DE102017130258A1

DE102017130258A1 - Motorwellenbaugruppe und montageverfahren mit einem einsatz, der eine fluidleitung bereitstellt

Info

Publication number: DE102017130258A1
Application number: DE102017130258.1A
Authority: DE
Inventors: Cyrille Goldstein; Joel Hetrick; Edward William Haran; Elizabeth Rose Bifano
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2016-12-19
Filing date: 2017-12-15
Publication date: 2018-06-21
Also published as: US10352351B2; CN108206604B; US20180172063A1; US11028873B2; US20190277332A1; CN108206604A

Abstract

Eine beispielhafte Wellenbaugruppe beinhaltet eine äußere Welle, die um eine Achse drehbar ist, und einen Welleneinsatz, der eine Leitung für ein Fluid bereitstellt und das Fluid davon abhält, radial zwischen dem Welleneinsatz und der äußeren Welle relativ zur Achse zu fließen. Ein beispielhaftes Wellenmontageverfahren beinhaltet das Positionieren eines Welleneinsatzes innerhalb einer äußeren Welle. Der Welleneinsatz weist eine Fluidleitung auf und ist dazu konfiguriert, Fluid davon abzuhalten, radial zwischen dem Welleneinsatz und der äußeren Welle zu kommunizieren.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Diese Offenbarung betrifft im Allgemeinen eine Wellenbaugruppe für einen Motor und insbesondere eine Motorwellenbaugruppe, die einen Einsatz eingliedert, der eine Fluidleitung durch die Motorwellenbaugruppe bereitstellt.
STAND DER TECHNIK
Elektrifizierte Fahrzeuge unterscheiden sich von herkömmlichen Kraftfahrzeugen unter anderem dadurch, dass elektrifizierte Fahrzeuge selektiv mittels einer oder mehrerer elektrischen Maschinen, die von einer Traktionsbatterie mit Leistung versorgt werden, angetrieben werden. Die elektrischen Maschinen können die elektrifizierten Fahrzeuge anstelle von oder zusätzlich zu einem Verbrennungsmotor antreiben. Beispiele für elektrifizierte Fahrzeuge sind Hybrid-Elektrofahrzeuge (HEV), Plug-in-Hybrid-Elektrofahrzeuge (PHEV), Brennstoffzellenfahrzeuge (FCV) und batterieelektrische Fahrzeuge (BEV).
Die Traktionsbatterie kann selektiv dazu verwendet werden, die elektrischen Maschinen und andere elektrische Lasten des elektrifizierten Fahrzeugs mit Leistung zu versorgen. Die Traktionsbatterie beinhaltet eine Vielzahl miteinander verbundener Batteriezellen, die Energie zur Leistungsversorgung dieser elektrischen Lasten speichern. Komponenten der elektrifizierten Maschinen tragen zum Gesamtgewicht des elektrifizierten Fahrzeugs bei. Die elektrifizierten Maschinen können Wärmemanagement und Schmierung erforderlich machen.
ZUSAMMENFASSUNG
Eine Wellenbaugruppe gemäß einem beispielhaften Aspekt der vorliegenden Offenbarung beinhaltet unter anderem eine äußere Welle, die um eine Achse drehbar ist, und einen Welleneinsatz, der eine Strömungsleitung für ein Fluid bereitstellt und das Fluid davon abhält, radial zwischen dem Welleneinsatz und der äußeren Welle relativ zur Achse zu fließen.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform der vorangehenden Baugruppe wird der Welleneinsatz verschiebbar innerhalb der äußeren Welle aufgenommen.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform einer der vorangehenden Baugruppen ist der Welleneinsatz innerhalb der äußeren Welle geformt.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform einer der vorangehenden Baugruppen sind Abschnitte des Welleneinsatzes radial von der äußeren Welle beabstandet, um einen ringförmigen Hohlraum zwischen dem Welleneinsatz und der äußeren Welle relativ zur Achse bereitzustellen.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform einer der vorangehenden Baugruppen umfasst der ringförmige Hohlraum einen ersten ringförmigen Hohlraum und einen zweiten ringförmigen Hohlraum, der vom ersten ringförmigen Hohlraum getrennt ist.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform einer der vorangehenden Baugruppen erstreckt sich mindestens eine radial erstreckende Rippe des Welleneinsatzes zur äußeren Welle. Die mindestens eine sich radial erstreckende Rippe trennt den ersten ringförmigen Hohlraum vom zweiten ringförmigen Hohlraum.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform einer der vorangehenden Baugruppen berührt ein radialer äußerer Umfang des Welleneinsatzes die äußere Welle entlang der gesamten axialen Länge des Welleneinsatzes.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform einer der vorangehenden Baugruppen weist die äußere Welle eine erste Materialzusammensetzung auf, und der Welleneinsatz weist eine zweite Materialzusammensetzung mit einer niedrigeren Dichte als die Dichte der ersten Materialzusammensetzung auf.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform einer der vorangehenden Baugruppen umfasst die Materialzusammensetzung ein Metall oder eine Metalllegierung, und die zweite Materialzusammensetzung umfasst ein polymerbasiertes Material, ein Verbundmaterial oder beides.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform einer der vorangehenden Baugruppen umfasst der Einsatz eine Röhre, die ein Metall oder eine Metalllegierung ist, und der Einsatz ist gegen die äußere Welle abgedichtet.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform einer der vorangehenden Baugruppen ist eine Getriebekomponente eines elektrifizierten Fahrzeugs beinhaltet, die drehbar an die äußere Welle gekoppelt ist.
Ein Wellenmontageverfahren gemäß dem Montageverfahren nach einem weiteren beispielhaften Aspekt der vorliegenden Offenbarung beinhaltet unter anderem das Positionieren eines Welleneinsatzes innerhalb einer äußeren Welle. Der Welleneinsatz weist eine Fluidleitung auf und ist dazu konfiguriert, Fluid davon abzuhalten, radial zwischen dem Welleneinsatz und der äußeren Welle zu kommunizieren.
Eine weitere nicht einschränkende Ausführungsform des vorangehenden Verfahrens beinhaltet das Einführen des Welleneinsatzes als eine gegossene Komponente in die äußere Welle.
Eine weitere nicht einschränkende Ausführungsform des vorangehenden Verfahrens beinhaltet das Gießen des Welleneinsatzes innerhalb der äußeren Welle.
Eine weitere nicht einschränkende Ausführungsform des vorangehenden Verfahrens beinhaltet das radiale Beabstanden von Abschnitten des Welleneinsatzes von der äußeren Welle, um mindestens einen ringförmigen Hohlraum zwischen dem Welleneinsatz und der äußeren Welle relativ zur Achse bereitzustellen.
Eine weitere nicht einschränkende Ausführungsform des vorangehenden Verfahrens beinhaltet das Trennen des ringförmigen Hohlraums in einen ersten ringförmigen Hohlraum und einen getrennten, zweiten ringförmigen Hohlraum mithilfe mindestens einer Rippe, die sich radial vom Welleneinsatz erstreckt.
Eine weitere nicht einschränkende Ausführungsform des vorangehenden Verfahrens beinhaltet das Positionieren des Welleneinsatzes auf eine Weise, dass ein radialer äußerer Umfang des Welleneinsatzes die äußere Welle entlang der gesamten axialen Länge des Welleneinsatzes berührt.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform des vorangehenden Verfahrens weist die äußere Welle eine erste Materialzusammensetzung auf, und der Welleneinsatz weist eine zweite Materialzusammensetzung mit einer niedrigeren Dichte als die Dichte der ersten Materialzusammensetzung auf.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform des vorangehenden Verfahrens umfasst die erste Materialzusammensetzung ein Metall oder eine Metalllegierung umfasst, und die zweite Materialzusammensetzung umfasst ein polymerbasiertes, ein Verbundmaterial oder beides.
Eine weitere nicht einschränkende Ausführungsform des vorangehenden Verfahrens beinhaltet das Drehen einer Getriebekomponente eines elektrifizierten Fahrzeugs mit der äußeren Welle.
Figurenliste
Die verschiedenen Merkmale und Vorteile der offenbarten Beispiele werden sich Fachleuten durch die detaillierte Beschreibung erschließen. Die Figuren, welche die detaillierte Beschreibung begleiten, lassen sich kurz wie folgt beschreiben:

1 stellt eine schematische Ansicht eines beispielhaften Antriebsstrangs für ein elektrifiziertes Fahrzeug dar.
2 stellt eine Perspektivansicht eines Motor des beispielhaften Antriebsstrangs aus 1 dar.
3 stellt eine Seitenansicht eines Abschnitts des Motors aus 3 dar, wobei ein Stator des Motors geschnitten ist, um einen Rotor des Motors zu zeigen.
4 stellt eine Schnittansicht entlang Linie 4-4 aus 3 einer Wellenbaugruppe des Motors dar.
5 stellt eine Schnittansicht entlang Linie 5-5 aus 4 einer Wellenbaugruppe des Motors dar.
6 stellt einen Schritt in einem Montageverfahren für die Wellenbaugruppe aus 4 dar.
7 stellt eine Schnittansicht einer Welle für den Motor aus 2 gemäß einer anderen beispielhaften Ausführungsform dar.
8 stellt einen Schritt in einem Montageverfahren für die Wellenbaugruppe aus 7 dar.
9 stellt eine Wellenbaugruppe zur Verwendung im Motor aus 2 gemäß einer anderen beispielhaften Ausführungsform dar.
10 stellt eine Wellenbaugruppe zur Verwendung im Motor aus 2 gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform dar.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Diese Offenbarung ist auf eine Wellenbaugruppe für einen Motor gerichtet. Die Wellenbaugruppe gliedert einen Einsatz mit ein. Der Einsatz reduziert ein Gesamtgewicht der Wellenbaugruppe. Der Einsatz beinhaltet eine Leitung, die dazu verwendet wird, ein Fluid durch die Wellenbaugruppe zu kommunizieren. Diese und andere Merkmale werden ausführlicher in den folgenden Abschnitten dieser detaillierten Beschreibung besprochen.
1 stellt schematisch einen Antriebsstrang 10 für ein elektrifiziertes Fahrzeug dar. Obwohl es als ein Hybrid-Elektrofahrzeug (HEV) abgebildet ist, versteht es sich, dass die hierin beschriebenen Konzept nicht auf HEV beschränkt sind und sich auf andere Typen herkömmlicher Fahrzeuge und elektrifizierter Fahrzeuge ausdehnen können, einschließlich, ohne darauf beschränkt zu sein, Plug-in-Hybrid-Elektrofahrzeuge (PHEV), batterieelektrische Fahrzeuge (BEV) usw.
Der Antriebsstrang 10 des beispielhaften elektrifizierten Fahrzeugs beinhaltet ein Batteriepack 14 mit einer Vielzahl von Batterieanordnungen 18, einem Verbrennungsmotor 20, einem Motor 22 und einem Generator 24. Der Motor 22 und der Generator 24 sind elektrische Maschinentypen. Der Motor 22 und der Generator 24 können getrennt sein oder die Form eines kombinierten Motor-Generators aufweisen. Dieser Motor 22, der Generator 24 oder beides können Teil eines Getriebes für das elektrifizierte Fahrzeug sein. Durchgänge zur Kommunikation eines Fluids Abschnitte des Motors 22, des Generators 24 oder beider können dabei helfen, Schmierungs- und Wärmemanagementanforderungen für den Motor 22, den Generator 24, Lager des Motors 22 und des Generators 24 und anderer dem Getriebe zugehöriger Komponenten zu erfüllen.
In dieser Ausführungsform ist der Antriebsstrang 10 ein leistungsverzweigter Antriebsstrang, der ein erstes Antriebssystem und ein zweites Antriebssystem einsetzt. Das erste und zweite Antriebssystem erzeugen Drehmoment, um ein oder mehrere Fahrzeugantriebsradsätze 28 anzutreiben. Das erste Antriebssystem beinhaltet eine Kombination aus dem Verbrennungsmotor 20 und dem Generator 24. Das zweite Antriebssystem beinhaltet mindestens den Motor 22, den Generator 24 und das Batteriepack 14. Der Motor 22 und der Generator 24 sind Abschnitte eines elektrischen Antriebssystem des Antriebsstrangs 10.
Der Verbrennungsmotor 20 und der Generator 24 können durch eine Leistungsübertragungseinheit 30 verbunden sein, wie zum Beispiel einem Planetenradsatz. Natürlich können auch andere Arten von Leistungsübertragungseinheiten, einschließlich anderer Radsätze und Getriebe, dazu benutzt werden, um den Verbrennungsmotor 20 mit dem Generator 24 verbunden werden. In einer nicht einschränkenden Ausführungsform ist die Leistungsübertragungseinheit 30 ein Planetenradsatz, der ein Hohlrad 32, ein Sonnenrad 34 und eine Trägerbaugruppe 36 beinhaltet.
Der Generator 24 kann von dem Verbrennungsmotor 20 über die Leistungsübertragungseinheit 30 angetrieben werden, um Bewegungsenergie in elektrische Energie umzuwandeln. Der Generator 24 kann alternativ als Motor fungieren, um elektrische Energie in Bewegungsenergie umzuwandeln, wodurch Drehmoment an eine Welle 38 ausgegeben wird, die mit der Leistungsübertragungseinheit 30 verbunden ist.
Das Hohlrad 32 der Leistungsübertragungseinheit 30 ist mit einer Welle 40 verbunden, die mit den Fahrzeugantriebsrädern 28 über eine zweite Leistungsübertragungseinheit 44 verbunden ist. Die zweite Leistungsübertragungseinheit 44 kann einen Radsatz mit einer Vielzahl von Zahnrädern 46 beinhalten. Andere Leistungsübertragungseinheiten können in andere Beispielen verwendet werden.
Die Zahnräder 46 übertragen Drehmoment vom Verbrennungsmotor 20 an ein Differential 48, um letztlich den Fahrzeugantriebsrädern 28 Traktion bereitzustellen. Das Differential 48 kann eine Vielzahl von Zahnrädern beinhalten, welche die Übertragung von Drehmoment an die Fahrzeugantriebsräder 28 ermöglichen. In diesem Beispiel ist die zweite Leistungsübertragungseinheit 44 über das Differential 48 mechanisch an eine Achse 50 gekoppelt, um Drehmoment an die Fahrzeugantriebsräder 28 zu verteilen.
Der Motor 22 kann selektiv eingesetzt werden, um die Fahrzeugantriebsräder 28 durch Ausgeben von Drehmoment an eine Leistungsübertragungseinheitswelle 52 anzutreiben, die mit der zweiten Leistungsübertragungseinheit 44 verbunden ist. In dieser Ausführungsform arbeiten der Motor 22 und der Generator 24 als Teil eines regenerativen Bremssystems zusammen, in dem sowohl der Motor 22 als auch der Generator 24 als Motoreneingesetzt werden, um Drehmoment bereitzustellen. Beispielsweise können der Motor 22 und der Generator 24 jeweils elektrische Leistung ausgeben, um Zellen des Batteriepacks 14 aufzuladen.
Unter Bezugnahme auf 2-5 mit fortgesetzter Bezugnahme auf 1 beinhaltet der Motor 22 eine Motorwellenbaugruppe 60, einen Rotor 64, einen Stator 68 und ein Gehäuse 70. Die Motorwellenbaugruppe 60 ist mit der Leistungsübertragungseinheitswelle 52 verbunden. Der Rotor 64 ist innerhalb des Stators 68 angeordnet. Abschnitte der Motorwellenbaugruppe 60, des Rotors 64 und des Stators 68 sind innerhalb des Gehäuses 70 untergebracht.
Leistung vom Batteriepack 14 oder von einer anderen Quelle führen dem Stator 68 Energie zu, der den Rotor 64 dreht, um die Wellenbaugruppe 60 um eine Achse A zu drehen. Die Drehung der Wellenbaugruppe 60 dreht die Leistungsübertragungseinheitswelle 52, um die zweite Leistungsübertragungseinheit 44 anzutreiben.
Der Rotor 64 umfasst in diesem Beispiel Stapel individueller Lamellen, die an der Wellenbaugruppe 60 befestigt sind. Die Lamellen sind in diesem Beispiel aus Stahl. Die Lamellen könnten axial zwischen einer Mutter 72 und einem radialen Flansch 74 der Wellenbaugruppe 60 zusammengepresst sein.
Das Vergrößern eines Außendurchmessers D_R des Rotors 64 kann ein von dem Rotor 64 und der Wellenbaugruppe 60 erzeugtes Drehmoment erhöhen. Das Erhöhen des Außendurchmessers D_R des Rotors 64 kann das Erhöhen eines Durchmessers D_S der Wellenbaugruppe 60 erfordern. Verpackungsanforderungen könnten ebenfalls erfordern, eine Axiallänge der Welle zu verringern, was zu einer Vergrößerung des Durchmessers D_R führen kann.
In einer beispielhaften, nicht einschränkenden Ausführungsform beinhaltet die Wellenbaugruppe 60 einen Einsatz 76, eine äußere Welle 80 und einen Retentionsring 82. Der Einsatz 76 ist aus einem Material gefertigt, das weniger wiegt als ein Material der äußeren Welle 80. Der Einsatz stellt eine Fluidleitung 84 bereit. Der Einsatz 76 reduziert das Gesamtgewicht der Wellenbaugruppe 60 im Vergleich mit einer ähnlich bemessenen Wellenbaugruppe, die keinen Einsatz hat und eine ähnliche bemessene Fluidleitung mit einer äußeren Welle bereitstellt. Insbesondere ist die Dichte des Einsatzes 76 geringer als eine Dichte der äußeren Welle 80.
Der Einsatz 76 wird innerhalb der äußeren Welle 80 der Wellenbaugruppe 60 aufgenommen. Der Retentionsring 82 kann eine Bewegung des Einsatzes 76 relativ zur äußeren Welle 80 verhindern und, wie im Folgenden erklärt wird, eine Öffnung 90 und eine Stützfläche bereitstellen.
Der Einsatz 76 stellt eine Fluidleitung 84 bereit. Dementsprechend wird die Wellenbaugruppe 60 als hohle Wellenbaugruppe erachtet. Insbesondere weit die Fluidleitung 84 einen Umfang 86 auf, der komplett vom Einsatz 76 bereitgestellt wird. Das heißt, dass die Fluidleitung 84 sich nicht radial zwischen dem Einsatz 76 und der äußeren Welle 80 auf eine Weise erstreckt, dass ein Abschnitt des Umfangs 86 von der äußeren Welle 80 bereitgestellt würde.
Fluid, wie zum Beispiel ein Kühlfluid, ein Schmierfluid oder beides, können sich von einer Fluidzuführung 88 zur Fluidleitung 84 des Einsatzes 76 bewegen. Das Fluid kann beispielsweise dazu verwendet werden, Wärmeenergiewerte des Motors 22 sowie wahlweise anderer Komponenten zu regeln. Das Fluid könnte stattdessen oder zusätzlich dazu verwendet werden, Komponenten des Motors 22 und wahlweise andere Komponenten zu schmieren.
In dieser beispielhaften Ausführungsform bewegt sich Fluid entlang einer Strecke P durch den Öffnungsanschluss 90 in den Retentionsring 82 zur Fluidleitung 84. Der Retentionsring 82 stellt eine Abdichtungsschnittstelle mit der Fluidzuführung 88 bereit. Der Retentionsring 82 kann beispielsweise eine Abdichtung gegen einen Fluideinlassanschluss von der Fluidzuführung in Form einer O-Ring-Dichtung aufweisen.
Der Retentionsring 82 kann ein Metall oder eine Metalllegierung sein. In einer spezifischen Ausführungsform ist der Retentionsring 82 ein Aluminium. Der Retentionsring 82 kann durch Presspassung in die äußere Welle 80 eingepasst werden.
Ein erster Teil des Fluids, das in die Fluidleitung 84 eingetreten ist, fließt durch einen Abschnitt der Fluidleitung 84 und fließt dann radial entlang der Strecken P_R von der Fluidleitung 84. Das Fluid, dass aus der Fluidleitung 84 entlang der radialen Strecken P_R austritt, fließt entlang der radialen Durchgänge 92, die sich durch den Einsatz 76 und die äußere Welle 80 erstrecken. Fluid, das die Strecken P_R entlang fließt, kann beispielsweise dazu benutzt werden, die Lamellen des Rotors 64 zu kühlen, den Stator 68 zu kühlen oder Komponenten zu schmieren, die sich relativ zueinander bewegen. Die beispielhafte Wellenbaugruppe 60 beinhaltet zwei radiale Durchgänge 92, die umlaufend um die Achse A verteilt sind.
Ein zweiter verbleibender Teil des Fluids, der in Fluidleitung 84 eingetreten ist, fließt entlang der gesamten axialen Länge der Fluidleitung 84 und fließt dann entlang einer axialen Strecke P_A von der Fluidleitung 84. Das Fluid, das aus der Fluidleitung 84 entlang der axialen Strecke P_A austritt, fließt entlang eines axialen Durchgangs 94 in die Leistungsübertragungseinheitswelle 52. Das Fluid, das aus der Fluidleitung 84 entlang der axialen Strecke P_A austritt, könnte auch entlang einer Schnittstelle zwischen der äußeren Welle 80 der Wellenbaugruppe 60 und der Leistungsübertragungseinheitswelle 52 fließen. Fluid, das aus der Fluidleitung 84 entlang der axialen Strecke P_A austritt, könnte beispielsweise die Leistungsübertragungseinheitswelle 52 und die der Wellenbaugruppe 60 oder der Leistungsübertragungseinheitswelle 52 zugehörige Stützstruktur schmieren, wie zum Beispiel Lager. Fluid, das aus der Fluidleitung 84 entlang der axialen Strecke P_A austritt, könnte stattessen oder zusätzlich dazu verwendet werden, Komponenten zu schmieren, die sich relativ zueinander bewegen.
Der beispielhafte Einsatz 76 ist ein polymerbasiertes Material, wie zum Beispiel einem Harz- oder Kunststoffmaterial. Der Einsatz 76 könnte beispielsweise ein Duroplastharz oder ein geformter Kunststoff sein, wie zum Beispiel Nylon. In manchen Beispielen ist der Einsatz 76 ein Verbundmaterial, zu dem ein Fasermaterial zählen kann. Ein Verbundmaterial könnte stattdessen oder zusätzlich dazu ein mit Zusatzstoffen gefülltes Material sein, wie zum Beispiel Mikrokügelchen, oder injizierte Lufteinschlüsse mit einschließen, um eine Dichte des Einsatzes 76 zu reduzieren. Die beispielhafte äußere Welle 80 ist ein Metall oder eine Metalllegierung. Der beispielhafte Retentionsring 82 ist Aluminium oder Stahl. Der Einsatz 76 ersetzt effektiv schwereres, metallisch-basiertes Material. Die Verwendung des Einsatzes 76 kann damit ein Gesamtgewicht der Wellenbaugruppe im Vergleich zu Wellenbaugruppen ohne Einsatz reduzieren.
Insbesondere berührt ein radialer Außendurchmesser des Einsatzes 76 die äußere Welle 80 entlang einer gesamten axialen Länge des Einsatzes 76. Während der Einsatz 76 komplett entfernt werden und der vom Einsatz 76 besetzte Bereich offen gelassen werden könnte, um ein Gewicht der Wellenbaugruppe 60 zu reduzieren, würde dieser Ansatz nicht die Fluidleitung 84 mit einem relativ kleinen Querschnittsdurchmesser bereitstellen. Das heißt, wenn der Einsatz 76 komplett von der Wellenbaugruppe 60 entfernt würde, müsste Fluid zusätzlich den von dem Einsatz 76 besetzten Bereich füllen. In dem Fall wäre viel mehr Fluid notwendig, und der Fluiddruck könnte nicht so genau geregelt werden. Ferner würde das Fluid daran gehindert, reibungslos durch die Wellenbaugruppe 60 zu fließen, da der relativ kleine Querschnittsdurchmesser der Fluidleitung 84 innerhalb des Einsatzes 76 einen reibungslosen Fluidstrom garantiert.
The Retentionsring 82 kann eine Stützfläche für die Wellenbaugruppe 60 bereitstellen. Die Stützfläche könnte beispielsweise eine Schnittstelle mit stützenden Lagern aufweisen. Die Bereitstellung der Stützfläche mit dem Retentionsring 82 macht die Stützfläche weniger anfällig für Abnutzung, als wenn der Einsatz 76 die Stützfläche bereitstellen würde.
Ferner verhindert der Retentionsring 82, der aus einem härteren Material gefertigt ist als der Einsatz 76, zumindest ein gewisses Abnutzen der dem Fluideinlassanschluss zugehörigen Abdichtung von der Fluidzuführung 88. Das heißt, die Abdichtung könnte sich schneller abnutzen, wenn sie eine Schnittstelle zum Einsatz 76 statt zum Retentionsring 82 aufweisen würde.
Unter Bezugnahme auf 6, mit fortgesetzter Bezugnahme 5, kann der Einsatz 76 innerhalb der äußeren Welle 80 der Wellenbaugruppe 60 geformt sein. In den Beispielen dieser Offenbarung wird der Einsatz 76 als eine einzelne monolithische Struktur gezeigt. Der Einsatz 76 könnte stattdessen durch eine Vielzahl separater Einsatzabschnitte bereitgestellt werden.
Wenn der Einsatz 76 innerhalb der äußeren Welle 80 geformt wird, wird geschmolzenes Material von einer Materialzuführung 89 in einen Hohlraum C gespritzt, der zwischen äußeren Welle 80 der Wellenbaugruppe 60 und einem Gussstift 96 bereitgestellt wird. Das geschmolzene Material innerhalb des Hohlraums C verhärtet, um den Einsatz 76 bereitzustellen.
Nach Verhärtung wird der Gussstift 96 axial entlang einer Richtung W herausgezogen. Der zuvor von dem Gussstift 96 besetzte Bereich bildet die Fluidleitung 84 innerhalb des Einsatzes 76.
Die radialen Durchgänge 92 können beispielsweise durch einen Bohrprozess geformt werden. Alternativ dazu können die radialen Durchgänge 92 vom Formen des geschmolzenen Materials um Stifte herum bereitgestellt werden, die sich radial durch die äußere Welle 80 in den Hohlraum C erstrecken.
Wenn der Einsatz 76 geformt ist, wird der Retentionsring 82 in die äußere Welle 80 der Wellenbaugruppe 60 eingeführt.
In dieser Offenbarung bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente, soweit angemessen, und Bezugszeichen mit dem Zusatz einer 100-Fachen bezeichnen modifizierte Elemente, die dieselben Merkmale und Vorzüge bieten wie die entsprechenden Originalelemente.
Unter Bezugnahme auf 7 und 8 beinhaltet eine Wellenbaugruppe 160 gemäß einer anderen beispielhaften Ausführungsform einen Einsatz 176 mit einer äußeren Welle 180. Der Einsatz 176 stellt eine Fluidleitung 184 bereit.
Die Montage der Wellenbaugruppe 160 involviert das Schieben des Einsatzes 176 entlang der Drehachse A der Wellenbaugruppe 160 in die äußere Welle 180 aus der Position von 8 in die Position von 7. Ein Retentionsring 182 wird dann in die äußere Welle 180 eingeführt, um den Einsatz 176 innerhalb der äußeren Welle 180 zu halten und um wahlweise eine Stützfläche für die Wellenbaugruppe 160 bereitzustellen.
Insbesondere kann der Einsatz 176 unabhängig von der äußeren Welle 180 geformt sein und vor dem Einführen innerhalb der äußeren Welle 180 geformt werden. Das Formen des Einsatzes 176 unabhängig von der äußeren Welle 180 kann es dem Einsatz 176 ermöglichen, variierte Geometrien mit einzugliedern, da die endgültige Geometrie nicht von der Form des Hohlraums C (6) abhängig ist. Eine Dichte des Einsatzes 176 ist geringer als eine Dichte der äußeren Welle 180.
Wie der Einsatz 76 der Ausführungsform aus 4-6 kann der Einsatz 176 aus einem polymerbasierten Material geformt sein, wie zum Beispiel einem Harz- oder Kunststoffmaterial. Der Einsatz 176 könnte beispielsweise ein Duroplastharz oder ein geformter Kunststoff sein, wie zum Beispiel Nylon. In manchen Beispielen ist der Einsatz 176 ein Verbundmaterial, zu dem ein Fasermaterial zählen kann. Ein Verbundmaterial könnte stattdessen oder zusätzlich dazu ein mit Zusatzstoffen gefülltes Material sein, wie zum Beispiel Mikrokügelchen, oder injizierte Lufteinschlüsse mit einschließen, um eine Dichte des Einsatzes 176 zu reduzieren. Der Einsatz 176 reduziert ein Gesamtgewicht der Wellenbaugruppe 160 im Vergleich zu einer Wellenbaugruppe, die den Bereich des Einsatzes 176 mit Metall oder Metalllegierung besetzt.
Der Einsatz 176 ist geformt, um einen ringförmigen Kanal 98 um einen Umfang des Einsatzes 176 bereitzustellen. Wenn der Einsatz 176 innerhalb der äußeren Welle 180 wie ein 7 gezeigt positioniert ist, ist der ringförmige Kanal 98 radial zwischen einem Abschnitt des Einsatzes 176 und einem Abschnitt der äußeren Welle 180 positioniert. Der ringförmige Kanal 98 ist ein offener Bereich, wo der radiale Außenumfang des Einsatzes 176 von der äußeren Welle 280 beabstandet ist. Der offene Bereich des ringförmigen Kanals 98 ist von der Fluidleitung 184 durch Abschnitte des Einsatzes 176 getrennt, sodass das Fluid, dass in der Fluidleitung 184 fließt, nicht in den offenen Bereich des ringförmigen Kanals 98 eintritt
Der ringförmige Kanal 98 kann eine Menge an Material reduzieren, die erforderlich ist, um die Wellenbaugruppe 160 bereitzustellen, und zudem ein Gesamtgewicht der Wellenbaugruppe 160 im Vergleich zu einer Wellenbaugruppe, die den Bereich des ringförmigen Kanals 98 mit einem Material führt, reduzieren.
Unter Bezugnahme auf 9 beinhaltet eine weitere Wellenbaugruppe 260 einen Einsatz 276, der innerhalb einer äußeren Welle 280 der Wellenbaugruppe 260 aufgenommen wird. Eine Dichte des Einsatzes 276 ist geringer als eine Dichte der äußeren Welle 280. Wie der Einsatz 76 aus der Ausführungsform in 4-6 kann der Einsatz 276 aus einem polymerbasierten Material geformt sein, wie zum Beispiel einem Harz- oder Kunststoffmaterial. Der Einsatz 276 könnte beispielsweise ein Duroplastharz oder ein geformter Kunststoff sein, wie zum Beispiel Nylon. In manchen Beispielen ist der Einsatz 276 ein Verbundmaterial, zu dem ein Fasermaterial zählen kann. Ein Verbundmaterial könnte stattdessen oder zusätzlich dazu ein mit Zusatzstoffen gefülltes Material sein, wie zum Beispiel Mikrokügelchen, oder injizierte Lufteinschlüsse mit einschließen, um eine Dichte des Einsatzes 276 zu reduzieren. Der Einsatz 276 reduziert ein Gesamtgewicht der Wellenbaugruppe 260 im Vergleich zu einer Wellenbaugruppe, die den Bereich des Einsatzes 276 mit Metall oder Metalllegierung besetzt. Der Einsatz 276 stellt eine Fluidleitung 284 bereit.
Die Wellenbaugruppe 260 beinhaltet zwei ringförmige Kanäle 298a und 298b, die von einer sich radial erstreckenden Rippe 99 des Einsatzes 276 getrennt sind. Die Rippe 99 berührt direkt die äußere Welle 280 der Wellenbaugruppe 260. Die Rippe 99 ist eine einzelne Rippe in diesem Beispiel. In anderen Beispielen könnte die Rippe 99 eine Reihe von einer oder mehreren getrennten Rippen sein. Die ringförmigen Kanäle 298a und 298b sind offene Bereiche, wo der radiale Außenumfang des Einsatzes 276 von der äußeren Welle 280 beabstandet ist. Der offene Bereich der ringförmigen Kanäle 298a und 298b ist von der Fluidleitung 184 durch Abschnitte des Einsatzes 276 derart getrennt, dass in der Fluidleitung 284 fließendes Fluid nicht in den offenen Bereich der ringförmigen Kanäle 298a und 298b eintritt.
Die Rippe 99 kann ermöglichen, dass der Einsatz 276 innerhalb der äußeren Welle 280 so abgestützt wird, dass die Bereiche des Einsatzes 276, welche die ringförmigen Kanäle 298a und 298b bereitstellen, sich nicht radial relativ zu der äußeren Welle 280 biegen. Die Rippe 99 oder Rippen kann bzw. können signifikante radiale Verbiegungen des Einsatzes 276 nach außen unter hohen Zentrifugalkräften vermeiden, wenn die Wellenbaugruppe 260 sich mit relativ hoher Geschwindigkeit dreht.
Unter Bezugnahme 10 beinhaltet noch eine weitere beispielhafte Wellenbaugruppe 360 einen Einsatz 376, der innerhalb einer äußeren Welle 380 einer Wellenbaugruppe 360 aufgenommen wird. Der Einsatz 376 ist in dieser beispielhaften Ausführungsform eine Röhre aus Metall oder Metalllegierung. Der Einsatz 376 stellt eine Fluidleitung 384 bereit.
Der Einsatz 376 ist geformt, um einen ringförmigen Kanal 398 um eine Peripherie des Einsatzes 376 bereitzustellen. Wenn der Einsatz 376 innerhalb der äußeren Welle 380 wie in 10 gezeigt positioniert ist, ist der ringförmige Kanal 398 radial zwischen einem Abschnitt des Einsatzes 376 und einem Abschnitt der äußeren Welle 380 positioniert. Der ringförmige Kanal 398 ist ein offener Bereich, wo der radiale Außenumfang des Einsatzes 376 von der äußeren Welle 380 beabstandet ist. Der offene Bereich des ringförmigen Kanals 398 ist von der Fluidleitung 384 durch Abschnitte des Einsatzes 376 derart getrennt, dass in der Fluidleitung 384 fließendes Fluid nicht in den offenen Bereich des ringförmigen Kanals 398 eintritt.
Der ringförmige Kanal 398 kann eine Menge an Material reduzieren, die erforderlich ist, um die Wellenbaugruppe 360 bereitzustellen, und zudem ein Gesamtgewicht der Wellenbaugruppe 360 im Vergleich zu einer Wellenbaugruppe, die den Bereich des ringförmigen Kanals 398 mit einem Material führt, reduzieren.
Die Bereiche B, in denen der Einsatz 376 die äußere Welle 380 berührt, können ein Klebemittel beinhalten, um den Einsatz 376 an die äußere Welle 380 zu haften und den ringförmigen Kanal 398 gegen Fluid abzudichten, das durch die vom Einsatz 376 bereitgestellte Fluidleitung 384 bewegt wird. Der Einsatz 376 könnte stattdessen oder zusätzlich verpresst oder mechanisch an der äußeren Welle 380 befestigt sein. In solchen Fällen könnten eine Abdichtung, wie zum Beispiel eine O-Ring- oder eine Polymer-/ Klebedichtung dazu verwendet werden, den ringförmigen Kanal 398 gegen durch die Fluidleitung 384 bewegtes Fluid abzudichten.
Ein Merkmal der offenbarten Ausführungsformen kann das Eingliedern eines Einsatzes in eine Wellenbaugruppe beinhalten, um eine Fluidleitung bereitzustellen und ein Gesamtgewicht der Wellenbaugruppe zu reduzieren. In manchen Beispielen kann der Einsatz ein Gewicht der Wellenbaugruppe im Vergleich mit einer Wellenbaugruppe, der ein Einsatz fehlt und die eine Fluidleitung mit einer äußeren Welle bereitstellt, um bis zu 25 Prozent reduzieren.
Die vorangehende Beschreibung ist ihrem Wesen nach eher beispielhaft als einschränkend. Für den Fachmann können Variationen und Modifikationen der offenbarten Beispiele ersichtlich sein, die nicht notwendigerweise vom Geist der Offenbarung abweichen. Deshalb kann der Umfang des gesetzlichen Schutzes dieser Offenbarung nur durch eine Durchsicht der folgenden Ansprüche ermittelt werden.

Claims

Wellenbaugruppe, umfassend: eine äußere Welle, die um eine Achse drehbar ist; und einen Welleneinsatz, der eine Leitung für ein Fluid bereitstellt und der das Fluid davon abhält, radial zwischen dem Welleneinsatz und der äußeren Welle relativ zur Achse zu fließen.
Wellenbaugruppe nach Anspruch 1, wobei der Welleneinsatz verschiebbar innerhalb der äußeren Welle aufgenommen ist.
Wellenbaugruppe nach Anspruch 1, wobei der Welleneinsatz innerhalb der äußeren Welle geformt ist.
Wellenbaugruppe nach Anspruch 1, wobei Abschnitte des Welleneinsatzes radial von der äußeren Welle beabstandet sind, um mindestens einen ringförmigen Hohlraum zwischen dem Welleneinsatz und der äußeren Welle relativ zur Achse bereitzustellen, und wobei wahlweise der mindestens eine ringförmige Hohlraum einen ersten ringförmigen Hohlraum und einen zweiten ringförmigen Hohlraum umfasst, der vom ersten ringförmigen Hohlraum getrennt ist.
Wellenbaugruppe nach Anspruch 4, ferner mindestens eine sich radial erstreckende Rippe des Welleneinsatzes umfassend, die sich zur äußeren Welle erstreckt, wobei die mindestens eine sich radial erstreckende Rippe den ersten ringförmigen Hohlraum vom zweiten ringförmigen Hohlraum trennt.
Wellenbaugruppe nach Anspruch 1, wobei ein radialer äußerer Umfang des Welleneinsatzes die äußere Welle entlang einer gesamten axialen Länge des Welleneinsatzes berührt.
Wellenbaugruppe nach Anspruch 1, wobei die äußere Welle eine erste Materialzusammensetzung aufweist und der Welleneinsatz eine zweite Materialzusammensetzung mit einer niedrigeren Dichte als eine Dichte der ersten Materialzusammensetzung aufweist, und, wahlweise, wobei die erste Materialzusammensetzung ein Metall oder eine Metalllegierung umfasst, und die zweite Materialzusammensetzung ein polymerbasiertes, ein Verbundmaterial oder beides umfasst.
Wellenbaugruppe nach Anspruch 1, wobei der Einsatz eine Röhre umfasst, die ein Metall oder eine Metalllegierung ist, und der Einsatz gegen die äußere Welle abgedichtet ist.
Wellenbaugruppe nach Anspruch 1, ferner eine Getriebekomponente eines elektrifizierten Fahrzeugs umfassend, die drehbar an die äußere Welle gekoppelt ist.
Wellenmontageverfahren, umfassend: Positionieren eines Welleneinsatzes innerhalb einer äußeren Welle, wobei der Welleneinsatz eine Fluidleitung aufweist und dazu konfiguriert ist, Fluid davon abzuhalten, radial zwischen dem Welleneinsatz und der äußeren Welle zu kommunizieren.
Wellenmontageverfahren nach Anspruch 10, ferner das Einführen des Welleneinsatzes als eine gegossene Komponente in die äußere Welle umfassend, oder das Gießen des Welleneinsatzes innerhalb der äußeren Welle umfassend.
Wellenmontageverfahren nach Anspruch 10, ferner das radiale Beabstanden von Abschnitten des Welleneinsatzes von der äußeren Welle umfassend, um mindestens einen ringförmigen Hohlraum zwischen dem Welleneinsatz und der äußeren Welle relativ zur Achse bereitzustellen, und wahlweise ferner das Trennen, mithilfe mindestens einer Rippe, die sich radial vom Welleneinsatz erstreckt, des mindestens einen ringförmigen Hohlraums in einen ersten ringförmigen Hohlraum und einen getrennten, zweiten ringförmigen Hohlraum umfassend.
Wellenmontageverfahren nach Anspruch 10, ferner das Positionieren des Welleneinsatzes auf eine Weise umfassend, dass ein radialer äußerer Umfang des Welleneinsatzes die äußere Welle entlang einer gesamten axialen Länge des Welleneinsatzes berührt.
Wellenmontageverfahren nach Anspruch 10, wobei die äußere Welle eine erste Materialzusammensetzung aufweist und der Welleneinsatz eine zweite Materialzusammensetzung mit einer niedrigeren Dichte als eine Dichte der ersten Materialzusammensetzung aufweist, und, wahlweise, wobei die erste Materialzusammensetzung ein Metall oder eine Metalllegierung umfasst, und die zweite Materialzusammensetzung ein polymerbasiertes, ein Verbundmaterial oder beides umfasst.
Wellenmontageverfahren nach Anspruch im 10, ferner das Drehen einer Getriebekomponente eines elektrifizierten Fahrzeugs mit der äußeren Welle umfassend.