braced manner.
Zudem ist es zweckmäßig, wenn der Schrägungswinkel der Verzahnungsschräge nur so groß ausgebildet ist, dass die Nabe auf die Welle aufgeschoben/aufgepresst und mit ihr verklemmt/verspannt werden kann, ohne dass der Werkstoff der Welle und der Nabe über den elastischen Bereich hinaus belastet wird, damit Schäden an der Verzahnung vermieden werden. In addition, it is expedient if the helix angle of the toothed bevel is formed only so large that the hub pushed onto the shaft / pressed and clamped with her / can be clamped without the material of the shaft and the Hub is loaded beyond the elastic range, so that damage to the teeth can be avoided.
Bevorzugt ist der Schrägungswinkel im Bereich zwischen 10 und 30 Bogenminuten, also zwischen einem Zwölftel Grad und einem halben Grad, ausgebildet. Weiter bevorzugt liegt der Schrägungswinkel bei 15 bis 25 Bogenminuten. Sehr bevorzugt liegt der Schrägungswinkel bei 17 bis 18 Bogenminuten. Preferably, the helix angle is in the range between 10 and 30 minutes of arc, ie between one-twelfth and one-half degrees. More preferably, the helix angle is 15 to 25 minutes of arc. Very preferably, the helix angle is 17 to 18 minutes of arc.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel ist dadurch gekennzeichnet, dass die Welle und die Nabe lösbar miteinander verbunden sind. So kann die Welle-Nabe-Verbindung vorteilhafterweise einfach montiert und/oder demontiert werden. Auch darf der Schrägungswinkel nicht zu groß gewählt werden, weil die Bauteile sonst nicht mehr zerstörungsfrei voneinander getrennt werden könnten. A preferred embodiment is characterized in that the shaft and the hub are releasably connected to each other. Thus, the shaft-hub connection can advantageously be easily assembled and / or disassembled. Also, the helix angle must not be too large, because otherwise the components could no longer be separated from each other without destroying each other.
Auch ist es von Vorteil, wenn die Welle-Nabe-Verbindung spielfrei ausgestaltet ist. So kann ein besonders ruhiger Lauf der Nabe und der Welle sichergestellt werden, da die Nabe und die Welle sich nicht relativ zueinander verschieben können. It is also advantageous if the shaft-hub connection is designed without play. Thus, a particularly smooth running of the hub and the shaft can be ensured because the hub and the shaft can not move relative to each other.
Ferner ist es zweckmäßig, wenn ein Schrägungswinkel der Verzahnungsschräge in Abhängigkeit der Länge der Verzahnung und eines Verzahnungsspiels und/oder einer Zahnteilung ausgestaltet ist. Um ein Aufschieben des gerade-verzahnten Bauteils auf die Verzahnungsschräge zu ermöglichen, darf die Verzahnungsschräge nur einen sehr geringen Schrägungswinkel aufweisen. Dabei sollte der Schrägungswinkel des Verzahnungsteils mit der Verzahnungsschräge etwa dem Arkustanges der Differenz zwischen dem Verzahnungsspiel und der Länge der Verzahnung entsprechen. Je nach Elastizität des Werkstoffs kann ein geringfügig darüber liegender Winkel gewählt werden. Furthermore, it is expedient if a helix angle of the toothed bevel is configured as a function of the length of the toothing and of a toothing clearance and / or a tooth pitch. In order to enable a sliding of the straight-toothed component on the toothed slope, the toothed bevel may only have a very small helix angle. In this case, the helix angle of the toothing part with the toothing slope should correspond approximately to the Arkustanges the difference between the tooth clearance and the length of the toothing. Depending on the elasticity of the material, a slightly overlying angle can be selected.
Zusätzlich ist es vorteilhaft, wenn der erste Zentrierbereich axial an eine Lagerstelle zur drehbaren Befestigung der Welle an einem gehäusefesten Bauteil anschließt. Gerade dadurch kann die axiale Verlängerung des Zentrierbereichs als Radiallager für ein Wälzlager, das die Welle an dem Gehäuse befestigt, dienen. Gleichzeitig bietet das Lager/Wälzlager einen Anschlag für das Begrenzen der axialen Verschiebung, so dass die Verzahnung beim Aufpressen/Aufschieben der Nabe weniger stark belastet wird. In addition, it is advantageous if the first centering region connects axially to a bearing point for the rotatable attachment of the shaft to a housing-fixed component. Precisely because of the axial extension of the centering as a radial bearing for a rolling bearing which fixes the shaft to the housing serve. At the same time, the bearing / roller bearing provides a stop for limiting the axial displacement, so that the toothing is less heavily loaded when pressing on / pushing the hub.
Weiterhin wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass ein Hybridfahrzeugantriebsstrang eines Kraftfahrzeugs mit einer erfindungsgemäßen Welle-Nabe-Verbindung eingesetzt wird. Furthermore, the object is achieved in that a hybrid vehicle drive train of a motor vehicle with a shaft-hub connection according to the invention is used.
Außerdem wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass ein P2-Hybridfahrzeug- antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs mit einer erfindungsgemäßen Welle-Nabe- Verbindung verbaut wird. Bei einem P2-Hybridfahrzeugstrang wird ein Hybrid-Modul zwischen dem Verbrennungsmotor und dem Getriebe angeordnet. Eine P2- Anordnung ist einer der üblichsten Anordnungen für ein Hybridmodul. In addition, the object is achieved in that a P2 hybrid vehicle drive train of a motor vehicle with a shaft-hub connection according to the invention is installed. In a P2 hybrid vehicle train, a hybrid module is placed between the engine and the transmission. A P2 arrangement is one of the most common arrangements for a hybrid module.
Mit anderen Worten betrifft die Erfindung eine spielfreie Welle-Nabe-Verbindung für einen P2-Hybridfahrzeugantriebsstrang/P2-Hybride für die Anbindung einer E- Maschine über eine Kupplung KO. Die Welle-Nabe-Verbindung ist sowohl für koaxiale P2-Hybride als auch für achsparallele P2-Hybride geeignet. Bei den koaxialen P2- Hybriden dient die Kupplung auch dazu, einen Rotor der E-Maschine aufzunehmen. Bei achsparallelen P2-Hybriden, bei denen die E-Maschine beispielsweise über einen Riemen an die Kupplung angebunden ist, dient die Kupplung auch als Träger für die Riemenscheibe. In other words, the invention relates to a backlash-free shaft-hub connection for a P2 hybrid vehicle powertrain / P2 hybrid for the connection of an electric motor via a clutch KO. The shaft-hub connection is suitable for coaxial P2 hybrids as well as for axis-parallel P2 hybrids. In the coaxial P2 hybrids, the clutch also serves to accommodate a rotor of the electric motor. In the case of paraxial P2 hybrids, where the electric motor is connected to the clutch via a belt, for example, the clutch also serves as a carrier for the belt pulley.
Die Erfindung wird nachfolgend mit Hilfe einer Zeichnung erläutert. Es zeigen: The invention will be explained below with the aid of a drawing. Show it:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Welle-Nabe- Verbindung mit einer geschnitten dargestellten Nabe, Fig. 2 eine Seitenansicht einer Welle und der geschnittenen Nabe der Welle- Nabe-Verbindung in einem nicht-montierten Zustand, 1 is a perspective view of a shaft-hub connection according to the invention with a hub shown cut, 2 is a side view of a shaft and the cut hub of the shaft-hub connection in a non-assembled state,
Fig. 3 eine zur Fig. 2 vergleichbare Darstellung der Welle-Nabe-Verbindung mit der Welle und mit einer teilweise auf die Welle aufgeschobenen Nabe, 3 is a view comparable to FIG. 2 of the shaft-hub connection with the shaft and with a hub partially pushed onto the shaft, FIG.
Fig. 4 eine zur Fig. 3 vergleichbare Darstellung der Welle-Nabe-Verbindung mit der fast vollständig auf die Welle aufgeschobenen Nabe, und Fig. 4 is a comparable to Fig. 3 representation of the shaft-hub connection with the almost completely pushed onto the shaft hub, and
Fig. 5 eine zur Fig. 4 vergleichbare Darstellung der vollständig montierten Welle- Nabe-Verbindung. Fig. 5 is a comparable to FIG. 4 representation of the fully assembled shaft-hub connection.
Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen ausschließlich dem Verständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen. The figures are merely schematic in nature and are for the sole purpose of understanding the invention. The same elements are provided with the same reference numerals.
In Fig. 1 ist eine Welle-Nabe-Verbindung 1 dargestellt, die als eine Schnittstelle zwischen einer Trennkupplung und einem Antriebsstrang dient. Die Welle-Nabe- Verbindung 1 besitzt eine Welle 2 und eine auf die Welle 2 axial aufschiebbare Nabe 3. Dabei sind die Welle 2 und die Nabe 3 formschlüssig über eine Verzahnung 4 drehfest miteinander verbunden. Die Welle-Nabe-Verbindung 1 weist zumindest einen Zentrierbereich 5 auf, der axial an die Verzahnung 4 anschließt, wobei die Welle 2 und die Nabe 3 durch den Zentrierbereich 5 koaxial zueinander ausgerichtet werden. In Fig. 1, a shaft-hub connection 1 is shown, which serves as an interface between a separating clutch and a drive train. The shaft-hub connection 1 has a shaft 2 and an axially slidable on the shaft 2 hub 3. In this case, the shaft 2 and the hub 3 are positively connected via a toothing 4 rotatably connected to each other. The shaft-hub connection 1 has at least one centering region 5, which connects axially to the toothing 4, the shaft 2 and the hub 3 being aligned coaxially with one another by the centering region 5.
Die Welle 2 ist mit dem nicht gezeigten Antriebsstrang drehfest verbunden. Die Welle 2 ist so ausgebildet, dass sie sich zu ihrem distalen Ende hin verjüngt. An dem proximalen, axialen Ende der Verzahnung schließt sich ein erster Zentrierbereich 6 an und an dem distalen, axialen Ende der Verzahnung schließt sich ein zweiter Zentrierbereich 7 an. Der erste Zentrierbereich 6 ist auf dem Außendurchmesser der Welle 2 angeordnet weist eine plane Oberfläche auf. Der erste Zentrierbereich 6 auf der Welle 2 weist einen größeren Außendurchmesser auf als der zweite Zentrierbereich 7 auf der Welle 2. The shaft 2 is rotatably connected to the drive train, not shown. The shaft 2 is formed so as to taper toward its distal end. At the proximal, axial end of the toothing, a first centering region 6 adjoins and at the distal, axial end of the toothing, a second centering region 7 adjoins. The first centering region 6 is arranged on the outer diameter of the shaft 2 has a flat surface. The first centering area 6 on the shaft 2 has a larger outer diameter than the second centering area 7 on the shaft 2.
Beim Aufschieben der Nabe 3 auf die Welle 2 greift ein wellenseitiger Verzahnungsteil 8 in einen nabenseitigen Verzahnungsteil 9 ein, so dass die Verzahnung 4 ausgebildet wird. When pushing the hub 3 onto the shaft 2, a shaft-side toothing part 8 engages in a hub-side toothing part 9, so that the toothing 4 is formed.
Die Nabe 3 ist so ausgebildet, dass sie auf die Welle 2 aufgeschoben/aufgepresst werden kann. An ihrem Ende, das beim Aufschieben zuerst mit der Welle 2 in Kontakt kommt, weist sie einen Innendurchmesser, der an der Außenkante der Zähne gemessen wird, auf, der auf den Außendurchmesser des ersten Zentrierbereichs 6 auf der Welle 2 abgestimmt ist und ihm etwa entspricht. An ihrem anderen Ende weist sie einen Innendurchmesser auf, der auf den Außendurchmesser des zweiten Zentrierbereichs 7 auf der Welle 2 abgestimmt ist und ihm etwa entspricht. The hub 3 is designed so that it can be pushed onto the shaft 2 / pressed. At its end, which comes into contact with the shaft 2 when pushed first, it has an inner diameter which is measured at the outer edge of the teeth, which is matched to the outer diameter of the first centering region 6 on the shaft 2 and approximately corresponds to it , At its other end, it has an inner diameter which is matched to the outer diameter of the second centering region 7 on the shaft 2 and approximately corresponds to it.
Die Verzahnung 4 ist als Keilverzahnung oder als Evolventenverzahnung mit einer Zähnezahl zwischen 20 und 35 Zähnen ausgebildet. An den ersten Zentrierbereich 6 schließt axial ein Lagerungsbereich 10 an, der auf einer Fläche mit demselben Außendurchmesser wie der erste Zentrierbereich 6 ausgebildet ist. Der Lagerungsbe- reich 10 ist vorbereitet um einen Innenring 1 1 eines Wälzlagers 12, durch das die Welle 2 an einem nicht dargestellten Gehäuse befestigt wird, aufzunehmen. Gleichzeitig dient eine nabenzugewandte Fläche des Wälzlagers 12 als eine Anschlagsfläche 13 für die Nabe 3, die die axiale Verschiebung der Nabe 3 begrenzt. The toothing 4 is formed as a spline or as involute toothing with a number of teeth between 20 and 35 teeth. A bearing region 10, which is formed on a surface with the same outer diameter as the first centering region 6, adjoins the first centering region 6 axially. The storage area 10 is prepared to receive an inner ring 1 1 of a rolling bearing 12, by means of which the shaft 2 is fastened to a housing (not shown). At the same time a hub-facing surface of the rolling bearing 12 serves as a stop surface 13 for the hub 3, which limits the axial displacement of the hub 3.
An der Welle 2 ist zwischen dem zweiten Zentrierbereich 7 und dem wellenseitigen Verzahnungsteil 8 der Verzahnung 4 eine umlaufende Nut 14 eingebracht, die etwa den gleichen Durchmesser wie der Fußkreisdurchmesser des wellenseitigen Verzahnungsteils 8 aufweist. On the shaft 2, a circumferential groove 14 is introduced between the second centering region 7 and the shaft-side toothing part 8 of the toothing 4, which has approximately the same diameter as the root diameter of the shaft-side toothing part 8.
In Fig. 2 ist die Welle-Nabe-Verbindung 1 im nicht-montierten Zustand dargestellt. Dabei ist gut zu erkennen, dass die Nabe 3 über ihre gesamte axiale Länge verzahnt ist. Etwa ein Drittel der nabenseitigen Verzahnung 9 weist einen größeren Durchmesser als der andere Teil der Nabe 3 auf. Dieses erste Drittel liegt im montierten Zustand an dem ersten Zentrierbereich 6 an der Welle 2 und dem Verzahnungsansatz 15 der Welle 2 an. Das zweite Drittel steht im montierten Zustand mit dem wellenseitigen Verzahnungsteil 8 im Eingriff. Da an der Welle 2 die Verzahnung 4 nicht bis zu dem distalen Ende der Welle 2 ausgebildet ist, liegt ein Teil der nabenseitigen Verzahnung auf der Nut 14 und auf dem zweiten Zentrierbereich 7 auf. Über die Auflage auf den beiden Zentrierbereichen 6, 7 wird also sichergestellt, dass die Nabe 3 konzentrisch zu der Welle 2 angeordnet ist. In Fig. 2, the shaft-hub connection 1 is shown in the unassembled state. It can be clearly seen that the hub 3 is toothed over its entire axial length. About one third of the hub-side toothing 9 has a larger diameter than the other part of the hub 3. This first third is in the mounted state at the first centering region 6 on the shaft 2 and the toothing 15 of the shaft 2. The second third is in the mounted state with the shaft side gear part 8 in engagement. Since the toothing 4 is not formed up to the distal end of the shaft 2 on the shaft 2, a part of the hub-side toothing rests on the groove 14 and on the second centering region 7. By means of the support on the two centering regions 6, 7, it is thus ensured that the hub 3 is arranged concentrically to the shaft 2.
Fig. 3 zeigt den teilweise montierten Zustand der Welle-Nabe-Verbindung 1 . Die Nabe 3 ist bereits mit dem ersten Drittel auf die Welle 2 aufgeschoben. Da die Nabe 3 an dem aufgeschobenen Abschnitt einen größeren Durchmesser als an dem eingreifenden Verzahnungsteil 9 besitzt, ist die Nabe 3 gegenüber der Welle 2 noch geringfügig radial verlagerbar. 3 shows the partially assembled state of the shaft-hub connection 1. The hub 3 is already pushed onto the shaft 2 with the first third. Since the hub 3 has a larger diameter at the pushed-on portion than at the engaging toothed part 9, the hub 3 is still slightly displaceable radially relative to the shaft 2.
Gemäß Fig. 4 liegt der Innendurchmesser der Nabe 3 an dem zweiten Zentrierbereich 7 an und somit wird die Nabe 3 beim weiteren Aufschieben so geführt, dass sie zentriert zu der Welle 2 ist. Der wellenseitige und der nabenseitige Verzahnungsteil 8, 9 greifen mit ihren Zähnen in der Verzahnung 4 ineinander. According to FIG. 4, the inner diameter of the hub 3 bears against the second centering region 7, and thus the hub 3 is guided during further pushing in such a way that it is centered relative to the shaft 2. The shaft-side and the hub-side toothing part 8, 9 engage with their teeth in the toothing 4 in one another.
Gemäß Fig. 5 ist die Welle-Nabe-Verbindung 1 in einem vollständig montierten Zustand dargestellt. Dabei liegt der größere Innendurchmesser der Nabe 3 an dem einen Ende an dem ersten Zentrierbereich 6 an und an dem kleineren Innendurchmesser an dem zweiten Zentrierbereich 7. Die Nabe 3 stößt mit ihrer axialen Endfläche, die zuerst auf die Welle 2 aufgeschoben wird, an der Anschlagsfläche 13 des Wälzlagers 12 an. According to Fig. 5, the shaft-hub connection 1 is shown in a fully assembled state. In this case, the larger inner diameter of the hub 3 at the one end to the first centering 6 and at the smaller inner diameter at the second centering 7. The hub 3 abuts with its axial end surface, which is first pushed onto the shaft 2, on the stop surface 13 of the rolling bearing 12 at.
Die Verzahnung 4 der Welle-Nabe-Verbindung 1 ist so ausgebildet, dass der wellen- seitige oder der nabenseitige Verzahnungsteil 8, 9 mit einer Verzahnungsschräge ausgebildet ist. Der andere der beiden Verzahnungsteile 8, 9 ist gerade-verzahnt aus- gebildet. Dabei ist die Verzahnungsschräge mit einem sehr geringen Schrägungswinkel ausgebildet, so dass die Nabe 3 noch auf die Welle 2 aufschiebbar ist und im montierten Zustand mit der Welle 2 gegen die Elastizität der Werkstoffe verklemmt/verspannt ist. Der Schrägungswinkel ist geringer als ein halbes Grad und liegt bei etwa 17 Bogenminuten. The toothing 4 of the shaft-hub connection 1 is designed so that the shaft-side or the hub-side toothing part 8, 9 is formed with a toothed bevel. The other of the two gearing parts 8, 9 is straight-toothed educated. Here, the toothed bevel is formed with a very small helix angle, so that the hub 3 is still pushed onto the shaft 2 and is jammed in the assembled state with the shaft 2 against the elasticity of the materials / clamped. The helix angle is less than half a degree and is about 17 arc minutes.
Dadurch dass der wellenseitige oder der nabenseitige Verzahnungsteil 8, 9 schräg ausgebildet ist und die beiden Verzahnungsteile 8, 9 daher nicht zueinander passen, entsteht eine Verklemmung zwischen der Welle 2 und der Nabe 3. Die Verklemmung ist so gewählt, dass die Nabe 3 spielfrei auf der Welle 2 sitzt. Daher ist der Schrägungswinkel in Abhängigkeit der Länge der Verzahnung 4 und des Verzahnungsspiels zu wählen. Um eine spielfrei Verbindung zu erhalten, wird der Schrägungswinkel so gewählt, dass er dem Arkustangens der Differenz zwischen des Verzahnungsspiels und der Länge der Verzahnung 4 entspricht. Durch die geometrischen Zusammen- hänge sitzt die Nabe 3 dann im Presssitz auf der Welle 2. Der Schrägungswinkel ist jedoch nur so groß gewählt, dass die Welle 2 und die Nabe 3 nicht über den elastischen Bereich der Werkstoffe hinaus verformt werden. The fact that the shaft-side or the hub-side toothing part 8, 9 is formed obliquely and the two gear parts 8, 9 therefore do not match, creates a jamming between the shaft 2 and the hub 3. The deadlock is chosen so that the hub 3 backlash on the shaft 2 sits. Therefore, the helix angle is to be selected depending on the length of the toothing 4 and the toothing clearance. In order to obtain a backlash-free connection, the helix angle is selected such that it corresponds to the arctangent of the difference between the tooth clearance and the length of the toothing 4. Due to the geometric relationships, the hub 3 is then press-fitted onto the shaft 2. However, the helix angle is only chosen so large that the shaft 2 and the hub 3 are not deformed beyond the elastic range of the materials.
Bezugszeichenliste Welle-Nabe-Verbindung List of Symbols shaft-hub connection
Welle wave
Nabe hub
Verzahnung gearing
Zentrierbereich centering
erster Zentrierbereich first centering area
zweiter Zentrierbereich second centering area
wellenseitiger Verzahnungsteil shaft-side toothing part
nabenseitiger Verzahnungsteil hub-side toothing part
Lagerbereich storage area
Innenring inner ring
Wälzlager roller bearing
Anschlagsfläche stop surface
Nut groove
Verzahnungsansatz teeth approach

Claims

Patentansprüche claims
1 . Welle-Nabe-Verbindung (1 ) für eine Schnittstelle zwischen einer Trennkupplung und einem Antriebsstrang, mit einer Welle (2) und einer auf die Welle (2) axial aufschiebbaren Nabe (3), wobei die Welle (2) und die Nabe (3) formschlüssig über eine Verzahnung (4) drehfest miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Zentrierbereich (5) axial an die Verzahnung (4) anschließt, der ausgelegt ist, um die Welle (2) und die Nabe (3) koaxial zueinander auszurichten. 1 . Shaft-hub connection (1) for an interface between a separating clutch and a drive train, comprising a shaft (2) and a hub (3) axially slidable on the shaft (2), the shaft (2) and the hub (3 ) are positively connected to each other via a toothing (4), characterized in that at least one centering region (5) axially adjoins the toothing (4), which is designed around the shaft (2) and the hub (3) coaxial with each other align.
2. Welle-Nabe-Verbindung (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass an einem proximalen, axialen Ende der Verzahnung (4) ein erster Zentrierbereich (6) vorhanden ist. Second shaft-hub connection (1) according to claim 1, characterized in that at a proximal, axial end of the toothing (4), a first centering region (6) is present.
3. Welle-Nabe-Verbindung (1 ) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass an einem distalen, axialen Ende der Verzahnung (4) ein zweiter Zentrierbereich (7) vorhanden ist. 3. shaft-hub connection (1) according to claim 1 or 2, characterized in that at a distal, axial end of the toothing (4), a second centering region (7) is present.
4. Welle-Nabe-Verbindung (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein wellenseitiger Verzahnungsteil (8) oder ein nabensei- tiger Verzahnungsteil (9) der Verzahnung (4) eine Verzahnungsschräge aufweist. 4. shaft-hub connection (1) according to one of claims 1 to 3, characterized in that a shaft-side toothing part (8) or a hub-side toothing part (9) of the toothing (4) has a toothed bevel.
5. Welle-Nabe-Verbindung (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (2) und die Nabe (3) lösbar miteinander verbunden sind. 5. shaft-hub connection (1) according to one of claims 1 to 4, characterized in that the shaft (2) and the hub (3) are releasably connected to each other.
6. Welle-Nabe-Verbindung (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle-Nabe-Verbindung (1 ) spielfrei ausgestaltet ist. 6. shaft-hub connection (1) according to one of claims 1 to 5, characterized in that the shaft-hub connection (1) is designed without play.
7. Welle-Nabe-Verbindung (1 ) nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schrägungswinkel der Verzahnungsschräge in Abhängigkeit der Länge der Verzahnung (4) und eines Verzahnungsspiels ausgestaltet ist. 7. shaft-hub connection (1) according to any one of claims 4 or 5, characterized in that a helix angle of the toothed bevel in dependence on the length of the toothing (4) and a gear play is designed.
8. Welle-Nabe-Verbindung (1 ) nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Zentrierbereich (6) axial an eine Lagerstelle zur drehbaren Befestigung der Welle (2) an einem gehäusefesten Bauteil anschließt. 8. shaft-hub connection (1) according to one of claims 2 to 7, characterized in that the first centering region (6) axially adjoins a bearing for rotatable mounting of the shaft (2) on a housing-fixed component.
9. Hybridfahrzeugantriebsstrang eines Kraftfahrzeugs mit einer Welle-Nabe- Verbindung (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche. 9. Hybrid vehicle drive train of a motor vehicle with a shaft-hub connection (1) according to one of the preceding claims.
10. P2-Hybridfahrzeugantriebsstrang eines Kraftfahrzeugs mit einer Welle-Nabe- Verbindung (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 8. 10. P2 hybrid vehicle drive train of a motor vehicle with a shaft-hub connection (1) according to one of claims 1 to 8.
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