DE102009051000A1

DE102009051000A1 - Antriebseinheit für Kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE102009051000A1
Application number: DE102009051000A
Authority: DE
Inventors: Norbert Radinger; Tomas Dr. Smetana
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2009-10-28
Filing date: 2009-10-28
Publication date: 2011-05-05

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Antriebseinheit (1) für Kraftfahrzeuge, die wenigstens einen Elektromotor (2) und mindestens eine Getriebeanordnung (3) aufweist, wobei der Elektromotor (2) und die Getriebeanordnung (3) miteinander mittels einer Rotorwelle (4) des Elektromotors (2) wirkverbunden sind, wobei die Rotorwelle (4) zweifach durch Kugellager gelagert ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Antriebseinheit für Kraftfahrzeuge, die wenigstens einen Elektromotor und mindestens eine Getriebeanordnung aufweist, wobei der Elektromotor und die Getriebeanordnung miteinander mittels einer Rotorwelle des Elektromotors wirkverbunden sind, wobei die Rotorwelle zweifach durch Kugellager gelagert ist.
Hintergrund der Erfindung
EP 0 811 521 B1 beschreibt eine gattungsbildende Antriebseinheit für Kraftfahrzeuge. Die Antriebseinheit weist einen Elektromotor und eine Getriebeanordnung auf, die miteinander mittels zweier Wellen wirkverbunden sind. Der Elektromotor weist einen Stator und einen Rotor auf. Der Rotor sitzt auf einer Welle. Die Welle ist in einem Gehäuse des Elektromotors mittels zwei Radialrillenkugellagern drehbar gelagert. Die Getriebeanordnung weist ein Vorgelege und ein Differenzial auf. Der Elektromotor ist mit dem Vorgelege über die Rotorwelle verbunden, die dazu in eine Eingangswelle des Vorgeleges gesteckt ist. Die Eingangswelle ist einteilig mit einem Zahnrad verbunden und ist in einem Gehäuse der Getriebeanordnung zweifach mit Radialrillenkugellagern gelagert. Die Wellen sind zueinander konzentrisch. Rotorwelle und Eingangswelle sind mittels der Steckverbindung so verbunden, dass Drehmomente um die Rotationsachse übertragbar sind.
Radialrillenkugellager sind Lager, die weitestgehend nur radial gerichtete Kräfte aufnehmen können, die in senkrecht von der Rotationsachse durchstoßenen Radialebenen verlaufen und auf die Rotationsachse gerichtet sind.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Antriebsanordnung zu schaffen, die sich einfach und kostengünstig herstellen und montieren last und in der Reibungsverluste reduziert werden.
Antriebseinheiten für Kraftfahrzeuge, die wenigstens einen Elektromotor und mindestens eine Getriebeanordnung aufweisen, sind beispielsweise auch Differenziale mit wenigstens einem Elektromotor als Hauptantrieb oder als Hilfsantrieb bzw. zur Steuerung. Der Elektromotor und die Getriebeeinheit sind mittels einer Rotorwelle des Elektromotors miteinander wirkverbunden. Gemäß Erfindung ist die Rotorwelle durch eine Schrägkugellageranordnung zweifach gelagert.
In Schrägkugellagern sind die Laufbahnen so angeordnet, dass die auf das Lager wirkenden Kräfte nicht wie bei Radiallagern in der Radialebene sondern an schräg zur Radialebene verlaufenden Kontaktlinien aufgenommen werden. Die Kontaktlinien der einzelnen Kugeln des Schrägkugellagers laufen mittig durch die Kontaktzonen der Kugeln mit den Laufbahnen und durchs Kugelzentrum. Sie schneiden dabei die Rotationsachse des Schrägkugellagers an einem gemeinsamen Schnittpunkt. Der Winkel, den die Kontaktlinien zwischen sich und einer durch den Schnittpunkt verlaufenden Radialebene einschließen, ist ein spitzer Winkel und wird als Druckwinkel bezeichnet.
Schrägkugellager nehmen deshalb auch axiale Kräfte auf. Die Schrägkugellager in der Schrägkugellageranordnung sind axial gegeneinander vorgespannt, so dass die Anordnung spielfrei ist.
Der Nachteil der Lagerung der Rotorwelle des Standes der Technik mit zwei Radialrillenkugellagern liegt darin, dass die Radialrillenkugellager kaum axiale Kräfte aufnehmen können und dass die Lageranordnungen radiales und axiales Spiel aufweisen. Axiale Kräfte, die beispielsweise bei Verwendung von Schrägverzahnungen in der Getriebeanordnung oder durch Verlagerungen der Zahnräder und Wellen bei Durchbiegungen und Verkippungen entstehen, verlagern den Rotor axial und belasten die Lagerstellen der Rotorwelle zusätzlich. Das ist ein Grund dafür, dass die Rotorwelle und die Eingangswelle in der Getriebeanordnung des Standes der Technik mittels einer Steckverbindung gekuppelt werden, Mit der Steckverbindung sind zwar Drehmomente übertragbar, jedoch sind die ineinander gesteckten Wellen axial relativ zueinander beweglich, so dass axiale Verschiebungen von der einen Welle nicht auf die andere Welle übertragbar sind. Derartige Steckverbindungen werden beispielsweise durch Keilverzahnungen abgesichert. Die Herstellung der Steckverbindung ist relativ aufwendig und damit teuer. Außerdem muss jede der beiden Wellen gesondert zweifach gelagert werden, was zur Erhöhung der Reibungsverluste im Getriebe führt, insbesondere dann, wenn die Radialrillenkugellager mit Fett geschmiert sind. Die mit Fett geschmierten Lager sind mit Dichtungen abgedichtet. Die Reibungsverluste entstehen durch Reibkontakt der Dichtungen mit Dichtflächen.
Mit der erfindungsgemäßen Anordnung kann die Rotorwelle spielfrei gelagert werden. Die Lagerstellen nehmen axiale Kräfte auf. Dadurch ist es möglich die Rotorwelle und die Getriebewelle aneinander zu befestigen oder einteilig miteinander auszubilden. Die Steckverbindung und damit deren aufwändige Herstellung können entfallen. Wenn die Rotor- und Getriebewelle sowohl axial als auch radial aneinander fest sind, können zwei Lagerstellen und somit mindestens zwei Lager entfallen.
Die Lagerstellen verbleiben im Bereich des Elektromotors. Die Rotorwelle ist in diesem Fall in die Getriebeanordnung hinein verlängert und weist damit einen einseitig gelagerten Wellenabschnitt auf, der über eine der Lagerstellen hinaus steht.
Alternativ ist eine Lagerstelle mit einem Schrägkugellager in dem Bereich des Elektromotors und eine Lagerstelle in der Getriebeanordnung angeordnet. Mit einer derartigen Anordnungen sind die Biegemomente in den Lageranordnungen reduziert.
Die Kosten zur Herstellung und Montage der Antriebseinheit sind reduziert. Die Reibungsverluste innerhalb der Anordnung können, insbesondere bei der Verwendung von abgedichteten und befetteten Schrägkugellagern, reduziert werden.
Je nach Erfordernis sind in der Antriebseinheit X- oder O-Anordnungen der Schrägkugellager denkbar. Da die Kontaktlinien der Wälzkörper unter einem bestimmten Winkel zur Rotationsachse geneigt sind, liegen bei der X-Anordnung der Kraftaufnahmepunkt zwischen den Schrägkugellagern auf der Rotationsachse.
Der sogenannte Kraftaufnahmepunkt ist der Punkt, an dem die Kontaktlinien die Rotationsachse schneiden.
Die X-Anordnung ergibt eine steife radiale Lagerung, deren axiale Vorspannung bei ungleicher Wärmedehnung zunimmt, so dass ein Nachlassen der Vorspannung nicht zu erwarten ist. Diese Anordnung ist insbesondere dann geeignet, wenn die radialen Kräfte auf die Rotorwelle überwiegen und wenn die Wellenanordnung auch getriebeseitig von einseitigen radialen Belastungen weitestgehend frei ist. Derartige Anordnungen sind insbesondere in Planetengetrieben von Vorteil, wenn die Rotorwelle mit einem Sonnenrad des Planetengetriebes verbunden ist. Die Kräfte an der Sonne heben sich im Zahneingriff mit den Planetenrädern auf und das Sonnenrad zentriert sich konzentrisch zur Rotationsachse.
Da die Kontaktlinie der Wälzkörper unter einem bestimmten Winkel zur Rotationsachse geneigt ist, liegt der jeweilige Kraftaufnahmepunkt der O-Anordnung außerhalb des Lagers. Hierdurch ist es möglich weiter auseinander oder näher zusammen liegende axiale Stützabstände der Schrägkugellager zueinander zu schaffen, die nicht zwischen den Lagerstellen sondern axial beidseitig außerhalb liegen. O-Anordnung sind aufgrund des Stützabstandes stabil gegen Kippmomente. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn in der Antriebseinheit an dem einseitig gelagerten Wellenabschnitt beispielsweise einseitig radial gerichtete Kräfte eines Zahnrades wirken.
Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Schrägkugellager jeweils mit einem Druckwinkel im Bereich von 15°–25° vorzugsweise von 20° ausgeführt sind. Durch eine derartige Anordnung ist eine radial besonders steife Anordnung geschaffen, die vorwiegend radiale Belastungen aber auch axiale Belastungen aufnimmt.
Beschreibung der Zeichnung
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. 1 zeigt eine Antriebseinheit 1 für Kraftfahrzeuge, die stark vereinfacht in einem Längsschnitt entlang der Rotationsachse 8 dargestellt ist und wenigstens einen Elektromotor 2 und mindestens eine Getriebeanordnung 3 aufweist. Der Elektromotor 2 und die Getriebeanordnung 3 sind miteinander mittels einer Rotorwelle 4 des Elektromotors 2 wirkverbunden. Die Rotorwelle 4 nimmt den Rotor 9 des Elektromotors auf und ist zweifach durch Schrägkugellager 5 und 6 gelagert. Die Schrägkugellager 5 und 6 weisen je einen Innenring 13, einen Außenring 14 und Kugeln 15 auf. Es ist aber auch denkbar, dass die Laufbahnen 16 und 17 der Schrägkugellager 5 und 6 direkt an der Rotorwelle 4 oder dem Gehäuse 12 ausgebildet sind. Die Schrägkugellager 5 und 6 sind in X-Anordnung angestellt, dass heißt, die durch die Zentren 18 verlaufenden Drucklinien 7 beider Schrägkugellager schneiden in P1 und P1 die Rotationsachse 8 zwischen den Lagerstellen.
Die Schrägkugellager 5 und 6 sind jeweils mit einem Druckwinkel α im Bereich von 15°–25°, vorzugsweise mit 20°, ausgeführt. Der Druckwinkel α ist der spitze Winkel, den die jeweilige Radialebene E und die jeweilige durch den Kugelmittelpunkt 18 verlaufende Kontaktlinie in der Schnittebene des dargestellten Längsschnitts zwischen sich einschließen.
An der Rotorwelle 4 ist ein Zahnrad 9 der Getriebeanordnung 1 konzentrisch zur Rotationsachse 8 der Rotorwelle 4 fest. Das Zahnrad 9 ist mittels eines hohlzylindrischen Abschnitts in der als Hohlwelle ausgeführten Rotorwelle 4 abgestützt und ist ein Sonnenrad 10, das im Zahneingriff mit nur teilweise dargestellten Planetenrädern 11 eines ansonsten nicht dargestellten Planetentriebes der Getriebeanordnung 3 steht.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 0811521 B1 [0002]

Claims

Antriebseinheit (1) für Kraftfahrzeuge, die wenigstens einen Elektromotor (2) und mindestens eine Getriebeanordnung (3) aufweist, wobei der Elektromotor (2) und die Getriebeanordnung (3) miteinander mittels einer Rotorwelle (4) des Elektromotors (2) wirkverbunden sind, wobei die Rotorwelle (4) zweifach durch Kugellager gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorwelle (4) durch eine Schrägkugellageranordnung zweifach mit Schrägkugellagern (5, 6) gelagert ist.
Antriebseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schrägkugellageranordnung in X-Anordnung ausgeführt ist.
Antriebseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schrägkugellager (5, 6) jeweils mit einem Druckwinkel im Bereich von 15°–25° ausgeführt sind.
Antriebseinheit nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckwinkel 20° beträgt.
Antriebseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an der Rotorwelle (4) wenigstens ein Zahnrad (9) der Getriebeanordnung (3) konzentrisch zur Rotationsachse (8) der Rotorwelle (4) und zumindest drehfest zur Rotorwelle (4) abgestützt ist.
Antriebseinheit nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Zahnrad (9) ein Sonnenrad (10) eines Planetengetriebes der Getriebeanordnung (3) ist.