Elektromotorisch angetriebenes Aggregat für ein Fahrzeug

Die Erfindung betrifft ein elektromotorisch angetriebenes Aggregat für ein Fahrzeug, Insbesondere eine Unterdruckpumpe, beispielsweise zur Versorgung eines pneumatischen Bremskraftverstärkers oder eines Bremsstaubabsaugsystems.

Moderne Fahrzeuge verfügen über viele Aggregate, welche von elektrischen Antriebseinheiten beziehungsweise Elektromotoren über rotierende Antriebswellen über drehmomentübertragende Welle-Nabe-Verbindungen angetrieben werden.

Formschlüssige Welle-Nabe-Verbindungen sind aufwändig und besonders teuer in der Fierstellung und anfällig für Zentrierungsfehler.

Kraftschlüssige Klemmverbindungen mit Einsatz von gesonderten Schraubelementen sind aufwändig bei Montage und sind besonders anfällig für Unwuchtfehler.

Es bieten sich daher vergleichsweise einfache, kraftschlüssige Schrumpf- oder Pressverbindungen ohne Formschluss und ohne gesonderte Befestigungselemente.

Als Beispiel für einen relevanten Stand der Technik wird auf ein Elektromotor-Pumpenaggregat gemäß WO 2014/174072 A1 verwiesen, bei dem zwei gegenläufige Pleuel über ein Exzenterrieb mit zwei auf einer Antriebswelle der Antriebseinheit angeordnete Exzenter betätigt werden. Die Antriebswelle ist dabei in die Befestigungsbohrungen der beiden Exzenter gepresst, welche als Naben in der zugeordneten Welle-Nabe-Verbindung fungieren.

Um eine Sichere Drehmomentübertragung sicherzustellen und gleichzeitig Montagekräfte beim Aufschrumpfen beziehungsweise Aufpressen gering zu halten und zugleich Beschädigung von Komponenten zu vermeiden, müssen bei einem derartigen Verbindungstyp die Toleranzen der Teilepaarungen präzise innerhalb eines engen definierten Bereichs eingehalten werden, was den Herstell- und Prüfaufwand erhöht.

Um höhere Drehmomente auch bei gröberen Toleranzen zu übertragen sind Welle-Nabe-Verbindungen mit einer gerändelten statt einer glatten Welle bekannt. Aufgrund der groben Toleranzen insbesondere bei der gerändelten Welle kann es jedoch Vorkommen, dass das Übermaß in seinem Wert stark schwankt und gelegentlich besonders groß ausfallen kann.

In einem solchen Fall werden zum Aufpressen der Nabe sehr hohe Montagekräfte und somit besonders leistungsfähige und teurere Montageaggregate benötigt.

Werden mehrere Naben hintereinander auf dem gleichen Rändel aufgepresst, besteht die Gefahr, dass das Rändel im vorderen Bereich der Welle durch das Aufpressen der ersten Nabe plastisch Verformt und dabei derart stark vorgeschädigt wird, dass das benötigte Übermaß und somit ein ausreichend fester Sitz der nachfolgenden Nabe auf dem vorgeschädigten Rändelabschnitt nicht mehr gewährleistet werden kann.

Dies kann zu einem höheren Ausschuss und Ausfallhäufigkeit im Betrieb führen und einen erhöhten Kontrollaufwand verursachen.

Es stellt sich die Aufgabe ein verbessertes Aggregat mit einer über Presspassung erzeugten kraftschlüssigen Welle-Nabe-Verbindung vorzuschlagen, welche auch bei gröberen Toleranzen reduzierte Montagekräfte und verbesserte Dauerhaltbarkeit ermöglicht.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmalskombination nach dem unabhängigen Anspruch 1 gelöst. Unteransprüche geben weitere erfindungsgemäße Ausführungen und Weiterbildungen an.

Die Erfindung sieht vor, dass die Antriebswelle im Verbindungsbereich mit der Nabe ein Rändel und die Nabe in ihrer Befestigungsbohrung wenigstens eine axial ausgerichtete Nut aufweisen. Dadurch wird die Kontaktfläche zwischen der Antriebswelle und der Nabe gezielt und definiert reduziert und somit die benötigte Einpresskraft innerhalb eines optimalen, definierten Bereichs konstruktiv zwangsweise begrenzt. Ausschuss und Nacharbeit in der Fertigung können damit auch bei groben Toleranzen und hohen Übermaßen reduziert werden.

Die Erfindung kann besonders effektiv eingesetzt werden, wenn das Aggregat wenigstens zwei Naben umfasst, welche hintereinander an derselben Rändel angeordnet sind. So wird im Bereich der Nut der montierten Nabe das Rändel geschont und steht der weiteren, nachfolgend montierten Nabe garantiert unbeschädigt zur Verfügung. Dies garantiert eine gut voraussehbare, sichere Verpreussung beider Naben, mit einem berechenbaren Verhalten bei Montage und im Betrieb.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform können die Naben um 180° um die durch die Drehachse D verlaufende Orthogonale O der Symmetrieebene S gegeneinander verdreht an der Antriebswelle angeordnet sein. Bei einer derartigen Anordnung können die beiden Naben herstell- und montagegünstig identisch ausgebildet werden um beispielsweise einen Pleueltrieb anzutreiben.

Eine effektive Verbindung mit besonders einfachen Montage und zuverlässig prognostizierbaren Verhalten kann realisiert werden, wenn das Rändel mit achsparallel zu einer Mittelachse der Antriebswelle ausgerichteten Rillen ausgebildet ist.

Die erfindungsgemäße Welle-Nabe-Verbindung kann dabei besonders effektiv bei stark wechselnden Belastungsfällen eingesetzt werden, wenn die Nabe beispielsweise ein Exzenter ausgebildet ist.

Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Nutgrund der Nut derart von der Mantelfläche der Befestigungsbohrung in radiale Richtung beabstandet vorgesehen ist, dass zwischen dem Nutgrund und dem Rändel eine Spielpassung oder ein garantierter radialer Abstand vorliegt. Die zu erwartenden Montage- und Presskräfte können besonders zuverlässig vorausberechnet werden.

Für eine verbesserte, gleichmäßige Kraftverteilung sieht eine Weiterbildung der Erfindung vor, dass in der Befestigungsbohrung der Nabe wenigstens zwei in Umfangsrichtung zueinander beabstandet ausgebildeten axialen Nuten angeordnet sind. Für eine einfache Herstellbarkeit und eine besonders gleichmäßige, symmetrische Kraftverteilung insbesondere bei Einsatz in einem Exzenter sieht eine Ausführungsform der Erfindung vor, dass die Nuten in Bezug auf die Symmetrieebene des Exzenters spiegelsymmetrisch ausgebildet sind.

Eine andere Ausführungsform sieht vor, dass die Nuten achssymmetrisch sowie in Bezug auf die Symmetrieebene des Exzenters in eine Umfangsrichtung versetzt ausgebildet sind. Hierdurch kann insbesondere bei Verwendung von zwei Naben sichergestellt werden, dass die Nuten der beiden Naben sich im Einbauzustand in Umfangsrichtung nicht überlappen so dass jede Nabe an der Antriebswelle gleiche Drehfestigkeit aufweist und gleiche Montagekräfte erforderlich sind. Frühausfällen aufgrund mangelnder Haftung an der Pressstelle werden effektiv vermieden.

Für eine besonders symmetrische und gleichmäßige Kraftverteilung in der Nabe und zugleich eine effektive Zentrierung sieht eine weitere Ausführungsform vor, dass in der Befestigungsbohrung der Nabe wenigstens drei in Umfangsrichtung zueinander beabstandet ausgebildeten axialen Nuten angeordnet sind.

Insbesondere bei Verwendung von zwei nebeneinander angeordneten Naben ist können gemäß einer Weiterbildung der Erfindung die kumulierten Abstände zwischen den Nuten in Umfangsrichtung im Vergleich zu kumulierten Breiten der Nuten größer oder gleich ausgebildet sein. Dadurch kann die erstmontierte Nabe sogar bei der der ungünstigsten Toleranzkombination mit dem größtmöglichen Übermaß höchstens die Hälfte der Rändeloberfläche in Umfangsrichtung beim Aufpressen vorschädigen, so dass der jeweils nachfolgend montierten Nabe mindestens der gleiche Oberflächenanteil des Rändels unbeschädigt zur Verfügung steht.

Besonders effektiv kann die erfindungsgemäße Well-Nabe-Verbindung dabei in einer Unterdruckpumpe, insbesondere zur Unterdruckversorgung eines Bremsgeräts in einem Kraftfahrzeug eingesetzt werden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand Figurenbeschreibungen detailliert erklärt. Hierbei zeigen:

Fig.1 ein gattungsgemäßes elektromotorisch angetriebenes Aggregat am Beispiel einer Unterdruckpumpe. Fig.2 eine Ausführungsform des Triebes einer Unterdruckpumpe nach Fig.1 mit je zwei spiegelsymmetrisch in Bezug auf die Symmetrieebene des Exzenters in der Befestigungsbohrung des Exzenters ausgebildeten Nuten in einer räumlichen Explosionsdarstellung (a) sowie als Querschnitt (b) im Zusammenbau.

Fig.3 eine weitere Ausführungsform des Triebes einer Unterdruckpumpe nach Fig.1 mit je zwei achssymmetrisch und in Bezug auf die Symmetrieebene des Exzenters umfangsversetzt in der Befestigungsbohrung des Exzenters ausgebildeten Nuten in einer räumlichen Explosionsdarstellung (a) sowie als Querschnitt (b) im Zusammenbau.

Fig. 4 bis 7 zeigen stark vereinfacht unterschiedliche Ausführungsformen der Naben, jeweils mi einer einzelnen Nabe (a) sowie im Zusammenbau (b), mit zwei gegeneinander versetzt auf der Antriebswelle montierten Naben.

Fig.1

Fig.1 zeigt ein gattungsgemäßes Aggregat 1 am Beispiel einer Unterdruckpumpe zur Versorgung eines pneumatischen Bremskraftverstärkers für hydraulische Bremsanlage eines Kraftfahrzeugs.

Eine am Gehäuse des Aggregats 1 befestigte elektrische Antriebseinheit 2 treibt über einen Exzentertrieb zwei über Wälzlager 11 , 11 ' daran gelagerten gegenläufige Pleuel 12, 12' an, welche ihre Bewegung an zwei gegenüberliegend angeordneten Membraneinheiten übermitteln.

Der Exzentertrieb umfasst Exzenter 5, 5‘, welche als Naben kraftschlüssig sowie drehtest mit axialen Befestigungsbohrungen 4, 4' mit einer Presspassung auf einer um die Drehachse D rotierende Antriebswelle 3 fixiert sind. Die beiden Exzenter beziehungsweise Naben (5, 5‘) sind identisch ausgebildet und spiegelverkehrt ausgerichtet unmittelbar nebeneinander auf der Antriebswelle 3 positioniert. Zu diesem Zweck sind um 180° um die durch die Drehachse D verlaufende Orthogonale 0 der Symmetrieebene S gegeneinander verdreht positioniert, so dass ihre jeweiligen axialen Stirnseiten 15, 15' aufeinander liegen und die jeweiligen Rückseiten 16,16' voneinander weisen. Fig.2

Fig.2 zeigt eine erste Ausführungsform der Welle-Nabe-Verbindung eines Exzentertriebes nach Fig.1 . Die Antriebswelle 3 weist in ihrem Verbindungsabschnitt zu den beiden Naben 5, 5‘ ein Rändel 6 mit achsparallel zur Drehachse D ausgerichteten Rillen 10. In der der Befestigungsbohrung 4 der Nabe 5 sind zwei gegenüberliegenden axial ausgerichteten Nuten 7, 7‘ ausgebildet. Beim Montieren der Nabe 5 auf dem Rändel 6 der Antriebswelle 3 weisen die von den Nuten 7,7' übergriffenen Bereiche der Rändel 6 keine Presspassung mit der Nabe 5 auf. Vorzugsweise sind die Nuten 7,7' derart ausgelegt, dass der jeweilige Nutgrund 8, 8' in radiale Richtung zum Rändel 6 beabstandet ist, so dass in diesen Bereichen eine Spielpassung Aufbauprinzip der vorstehend beschriebenen Ausführungsform vorliegt.

Flierdurch reduziert sich der Kontaktbereich zwischen der Antriebswelle 3 und der Befestigungsbohrung 4 der Nabe 5 auf einen zwischen den Nuten 7, 7' in Umfangsrichtung erstreckenden Restbereich der Mantelfläche 9 der Befestigungsbohrung 4. Die Presskraft und hierdurch auch die zum Aufschiebend der Nabe 5 bei Montage benötigte Kraft werden reduziert.

Der Aufbauprinzip der vorstehend beschriebenen Ausführungsform wird ebenso durch die Fig. 5 verdeutlicht.

Fig.3

In der Fig.3 ist eine andere Ausführungsform der Welle-Nabe-Verbindung dargestellt, welche zur Verdeutlichung zusätzlich in der Fig.6 gezeigt ist. Im Unterschied zu der Ausführungsform nach Fig.1 , bei der die beiden Nuten 7, 7‘ im Wesentlichen ebenensymmetrisch zur Symmetrieebene S des Exzenters 5 ausgerichtet sind, sind die beiden Nuten 7, 7‘ bei der vorliegenden Ausführungsform lediglich achssymmetrisch zur Drehachse D sowie um einen Versatzwinkel 13 in Umfangsrichtung zu der Symmetrieebene S gedreht angeordnet. Im gezeigten Ausführungsbeispiel beträgt der Versatzwinkel 1345°.

Durch einen derartigen Aufbau überlappen sich im Zusammenbau die Nuten der beiden Exzenter beziehungsweise Naben 5, 5‘ nicht in Umfangsrichtung. Dadurch steht ein von den Nuten 7, 7' der ersten Nabe 5 ausgesparte und somit garantiert unbeschädigte Bereich des Rändels 6 in seiner ursprünglichen Form für das Verpressen mit der Rest-Mantelfläche 9 der Nachfolgenden Nabe 5' zu Verfügung.

Fig.4

Fig.4 zeigt stark vereinfacht und nicht maßstäblich den Aufbauprinzip einer weiteren Ausführungsform der Welle-Nabe-Verbindung, mit lediglich einer einzelnen axialen Nut7 pro Nabe 5.

Der Nutgrund 8 der Nut 7 ist derart von einer Mantelfläche 9 der Befestigungsbohrung 4 in radiale Richtung beabstandet vorgesehen, dass zwischen dem Nutgrund 8 und dem Zacken-Querschnittsprofil der Rändel 6 eine Spielpassung, vorzugsweise stets ein geringer Abstand vorliegt.

Insbesondere aus der Zusammenbauansicht b wird deutlich, dass bei Montage von zwei analog ausgebildeten Naben 5, 5‘, welche im Zusammenbau um 180° um die Drehachse D oder um die durch die Drehachse D verlaufende Orthogonale 0 der Symmetrieebene S gegeneinander verdreht positioniert sind, ein durch die Nut 7 der jeweils ersten Nabe 5 unberührt gebliebene Umfangsbereich des Rändels 6 in seiner ursprünglichen Form zum Verpressen gegen die Mantelfläche 9 der Befestigungsbohrung 4‘ der nachfolgend montierten, zweiten Nabe 5‘ verfügbar ist.

Fig.5

Die Fig.5 verdeutlicht den Aufbauprinzip der Ausführungsform gemäß Fig.2. Die zwei gegenüberliegenden Nuten 7, 7‘ sind im Bezug auf eine Symmetrieebene S des Exzenters beziehungsweise der Nabe 5 spiegelsymmetrisch ausgebildet. Dies führt dazu, dass die Nuten der beiden Naben 5,5' im Zusammenbau sich in Umfangsrichtung vollständig überlappen. Eine solche Ausführungsform kann beispielsweise bei solchen Fällen geeignet sein, wenn aufgrund bestimmter Werkstoffkombinationen, Verarbeitungsprozesse oder Betriebszustände besonders häufig mit einem erhöhten Übermaß zu rechnen ist, wogenden das Risiko einer unzureichenden Drehmomentübertragbarkeit eher gering ausfällt. Unerwünschte Kraftspitzen können durch derartige Konstruktion zuverlässig vermieden werden. Fig.6

Die Fig.6 verdeutlicht den Aufbauprinzip der besonders universell einsetzbaren Ausführungsform der Welle-Nabe-Verbindung gemäß Fig.3.

Im Unterschied zu der Ausführung nach Fig.2 und 5 sind die beiden gegenüberliegenden Nuten 7, 7‘ in Bezug auf die Symmetrieebene S des Exzenters um den Versatzwinkel 13 in Umfangsrichtung gedreht positioniert. Zudem sind die kumulierten Abstände (A1 +A2) zwischen den Nuten 7 und 7‘ mindestens gleich oder vorzugsweise größer, als die kumulierten Breiten (B1 +B2) der beiden Nuten 7, und 7.

Eine solche Auslegung führt dazu, dass im Zusammenbau, wenn die zweitmontierte Nabe 5‘ in Vergleich zur der erstmontierten Nabe 5 um 180° um die durch die Drehachse D verlaufende Orthogonale O der Symmetrieebene S verdreht an der Antriebswelle 3 aufgepresst ist, die Nuten der beiden Naben 5 und 5‘ sich garantiert nicht in Umfangsrichtung überlappen.

Fig.7

Fig.3 zeigt eine weitere Ausführungsform der Welle-Nabe-Verbindung, welche eine verbesserte Zentrierung, insbesondere unter Last aufweist.

In der Befestigungsbohrung 4 der Nabe 5 sind hier drei axiale Nuten 7, 7‘, 7“ angeordnet. Diese sind in Umfangsrichtung gleichmäßig mit einem Abstandswinkel 14 zueinander versetzt.

Die Nuten 7, 7‘, 7“ sind ebenso wie bei der Ausführung nach Fig.5 herstellungsgünstig spiegelsymmetrisch in Bezug auf die Symmetrieebene S ausgebildet. Aufgrund ihrer ungeraden Anzahl und gleichmäßiger Umfangsverteilung überlappen sich die Nuten der beiden Naben 5 und 5‘ dennoch nicht im Zusammenbau.

Im Übrigen gelten das gleiche Prinzip und gleiche Vorteile wie bei der Ausführungsform nach Fig 6. Die Anzahl der Nuten sowie deren Verteilung am Umfang der Befestigungsbohrung in der Nabe können Innerhalb der Erfindung unter Beibehaltung des erfindungsgemäßen Grundprinzips selbstverständlich von den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen abweichen und variieren.

Bezugszeichen

1 Aggregat

2 Antriebseinheit

3 Antriebswelle

4 Befestigungsbohrung

5 Nabe

6 Rändel

7 Nut

8 Nutgrund

9 Mantelfläche

10 Rille

11 Wälzlager

12 Pleuel

13 Versatzwinkel

14 Abstandswinkel

15 Stirnseite

16 Rückseite

A Nutabstand

B Nutbreite

D Drehachse

S Symmetrieebene

0 Orthogonale