WO2021233632A1 - Hohlwellenanordnung für ein kraftfahrzeug - Google Patents

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WO2021233632A1
WO2021233632A1 PCT/EP2021/060357 EP2021060357W WO2021233632A1 WO 2021233632 A1 WO2021233632 A1 WO 2021233632A1 EP 2021060357 W EP2021060357 W EP 2021060357W WO 2021233632 A1 WO2021233632 A1 WO 2021233632A1
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WO
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hollow shaft
shaft
fluid
inner hollow
toothing
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Application number
PCT/EP2021/060357
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English (en)
French (fr)
Inventor
Sebastian Markert
Florian Beck
Original Assignee
Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft
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Publication date
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    • 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
    • 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
    • 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
    • F16D2300/00—Special features for couplings or clutches
    • F16D2300/06—Lubrication details not provided for in group F16D13/74

Definitions

  • the present invention relates to a hollow shaft arrangement for a motor vehicle of the type specified in the preamble of claim 1. Furthermore, the invention relates to a motor vehicle with at least one such hollow shaft arrangement.
  • hollow shafts in motor vehicles so that a fluid, for example a coolant and / or lubricant, can flow inside such hollow shafts and can exit through radial through openings.
  • a fluid for example a coolant and / or lubricant
  • Such fluid guidance in hollow shafts can be used for cooling surrounding components and / or for lubricating surrounding components in the area of such hollow shafts.
  • two hollow shafts are sometimes connected to one another via a spline, with a coolant flow and / or lubricant flow being able to flow through both hollow shafts.
  • Such a hollow shaft arrangement for a motor vehicle is shown, for example, in DE 102018211 359 A1.
  • the hollow shaft arrangement shown there comprises an inner hollow shaft in the form of a transmission input shaft and an outer hollow shaft in the form of a rotor shaft, the two hollow shafts being connected to one another by means of a spline in that an external toothing of the inner hollow shaft engages in a rotationally fixed manner with an internal toothing of the outer hollow shaft.
  • An oil lance by means of which oil can be introduced into the interior of the outer hollow shaft, runs in the interior of the outer hollow shaft, which is designed as a rotor shaft.
  • the oil introduced in this way flows from the outer hollow shaft in the direction of the inner hollow shaft, with an axial flow groove being provided between the outer hollow shaft and the inner hollow shaft so that the oil can also reach the splines of the two hollow shafts, among other things.
  • the hollow shaft arrangement according to the invention for a motor vehicle comprises an inner hollow shaft and an outer hollow shaft which are connected to one another by means of a spline, with an outer toothing of the inner hollow shaft engaging in a rotationally fixed manner with an inner toothing of the outer hollow shaft.
  • inner means that the inner hollow shaft is arranged in the area of the spline within the outer hollow shaft.
  • outer is to be understood accordingly for the outer hollow shaft.
  • the inner hollow shaft is not completely inserted, but only partially in the outer hollow shaft, namely in the area of the spline.
  • the inner hollow shaft has an inflow end for feeding a fluid into the interior of the inner hollow shaft and an outflow end, the outflow end opening into the inner toothing of the outer hollow shaft.
  • the fluid can in particular be a coolant and / or lubricant, for example in the form of an oil or the like.
  • an inner shaft shoulder of the outer hollow shaft is arranged in the axial direction behind the internal toothing of the outer hollow shaft.
  • An inner diameter of this inner shaft shoulder of the outer hollow shaft is smaller than a root diameter of the inner toothing of the outer hollow shaft.
  • the inner shaft shoulder is a kind of collar of the outer hollow shaft, which protrudes in the radial direction inward beyond the root circle of the inner toothing of the outer hollow shaft. If one looks through the outer hollow shaft to a side of the shaft shoulder facing away from the spline in the axial direction of the shaft shoulder, then this at least partially covers the spline.
  • This inner shaft shoulder of the outer hollow shaft which is designed in this way and adjoins the inner toothing of the outer hollow shaft, when the hollow shafts rotate, the fluid flowing out of the outflow end of the inner hollow shaft is at least partially backed up by the shaft shoulder in a tooth base area of the internal toothing and flows within the spline in the direction of the inflow end of the inner hollow shaft.
  • the fluid is built up in the tooth root area of the inner toothing of the outer hollow shaft and can thereby retroactively lubricate the toothing of the spline.
  • the fluid built up by the shaft shoulder formed as a collar therefore flows through the spline in the opposite direction, as viewed in relation to a main flow direction inside the inner hollow shaft, and thereby lubricates it. It is thus possible to reliably prevent fretting corrosion from occurring within the spline, which could otherwise occur without sufficient lubrication and due to micro-movements occurring between the internal and external teeth.
  • the internal toothing of the outer hollow shaft projects beyond the external toothing of the inner hollow shaft in the axial direction so far in the direction of the shaft shoulder that when the hollow shafts rotate, at least part of the fluid emerging from the outflow of the inner hollow shaft does not occur due to centrifugal forces with the external teeth in engagement internal teeth of the outer hollow shaft arrives.
  • the internal toothing of the outer hollow shaft is designed to be longer than would be required for the actual implementation of the plug-in toothing.
  • the part of the internal toothing that is not in engagement with the external toothing of the inner hollow shaft is designed so long that it can be ensured that the flow from the outflow end of the inner hollow shaft into the interior of the Due to centrifugal forces, the fluid escaping from the outer hollow shaft has enough space in the axial direction so that the Fluid can reach the internal teeth of the outer hollow shaft due to centrifugal force.
  • the inner shaft shoulder of the outer hollow shaft which is designed as a collar, ensures that the fluid is built up in the tooth root area of the internal toothing and flows back within the plug-in toothing, thereby lubricating it.
  • the outer hollow shaft viewed from the shaft shoulder, has at least one through opening extending in the radial direction behind the spline, through which the portion of the fluid flowing back through the spline can exit from the outer hollow shaft.
  • the fluid or the part of the fluid that has passed the spline can exit radially outward through said through opening of the outer hollow shaft.
  • the part of the fluid that has already passed through the spline to lubricate the spline can also be used to lubricate and / or cool components located outside of the hollow shaft.
  • the inner hollow shaft has at least one through opening extending in the radial direction, through which part of the fluid supplied through the inflow end can exit from the inner hollow shaft. Part of the fluid that flows through the inner hollow shaft can therefore exit in the radial direction through the at least one through opening extending in the radial direction in order to cool and / or lubricate components located outside of the inner hollow shaft.
  • the through openings of the hollow shafts are connected to one another via an intermediate space formed between the hollow shafts.
  • the part of the fluid that emerges radially outward from the interior of the hollow shaft thus first reaches the said intermediate space, from where the fluid accumulated therein can emerge radially outward through the passage opening of the outer hollow shaft.
  • the respective fluid flows converge: on the one hand, the fluid flow branched off directly from the interior of the hollow shaft and, on the other hand, the part of the fluid flow that was initially dammed up by the shaft shoulder and thus flowed backwards through the spline.
  • a fluid supply arranged in the region of the inflow end of the inner hollow shaft introduces the fluid at an angle to the longitudinal direction of the inner hollow shaft. This can ensure that the fluid introduced flows as quickly as possible radially outward in the interior of the inner hollow shaft and thus nestles against an inner wall of the inner hollow shaft. Because the fluid flows along said inner wall of the inner hollow shaft, it can exit radially outward in a particularly simple manner through one or more passage openings in the inner hollow shaft.
  • the fluid supply has at least one nozzle which is oriented obliquely to the longitudinal direction of the inner hollow shaft.
  • This nozzle makes it possible in a particularly simple and reliable manner to guide the fluid in the region of the inflow end in the direction of the said inner wall of the inner hollow shaft.
  • the inner hollow shaft is a transmission input shaft and the outer hollow shaft is a rotor shaft of an electric drive machine.
  • the fluid first flows in the axial direction through the transmission input shaft, and can partially through existing radial
  • Passage openings leave the transmission input shaft in the radial direction, the remaining fluid entering the rotor shaft of the electric drive machine and being at least partially backed up in the manner already described by the said shaft shoulder in such a way that at least part of the fluid flow does not get into the interior of the rotor shaft and instead so is reversed or directed back that at least part of the fluid flows through the spline and thereby lubricates.
  • the hollow shaft arrangement for a wide variety of other areas of application in a motor vehicle, namely wherever two hollow shafts are non-rotatably connected to one another via a spline and the spline is to be lubricated.
  • the motor vehicle according to the invention comprises at least one hollow shaft arrangement according to the invention or a possible embodiment of the hollow shaft arrangement according to the invention. Further features of the invention can emerge from the claims, the figures and the description of the figures. The features and feature combinations mentioned above in the description as well as the features and feature combinations shown below in the description of the figures and / or in the figures alone can be used not only in the respectively specified combination, but also in other combinations or alone, without the scope of the invention to leave.
  • FIG. 1 shows a perspective view of a hollow shaft arrangement for a motor vehicle, which has an inner hollow shaft in the form of a transmission input shaft and an outer hollow shaft in the form of a rotor shaft of an electrical machine, the outer hollow shaft being shown partially in section;
  • FIG. 2 shows a partially sectioned perspective view of the hollow shaft arrangement, both the inner hollow shaft and the outer hollow shaft being shown partially sectioned;
  • FIG. 3 is a side sectional view of part of the hollow shaft arrangement;
  • Fig. 4 is a greatly enlarged side sectional view of the hollow shaft arrangement in
  • a hollow shaft arrangement 10 for a motor vehicle is shown in a perspective view in FIG. 1.
  • the hollow shaft arrangement 10 comprises an inner hollow shaft embodied as a transmission input shaft 12 and an outer hollow shaft embodied as a rotor shaft 14, which are connected to one another by means of a spline 16.
  • the spline 16 is through an external toothing 18 of the transmission input shaft 12 and by a Internal toothing 20 of the rotor shaft 14 formed, which are rotationally test in engagement with one another.
  • the transmission input shaft 12 has an inflow end 22 for feeding a fluid into the interior of the transmission input shaft 12 and an outflow end 24 which opens into the internal toothing 20 of the rotor shaft 14.
  • an inner shaft shoulder 26 of the rotor shaft 14 is arranged in the axial direction behind the internal toothing 20.
  • An inside diameter of this shaft shoulder 26 is smaller than a root diameter of the internal toothing 20.
  • the inner shaft shoulder 26 protrudes further inward in the radial direction than a root circle of the internal toothing 20.
  • FIG. 2 the hollow shaft arrangement 10 is shown in a further perspective view, both hollow shafts 12, 14 being shown partially in section.
  • two through openings 28 of the transmission input shaft 12 extending in the radial direction can be seen. Through these through openings 28, part of the fluid introduced at the inflow end 22 can leave the transmission input shaft 12 in the radial direction outward. The remaining part of the fluid continues to flow in the axial direction to the outflow end 24.
  • the fluid arrives due to centrifugal forces, since the hollow shaft arrangement 10 rotates in normal operation, radially to the internal toothing 20, namely to the part of the internal toothing 20 that is not in engagement with the external toothing 18 of the transmission input shaft 12. From there, the fluid flows in the axial direction to the shaft shoulder 26 and is dammed up by this. The fluid is thus backed up by the shaft shoulder 26, which protrudes further radially inward than a root circle of the internal toothing 20, in the foot region of the internal toothing 20 and, as a result, is deflected back in the direction of the inflow end 22, in such a way that at least part of the fluid flows through the spline 16 flows and thereby lubricates them.
  • a fluid feed 30 is arranged, which conveys the fluid obliquely to the longitudinal direction or the axial direction of the transmission input shaft 12 into the interior of the transmission input shaft 12.
  • the fluid supply 30 can, for example, have one or more nozzles that can be aligned obliquely to the longitudinal direction or to the axial direction of the transmission input shaft 12.
  • a fluid flow 32 is indicated schematically in the present case to show how the introduced fluid flows through the interior of the transmission input shaft 12, partially exits through the through openings 28 in the radial direction and then flows on to the outflow end 24.
  • the transmission input shaft 12 and the rotor shaft 14 rotate. This rotational movement causes the fluid to reach the outside in the radial direction due to centrifugal force after it has passed the outflow end 24 of the transmission input shaft 12.
  • the internal toothing 20 of the rotor shaft 14 projects beyond the external toothing 18 of the transmission input shaft 12, which cannot be seen here, in the axial direction so far in the direction of the shaft shoulder 26 that when the two hollow shafts 12, 14 rotate, at least part of the fluid emerging from the outflow 24 of the transmission input shaft 12 is caused by centrifugal forces reaches the internal toothing 20 of the rotor shaft 14 that is not in engagement with the external toothing 18.
  • the fluid therefore flows on the inside inside the rotor shaft 14, initially along the external toothing 18, at least essentially in the axial direction, specifically until the fluid has flowed as far as the shaft shoulder 26.
  • the shaft shoulder 26 protrudes further inward in the radial direction than a root circle of the external toothing 18.
  • the fluid is dammed up by the shaft shoulder 26 and flows backwards, i.e. to the left according to the present illustration, through the spline 16.
  • the fluid overflows in the radial direction via the shaft shoulder 26 and thus continues into the interior of the rotor shaft 14, flows according to the present representation so away to the right.
  • the rotor shaft 14, viewed from the shaft shoulder 26, has a plurality of through openings 34 extending in the radial direction behind the spline 16, through which the portion of the fluid flowing back through the spline 16 can exit out of the rotor shaft 14 in order to lubricate and lubricate surrounding components / or to cool.
  • the through openings 28, 34 of the two hollow shafts 12, 14 are formed via an intermediate space 36 formed between the two hollow shafts 12, 14 connected with each other. The fluid exiting through the through openings 28 thus reaches the intermediate space 36, as does the backflowing part of the fluid which has previously passed the spline 16. From the intermediate space 36, both fluid flows then pass together through the through openings 34 to the radially outward direction and thus leave the rotor shaft 14.
  • FIG. 4 shows an area around the shaft shoulder 26 of the hollow shaft arrangement 10 in a greatly enlarged and sectioned side view.
  • the already mentioned inner diameter Di of the shaft shoulder 26 is shown, with the already mentioned root diameter D2 of the internal toothing 20 also being shown.
  • the shaft shoulder 26 can, for example, protrude so far inward in the radial direction that the inner diameter Di is not only smaller than the root diameter D2, but can also, for example, be smaller than a pitch circle diameter or tip diameter of the internal toothing 20, which is not shown here.
  • the shaft shoulder 26 can protrude so far inward in the radial direction that, viewed in the radial direction, it protrudes as far into the interior of the rotor shaft 14 as the respective teeth of the internal toothing 20, which are not designated here.
  • the shaft shoulder 26 can ensure this that the fluid is dammed up over the entire tooth height of the internal toothing 20 due to the shaft shoulder 26 and due to centrifugal forces.
  • the fluid collects in particular in the tooth root area and then flows backwards or retrospectively in relation to an axial main flow direction according to which the fluid flows through the transmission input shaft 12, as a result of which the spline 16 is lubricated.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Hohlwellenanordnung für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine innere Hohlwelle und eine äußere Hohlwelle, die mittels einer Steckverzahnung miteinander verbunden sind, wobei eine Außenverzahnung der inneren Hohlwelle drehfest mit einer Innenverzahnung der äußeren Hohlwelle in Eingriff steht, wobei die innere Hohlwelle ein Einströmende zum Zuführen eines Fluids ins Innere der inneren Hohlwelle und ein Ausströmende aufweist, das innerhalb der Innenverzahnung in die äußere Hohlwelle mündet; vom Einströmende der inneren Hohlwelle aus betrachtet in axialer Richtung hinter der Innenverzahnung ein innerer Wellenabsatz der äußeren Hohlwelle angeordnet ist, dessen Innendurchmesser kleiner als ein Fußkreisdurchmesser der Innenverzahnung ist, sodass beim Rotieren der Hohlwellen das aus dem Ausströmende der inneren Hohlwelle austretende Fluid zumindest teilweise durch den Wellenabsatz in einem Zahnfußbereich der Innenverzahnung aufgestaut wird und innerhalb der Steckverzahnung in Richtung des Einströmendes der inneren Hohlwelle zurückfließt. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Kraftfahrzeug mit einer derartigen Hohlwellenanordnung.

Description

Hohlwellenanordnung für ein Kraftfahrzeug
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Hohlwellenanordnung für ein Kraftfahrzeug der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit zumindest einer solchen Hohlwellenanordnung.
Es ist an sich bekannt, in Kraftfahrzeugen Hohlwellen zu verbauen, sodass im Inneren solcher Hohlwellen ein Fluid, beispielsweise ein Kühl- und/oder Schmiermittel, strömen und durch radiale Durchgangsöffnungen austreten kann. Eine derartige Fluidführung in Hohlwellen kann zur Kühlung von umliegenden Bauteilen und/oder zur Schmierung von umliegenden Bauteilen im Bereich solcher Hohlwellen eingesetzt werden. Je nach Randbedingungen werden auch teilweise zwei Hohlwellen über eine Steckverzahnung miteinander verbunden, wobei ein Kühlmittelstrom und/oder Schmiermittelstrom durch beide Hohlwellen strömen kann.
Eine derartige Hohlwellenanordnung für ein Kraftfahrzeug zeigt beispielsweise die DE 102018211 359 A1. Die dort gezeigte Hohlwellenanordnung umfasst eine innere Hohlwelle in Form einer Getriebeeingangswelle und eine äußere Hohlwelle in Form einer Rotorwelle, wobei die beiden Hohlwellen mittels einer Steckverzahnung miteinander verbunden sind, indem eine Außenverzahnung der inneren Hohlwelle drehfest mit einer Innenverzahnung der äußeren Hohlwelle in Eingriff steht. Im Inneren der als Rotorwelle ausgebildeten äußeren Hohlwelle verläuft eine Öllanze, mittels welcher Öl ins Innere der äußeren Hohlwelle eingebracht werden kann. Das so eingebrachte Öl strömt von der äußeren Hohlwelle in Richtung der inneren Hohlwelle, wobei zwischen der äußeren Hohlwelle und der inneren Hohlwelle eine axiale Strömungsnut vorgesehen ist, sodass das Öl unter anderem auch bis zur Steckverzahnung der beiden Hohlwellen gelangen kann.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Lösung bereitzustellen, mittels welcher zwei über eine Steckverzahnung miteinander verbundene Hohlwellen im Bereich ihrer Steckverzahnung mit einem Schmiermittel versorgt werden können. Diese Aufgabe wird durch eine Hohlwellenanordnung für ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Weitere mögliche Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den Figuren angegeben.
Die erfindungsgemäße Hohlwellenanordnung für ein Kraftfahrzeug umfasst eine innere Hohlwelle und eine äußere Hohlwelle, die mittels einer Steckverzahnung miteinander verbunden sind, wobei eine Außenverzahnung der inneren Hohlwelle drehfest mit einer Innenverzahnung der äußeren Hohlwelle in Eingriff steht. Unter dem Begriff „innere“ ist zu verstehen, dass die innere Hohlwelle im Bereich der Steckverzahnung innerhalb von der äußeren Hohlwelle angeordnet ist. Entsprechend ist der Betriff „äußere“ bei der äußeren Hohlwelle zu verstehen. Insbesondere steckt die innere Hohlwelle nicht vollständig, sondern nur teilweise in der äußeren Hohlwelle, nämlich u.a. im Bereich der Steckverzahnung. Die innere Hohlwelle weist ein Einströmende zum Zuführen eines Fluids ins Innere der inneren Hohlwelle und ein Ausströmende auf, wobei das Ausströmende innerhalb der Innenverzahnung der äußeren Hohlwelle in diese mündet.
Bei dem Fluid kann es sich insbesondere um ein Kühl- und/oder Schmiermittel handeln, beispielsweise in Form eines Öls oder dergleichen.
Vom Einströmende der inneren Hohlwelle aus betrachtet ist in axialer Richtung hinter der Innenverzahnung der äußeren Hohlwelle ein innerer Wellenabsatz der äußeren Hohlwelle angeordnet. Ein Innendurchmesser dieses inneren Wellenabsatzes der äußeren Hohlwelle ist kleiner als ein Fußkreisdurchmesser der Innenverzahnung der äußeren Hohlwelle. Der innere Wellenabsatz ist mit anderen Worten also eine Art Bund der äußeren Hohlwelle, der in radialer Richtung nach innen über den Fußkreis der Innenverzahnung der äußeren Hohlwelle hinausragt. Blickt man durch die äußere Hohlwelle auf eine von der Steckverzahnung abgewandte Seite des Wellenabsatzes in axialer Richtung auf den Wellenabsatz, so verdeckt dieser die Steckverzahnung zumindest teilweise.
Durch diesen derart ausgestalteten inneren Wellenabsatz der äußeren Hohlwelle, der sich an die Innenverzahnung der äußeren Hohlwelle anschließt, wird beim Rotieren der Hohlwellen das aus dem Ausströmende der inneren Hohlwelle ausströmende Fluid zumindest teilweise durch den Wellenabsatz in einem Zahnfußbereich der Innenverzahnung aufgestaut und fließt innerhalb der Steckverzahnung in Richtung des Einströmendes der inneren Hohlwelle zurück. Durch das Vorsehen des inneren Wellenabsatzes der äußeren Hohlwelle wird also eine fliehkraftgetriebene Gegenstromversorgung der axialen Steckverzahnung mit dem Fluid realisiert. Das im Bereich des Einströmendes der inneren Hohlwelle zugeführte Fluid durchströmt also das Innere der inneren Hohlwelle und tritt dann am Ausströmende der Hohlwelle aus und mündet dadurch ins Innere der äußeren Hohlwelle. Fliehkraftbedingt, da die beiden Hohlwellen im bestimmungsgemäßen Betrieb rotieren, gelangt zumindest ein Teil des austretenden Fluids in radialer Richtung nach außen und gelangt also in Kontakt mit der Innenverzahnung der äußeren Hohlwelle, die nicht in Eingriff mit der Außenverzahnung der inneren Hohlwelle steht, da die Innenverzahnung der äußeren Hohlwelle die Außenverzahnung der inneren Hohlwelle in axialer Richtung überragt.
Dadurch, dass der Innendurchmesser des Wellenabsatzes kleiner als ein Fußkreisdurchmesser der Innenverzahnung ist, wird das Fluid im Zahnfußbereich der Innenverzahnung der äußeren Hohlwelle aufgestaut und kann dadurch die Verzahnungen der Steckverzahnung rückwirkend schmieren. Das durch den als Bund ausgebildeten Wellenabsatz aufgestaute Fluid strömt also bezogen auf eine Hauptströmungsrichtung innerhalb der inneren Hohlwelle gesehen entgegengesetzt durch die Steckverzahnung hindurch und schmiert diese dadurch. Somit kann zuverlässig verhindert werden, dass Passungsrost innerhalb der Steckverzahnung auftritt, welcher ohne eine ausreichende Schmierung und aufgrund von auftretenden Mikrobewegungen zwischen der Innenverzahnung und der Außenverzahnung ansonsten auftreten könnten. Sobald das Fluid durch den Wellenabsatz über die radiale Höhe des Wellenabsatzes hinaus aufgestaut wurde, strömt weiteres nachströmendes Fluid über den Wellenabsatz hinweg und gelangt so ins Innere der äußeren Hohlwelle. Eine mögliche Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Innenverzahnung der äußeren Hohlwelle die Außenverzahnung der inneren Hohlwelle in axialer Richtung so weit in Richtung des Wellenabsatzes überragt, dass beim Rotieren der Hohlwellen zumindest ein Teil des aus dem Ausströmende der inneren Hohlwelle austretenden Fluids fliehkraftbedingt zur nicht mit der Außenverzahnung in Eingriff stehenden Innenverzahnung der äußeren Hohlwelle gelangt. In axialer Richtung betrachtet ist also die Innenverzahnung der äußeren Hohlwelle länger gestaltet als dies zur eigentlichen Realisierung der Steckverzahnung erforderlich wäre. Der nicht mit der Außenverzahnung der inneren Hohlwelle in Eingriff stehende Teil der Innenverzahnung ist dabei so lang gestaltet, dass passend zur üblichen Rotationsgeschwindigkeit der Hohlwellen und des verwendeten Fluids sowie der verwendeten Fluidmenge sichergestellt werden kann, dass das aus dem Ausströmende der inneren Hohlwelle ins Innere der äußeren Hohlwelle austretende Fluid fliehkraftbedingt genügend Platz in axialer Richtung hat, sodass das Fluid fliehkraftbedingt bis zur Innenverzahnung der äußeren Hohlwelle gelangen kann. Dann sorgt wiederum der als Bund ausgebildete innere Wellenabsatz der äußeren Hohlwelle dafür, dass das Fluid im Zahnfußbereich der Innenverzahnung aufgestaut wird und innerhalb der Steckverzahnung zurückfließt und diese dadurch schmiert.
Eine weitere mögliche Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die äußere Hohlwelle vom Wellenabsatz aus betrachtet hinter der Steckverzahnung zumindest eine sich in radialer Richtung erstreckende Durchgangsöffnung aufweist, durch welche der durch die Steckverzahnung zurückfließende Anteil des Fluids aus der äußeren Hohlwelle austreten kann. Nach der Strömungsumkehr des Fluids und Durchströmen der Steckverzahnung kann das Fluid beziehungsweise der Teil des Fluids, der die Steckverzahnung passiert hat, durch besagte Durchgangsöffnung der äußeren Hohlwelle nach radial außen austreten. Zum einen kann dadurch sichergestellt werden, dass kein so hoher Gegendruck innerhalb des Fluids aufgebaut wird, dass die Rückströmung des Fluids durch die Steckverzahnung beeinträchtigt werden würde. Zum anderen kann der Teil des Fluids, der die Steckverzahnung zur Schmierung der Steckverzahnung bereits passiert hat, auch noch dafür verwendet werden, außerhalb von der Hohlwelle liegende Komponenten zu schmieren und/oder zu kühlen.
In weiterer möglicher Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die innere Hohlwelle zumindest eine sich in radialer Richtung erstreckende Durchgangsöffnung aufweist, durch welche ein Teil des durch das Einströmende zugeführten Fluids aus der inneren Hohlwelle austreten kann. Ein Teil des Fluids, das die innere Hohlwelle durchströmt, kann also durch die zumindest eine sich in radialer Richtung erstreckende Durchgangsöffnung in radialer Richtung nach außen austreten, um so außerhalb von der inneren Hohlwelle liegende Bauteile zu kühlen und/oder zu schmieren.
Gemäß einerweiteren möglichen Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Durchgangsöffnungen der Hohlwellen über einen zwischen den Hohlwellen ausgebildeten Zwischenraum miteinander verbunden sind. Der Teil des Fluids, der aus dem Inneren der Hohlwelle nach radial außen austritt, gelangt also zunächst in besagten Zwischenraum, von wo aus das darin angesammelte Fluid durch die Durchgangsöffnung der äußeren Hohlwelle nach radial außen austreten kann. In diesem Zwischenraum fließen also jeweilige Fluidströme zusammen: Nämlich einerseits der aus dem Inneren der Hohlwelle direkt abgezweigte Fluidstrom und andererseits der Teil des Fluidstroms, der zunächst durch den Wellenabsatz aufgestaut wurde und dadurch rückwärtsgerichtet durch die Steckverzahnung geströmt ist. Eine weitere mögliche Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass eine im Bereich des Einströmendes der inneren Hohlwelle angeordnete Fluidzuführung das Fluid schräg zur Längsrichtung der inneren Hohlwelle einleitet. Dadurch kann sichergestellt werden, dass das eingebrachte Fluid möglichst schnell nach radial außen im Inneren der inneren Hohlwelle strömt und somit sich an eine Innenwand der inneren Hohlwelle anschmiegt. Dadurch, dass das Fluid an besagter Innenwand der inneren Hohlwelle entlangströmt, kann es besonders einfach durch eine oder auch mehrere Durchgangsöffnungen der inneren Hohlwelle nach radial außen austreten. Zudem wird dadurch begünstigt, dass das Fluid am Ausströmende der inneren Hohlwelle besonders schnell und auf axial kurzem Wege radial nach außen in Richtung der Innenverzahnung der äußeren Hohlwelle gelenkt werden kann, wo das Fluid in bereits beschriebener Weise durch den inneren Wellenabsatz der äußeren Hohlwelle aufgestaut und in Richtung der Steckverzahnung zurückgeleitet wird.
In weiterer möglicher Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Fluidzuführung wenigstens eine Düse aufweist, die schräg zur Längsrichtung der inneren Hohlwelle ausgerichtet ist. Durch diese Düse ist es auf besonders einfache und zuverlässige Weise möglich, das Fluid im Bereich des Einströmendes in Richtung der besagten Innenwand der inneren Hohlwelle zu leiten.
Eine weitere mögliche Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die innere Hohlwelle eine Getriebeeingangswelle und die äußere Hohlwelle eine Rotorwelle einer elektrischen Antriebsmaschine ist. In dem Fall strömt das Fluid also zunächst in axialer Richtung durch die Getriebeeingangswelle, kann teilweise durch vorhandene radiale
Durchgangsöffnungen die Getriebeeingangswelle in radialer Richtung verlassen, wobei das restliche Fluid in die Rotorwelle der elektrischen Antriebsmaschine gelangt und in der bereits beschriebenen Weise zumindest teilweise durch den besagten Wellenabsatz so aufgestaut wird, dass wenigstens ein Teil des Fluidstroms nicht ins Innere der Rotorwelle gelangt und stattdessen so umgekehrt beziehungsweise zurückgelenkt wird, dass wenigstens ein Teil des Fluids die Steckverzahnung durchströmt und dadurch schmiert. Grundsätzlich ist es möglich, die Hohlwellenanordnung auch für verschiedenste andere Anwendungsbereiche in einem Kraftfahrzeug vorzusehen, nämlich überall dort, wo zwei Hohlwellen über eine Steckverzahnung drehfest miteinander verbunden sind und die Steckverzahnung geschmiert werden soll. Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug umfasst zumindest eine erfindungsgemäße Hohlwellenanordnung oder eine mögliche Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Hohlwellenanordnung. Weitere Merkmale der Erfindung können sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung ergeben. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Die Zeichnung zeigt in:
Fig. 1 eine Perspektivansicht einer Hohlwellenanordnung für ein Kraftfahrzeug, die eine innere Hohlwelle in Form einer Getriebeeingangswelle und eine äußere Hohlwelle in Form einer Rotorwelle einer elektrischen Maschine aufweist, wobei die äußere Hohlwelle teilweise geschnitten dargestellt ist;
Fig. 2 eine teilweise geschnittene Perspektivansicht der Hohlwellenanordnung, wobei sowohl die innere Hohlwelle als auch die äußere Hohlwelle teilweise geschnitten dargestellt sind;
Fig. 3 eine Seitenschnittansicht von einem Teil der Hohlwellenanordnung; Fig. 4 eine stark vergrößerte Seitenschnittansicht der Hohlwellenanordnung im
Bereich einer Steckverzahnung, durch welche die beiden Hohlwellen drehfest miteinander verbunden sind.
In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Eine Hohlwellenanordnung 10 für ein Kraftfahrzeug ist einer Perspektivansicht in Fig. 1 gezeigt. Die Hohlwellenanordnung 10 umfasst eine als Getriebeeingangswelle 12 ausgebildete innere Hohlwelle und eine als Rotorwelle 14 ausgebildete äußere Hohlwelle, die mittels einer Steckverzahnung 16 miteinander verbunden sind. Die Steckverzahnung 16 wird durch eine Außenverzahnung 18 der Getriebeeingangswelle 12 und durch eine Innenverzahnung 20 der Rotorwelle 14 gebildet, die drehtest miteinander in Eingriff stehen.
Die Getriebeeingangswelle 12 weist ein Einströmende 22 zum Zuführen eines Fluids ins Innere der Getriebeeingangswelle 12 und ein Ausströmende 24 auf, das innerhalb der Innenverzahnung 20 der Rotorwelle 14 in diese mündet. Vom Einströmende 22 der Getriebeeingangswelle 12 aus betrachtet ist in axialer Richtung hinter der Innenverzahnung 20 ein innerer Wellenabsatz 26 der Rotorwelle 14 angeordnet. Ein Innendurchmesser dieses Wellenabsatzes 26 ist dabei kleiner als ein Fußkreisdurchmesser der Innenverzahnung 20. Mit anderen Worten ragt der innere Wellenabsatz 26 in radialer Richtung weiter nach innen als ein Fußkreis der Innenverzahnung 20.
In Fig. 2 ist die Hohlwellenanordnung 10 in einerweiteren Perspektivansicht gezeigt, wobei beide Hohlwellen 12, 14 teilweise geschnitten dargestellt sind. In der vorliegenden Darstellung kann man zwei sich in radialer Richtung erstreckende Durchgangsöffnungen 28 der Getriebeeingangswelle 12 erkennen. Durch diese Durchgangsöffnungen 28 kann ein Teil des am Einströmende 22 eingebrachten Fluids die Getriebeeingangswelle 12 in radialer Richtung nach außen verlassen. Der restliche Teil des Fluids strömt weiter in axialer Richtung zum Ausströmende 24.
Von dort aus gelangt das Fluid fliehkraftbedingt, da die Hohlwellenanordnung 10 im bestimmungsgemäßen Betrieb rotiert, nach radial zur Innenverzahnung 20, und zwar zu dem Teil der Innenverzahnung 20, der nicht in Eingriff mit der Außenverzahnung 18 der Getriebeeingangswelle 12 steht. Von dort aus strömt das Fluid in axialer Richtung bis zum Wellenabsatz 26 und wird durch diesen aufgestaut. Das Fluid wird also durch den Wellenabsatz 26, der weiter radial nach innen ragt als ein Fußkreis der Innenverzahnung 20, im Fußbereich der Innenverzahnung 20 aufgestaut und in Folge dessen in Richtung des Einströmendes 22 zurückgelenkt, und zwar so, dass zumindest ein Teil des Fluids durch die Steckverzahnung 16 strömt und diese dadurch schmiert.
In Fig. 3 ist ein Teil der Hohlwellenanordnung 10 in einer Seitenschnittansicht gezeigt. Im Bereich des Einströmendes 22 der Getriebeeingangswelle 12 ist eine Fluidzuführung 30 angeordnet, die das Fluid schräg zur Längsrichtung beziehungsweise axialen Richtung der Getriebeeingangswelle 12 ins Innere der Getriebeeingangswelle 12 befördert. Die Fluidzuführung 30 kann beispielsweise eine oder auch mehrere Düsen aufweisen, die schräg zur Längsrichtung beziehungsweise zur axialen Richtung der Getriebeeingangswelle 12 ausgerichtet sein können.
Ein Fluidstrom 32 ist vorliegend schematisch angedeutet, um zu zeigen, wie das eingebrachte Fluid das Innere der Getriebeeingangswelle 12 durchströmt, teilweise durch die Durchgangsöffnungen 28 in radialer Richtung nach außen verlässt und dann weiter bis zum Ausströmende 24 fließt. Im Betrieb der Hohlwellenanordnung 10 rotieren die Getriebeeingangswelle 12 und die Rotorwelle 14. Durch diese Rotationsbewegung gelangt das Fluid fliehkraftbedingt in radialer Richtung nach außen, nachdem es das Ausströmende 24 der Getriebeeingangswelle 12 passiert hat.
Die Innenverzahnung 20 der Rotorwelle 14 überragt die hier nicht erkennbare Außenverzahnung 18 der Getriebeeingangswelle 12 in axialer Richtung so weit in Richtung des Wellenabsatzes 26, dass beim Rotieren der beiden Hohlwellen 12, 14 zumindest ein Teil des aus dem Ausströmende 24 der Getriebeeingangswelle 12 austretenden Fluids fliehkraftbedingt zur nicht mit der Außenverzahnung 18 in Eingriff stehenden Innenverzahnung 20 der Rotorwelle 14 gelangt. Das Fluid strömt also innenseitig innerhalb der Rotorwelle 14 zunächst entlang der Außenverzahnung 18 zumindest im Wesentlichen in axialer Richtung, und zwar bis das Fluid bis zum Wellenabsatz 26 geströmt ist.
Der Wellenabsatz 26 ragt in radialer Richtung weiter nach innen als ein Fußkreis der Außenverzahnung 18. In Folge dessen wird das Fluid durch den Wellenabsatz 26 aufgestaut und fließt rückwärts, gemäß der vorliegenden Darstellung also nach links, durch die Steckverzahnung 16 hindurch. Dadurch ergibt sich eine fliehkraftgetriebene Gegenstromschmierung der Steckverzahnung 16. Sobald die Zähne beziehungsweise Zahnzwischenräume der Außenverzahnung 20 vollständig durch das Fluid gefüllt worden sind, läuft das Fluid über den Wellenabsatz 26 in radialer Richtung nach innen über und gelangt so weiter ins Innere der Rotorwelle 14, strömt gemäß der vorliegenden Darstellung also nach rechts weg.
Die Rotorwelle 14 weist vom Wellenabsatz 26 aus betrachtet hinter der Steckverzahnung 16 mehrere sich in radialer Richtung erstreckende Durchgangsöffnungen 34 auf, durch welche der durch die Steckverzahnung 16 zurückfließende Anteil des Fluids aus der Rotorwelle 14 nach außen austreten kann, um so umliegende Bauteile zu schmieren und/oder zu kühlen. Die Durchgangsöffnungen 28, 34 der beiden Hohlwellen 12, 14 sind über einen zwischen den beiden Hohlwellen 12, 14 ausgebildeten Zwischenraum 36 miteinander verbunden. Das durch die Durchgangsöffnungen 28 austretende Fluid gelangt also in den Zwischenraum 36, ebenso der rückströmende Teil des Fluids, welcher zuvor die Steckverzahnung 16 passiert hat. Vom Zwischenraum 36 aus gelangen beide Fluidströme dann gemeinsam durch die Durchgangsöffnungen 34 nach radial außen und verlassen somit die Rotorwelle 14.
In Fig. 4 ist ein Bereich rund um den Wellenabsatz 26 der Hohlwellenanordnung 10 in einer stark vergrößerten und geschnittenen Seitenansicht gezeigt. Vorliegend ist der bereits erwähnte Innendurchmesser Di des Wellenabsatzes 26 eingezeichnet, wobei zudem auch der bereits erwähnte Fußkreisdurchmesser D2 der Innenverzahnung 20 eingezeichnet ist. Der Wellenabsatz 26 kann in radialer Richtung beispielsweise so weit nach innen ragen, dass der Innendurchmesser Di nicht nur kleiner als der Fußkreisdurchmesser D2 ist, sondern auch beispielsweise kleiner sein kann als ein hier nicht dargestellter Teilkreisdurchmesser oder Kopfkreisdurchmesser der Innenverzahnung 20.
Der Wellenabsatz 26 kann also in radialer Richtung so weit nach innen ragen, dass dieser in radialer Richtung gesehen beispielsweise so weit ins Innere der Rotorwelle 14 hineinragt wie die jeweiligen hier nicht näher bezeichneten Zähne der Innenverzahnung 20. In dem Fall kann der Wellenabsatz 26 dafür sorgen, dass das Fluid aufgrund des Wellenabsatzes 26 und fliehkraftbedingt über die gesamte Zahnhöhe der Innenverzahnung 20 aufgestaut wird. Das Fluid sammelt sich insbesondere im Zahnfußbereich und strömt dann bezogen auf eine axiale Hauptströmungsrichtung, gemäß welcher das Fluid die Getriebeeingangswelle 12 durchströmt, rückwärts beziehungsweise rückwirkend, in Folge dessen die Steckverzahnung 16 geschmiert wird. Sobald das Fluid in radialer Richtung betrachtet über die Höhe des inneren Wellenabsatzes 26 hinaus aufgestaut wurde, läuft weiteres Fluid über den Wellenabsatz 26 hinüber und gelangt so gemäß der vorliegenden Darstellung weiter nach rechts ins Innere der Rotorwelle 14.
Die vorstehenden Erläuterungen gelten nicht nur für eine Hohlwellenanordnung 10, bei der die innere Hohlwelle eine Getriebeeingangswelle 12 und die äußere Hohlwelle eine Rotorwelle 14 ist, sondern für beliebige Arten von Hohlwellenanordnungen, bei der ein Fluid zunächst ins Innere einer solchen Hohlwelle 12 eingebracht wird, von dort aus in Richtung der äußeren Hohlwelle 14 strömt und dann durch einen derartigen Wellenabsatz 26 zumindest teilweise so rückwärts umgelenkt wird, dass die betreffende Steckverzahnung 16 eine Schmierung erfährt. Bezugszeichenliste
10 Hohlwellenanordnung
12 als Getriebeeingangswelle ausgebildete innere Hohlwelle 14 als Rotorwelle ausgebildete äußere Hohlwelle
16 Steckverzahnung
18 Außenverzahnung
20 Innenverzahnung
22 Einströmende 24 Ausströmende
26 Wellenabsatz
28 Durchgangsöffnungen der Getriebeeingangswelle
30 Fluidzuführung
32 Fluidstrom 34 Durchgangsöffnungen der Rotorwelle
36 Zwischenraum
Di Innendurchmesser des Wellenabsatzes
D2 Fußkreisdurchmesser der Innenverzahnung

Claims

Patentansprüche
1. Hohlwellenanordnung (10) für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine innere Hohlwelle (12) und eine äußere Hohlwelle (14), die mittels einer Steckverzahnung (16) miteinander verbunden sind, wobei eine Außenverzahnung (18) der inneren Hohlwelle (12) drehfest mit einer Innenverzahnung (20) der äußeren Hohlwelle (14) in Eingriff steht, dadurch gekennzeichnet, dass
- die innere Hohlwelle (12) ein Einströmende (22) zum Zuführen eines Fluids ins Innere der inneren Hohlwelle (12) und ein Ausströmende (24) aufweist, das innerhalb der Innenverzahnung (20) in die äußere Hohlwelle (14) mündet;
- vom Einströmende (22) der inneren Hohlwelle (12) aus betrachtet in axialer Richtung hinter der Innenverzahnung (20) ein innerer Wellenabsatz (26) der äußeren Hohlwelle (14) angeordnet ist, dessen Innendurchmesser (Di) kleiner als ein Fußkreisdurchmesser (D2) der Innenverzahnung (20) ist, sodass beim Rotieren der Hohlwellen (12, 14) das aus dem Ausströmende (24) der inneren Hohlwelle (12) austretende Fluid zumindest teilweise durch den Wellenabsatz (26) in einem Zahnfußbereich der Innenverzahnung (20) aufgestaut wird und innerhalb der Steckverzahnung (16) in Richtung des Einströmendes (22) der inneren Hohlwelle (12) zurückfließt.
2. Hohlwellenanordnung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenverzahnung (20) der äußeren Hohlwelle (14) die Außenverzahnung (18) der inneren Hohlwelle (12) in axialer Richtung so weit in Richtung des Wellenabsatzes (26) überragt, dass beim Rotieren der Hohlwellen (12, 14) zumindest ein Teil des aus dem Ausströmende (24) der inneren Hohlwelle (12) austretenden Fluids fliehkraftbedingt zur nicht mit der Außenverzahnung (18) in Eingriff stehenden Innenverzahnung (20) der äußeren Hohlwelle (14) gelangt.
3. Hohlwellenanordnung (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Hohlwelle (14) vom Wellenabsatz (26) aus betrachtet hinter der Steckverzahnung (16) zumindest eine sich in radialer Richtung erstreckende Durchgangsöffnung (34) aufweist, durch welche der durch die Steckverzahnung (16) zurückfließende Anteil des Fluids aus der äußeren Hohlwelle (14) austreten kann.
4. Hohlwellenanordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Hohlwelle (12) zumindest eine sich in radialer Richtung erstreckende Durchgangsöffnung (28) aufweist, durch welche ein Teil des durch das Einströmende (22) zugeführten Fluids aus der inneren Hohlwelle (12) austretenden kann.
5. Hohlwellenanordnung (10) nach Anspruch 4 in dessen Rückbezug auf Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchgangsöffnungen (28, 34) der Hohlwellen (12, 14) über einen zwischen den Hohlwellen (12, 14) ausgebildeten Zwischenraum (36) miteinander verbunden sind.
6. Hohlwellenanordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine im Bereich des Einströmendes (22) der inneren Hohlwelle (12) angeordnete Fluidzuführung (30) das Fluid schräg zur Längsrichtung der inneren Hohlwelle (12) einleitet.
7. Hohlwellenanordnung (10) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidzuführung (30) wenigstens eine Düse aufweist, die schräg zur Längsrichtung der inneren Hohlwelle (12) ausgerichtet ist.
8. Hohlwellenanordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Hohlwelle (12) eine Getriebeeingangswelle und die äußere Hohlwelle (14) eine Rotorwelle einer elektrischen Antriebsmaschine ist.
9. Kraftfahrzeug mit zumindest einer Hohlwellenanordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
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