DE102010043671A1 - Vorrichtung zur Aufnahme von Axialkräften - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Aufnahme von Axialkräften in einem Getriebe, umfassend eine Getriebeantriebswelle (2), die über ein erstes Axiallager (3) an einem Getriebegehäuse (4) abgestützt ist, und eine in einem Teilgehäuse (5) angeordnete elektrische Maschine (6) mit einem Rotor (8), der drehfest, jedoch axial gleitend gegenüber der Getriebeantriebswelle (2) angeordnet ist. Es wird vorgeschlagen, dass der Rotor (8) über eine Rotorwelle (9) mit der Getriebeantriebswelle (2) verbunden ist, dass die Rotorwelle (9) über ein zweites Axiallager (11) gegenüber dem Teilgehäuse (5) abgestützt ist und dass zwischen der Rotorwelle (9) und der Getriebeantriebswelle (2) eine Einrichtung (X) zur elastischen Übertragung von Axialkräften wirkt.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Aufnahme von Axialkräften in einem Getriebe nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 und 9.
  • Durch die WO 2009/153149 A1 der Anmelderin wurde eine Lageranordnung für eine Antriebswelle eines Getriebes für einen Hybridantrieb eines Kraftfahrzeuges bekannt. Der als Parallelhybrid ausgebildete Hybridantrieb umfasst einen Verbrennungsmotor, der eine Getriebeeingangswelle (Getriebeantriebswelle) antreibt, sowie eine parallel angeordnete Elektromaschine (E-Maschine), die als Elektromotor und Generator arbeitet und als Antrieb dem Verbrennungsmotor parallel geschaltet ist. Die E-Maschine weist einen Rotor auf, welcher über eine Nabe drehfest mit der Getriebeeingangswelle verbunden ist. Die Getriebeeingangswelle ist über ein Radial- und Axialkräfte aufnehmendes Wälzlager gegenüber einem Getriebegehäuse abgestützt. Die Getriebeeingangswelle wird aufgrund von Schrägverzahnungen im Getriebe durch Axialkräfte belastet, welche aufgrund des Zug- und Schubbetriebes des Antriebes in beiden Richtungen wirken. Der Rotor ist nicht auf der Getriebeeingangswelle gelagert.
  • Ein Problem kann sich dann ergeben, wenn Seriengetriebe für Hybridantriebe, insbesondere Parallelhybride verwendet werden, weil die ursprünglichen Belastungskollektive für einen reinen Verbrennungsmotorantrieb nicht mehr denen eines Hybridantriebes entsprechen. Bei Zug- und Schubbetrieb des Hybridantriebes ergeben sich stärkere Axialbelastungen für die Lager der Getriebeeingangswelle, welche die Lebensdauer der Lager verkürzen würden.
  • Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Lagerkräfte in einem Getriebe der eingangs genannten Art zu reduzieren, um, die Lebensdauer der Lager bei erhöhter Belastung durch einen Hybridantrieb nicht zu verkürzen.
  • Die Aufgabe der Erfindung wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
  • Erfindungsgemäß ist eine Rotorwelle vorgesehen, die über ein zweites Axiallager gegenüber einem Teilgehäuse, vorzugsweise einem Hybridgehäuse abgestützt ist. Darüber hinaus wirkt zwischen der Rotorwelle und der Getriebeantriebswelle eine Einrichtung zur elastischen Übertragung von Axialkräften (im Folgenden auch kurz Übertragungseinrichtung genannt). Damit wird der Vorteil erreicht, dass nicht die volle, in die Getriebeantriebswelle eingeleitete Axialkraft allein vom ersten Axiallager aufgenommen wird, sondern dass ein Teil der Axialbelastung in das zweite Axiallager, das so genannte Rotorlager eingeleitet wird. Damit wird das erste Axiallager entlastet und seine Lebensdauer erhöht – dies gilt für Axialbelastungen in beiden Richtungen, d. h. für Zug- und Schubbetrieb des Hybridantriebes.
  • Nach einer bevorzugten Ausführungsform sind mindestens zwei Federelemente zur Übertragung von Axialkräften zwischen den beiden Wellen wirksam. Damit können Axialkräfte in beiden Richtungen von der Getriebeantriebswelle auf die Rotorwelle übertragen werden.
  • Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind mindestens zwei Druckfederelemente vorgesehen, die sich an ersten und zweiten Widerlagern an der Getriebeantriebswelle und der Rotorwelle abstützen. Dabei überträgt ein Druckfederelement Axialkräfte beim Zugbetrieb und das andere Druckfederelement Axialkräfte beim Schubbetrieb.
  • Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform können die Widerlager als axiale Sicherungselemente, z. B. Sprengringe ausgebildet sein. Dadurch wird eine kompakte und kostengünstige Bauweise erreicht.
  • Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform können die Federelemente als Schrauben- oder Tellerfedern ausgebildet sein, welche sich an den Widerlagern abstützen.
  • Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist zwischen der Rotorwelle und der Getriebeantriebswelle ein Ringspalt belassen, in welchem die Widerlager und die Druckfederelemente angeordnet sind. Damit wird der Vorteil einer Raum sparenden Unterbringung von Federelementen und Widerlagern zwischen den beiden Wellen erreicht.
  • Eine Ausgestaltungsform sieht vor, dass das erste Axiallager und das zweite Axiallager mit ihren immanenten Elastizitäten als eine Einrichtung zur elastischen Übertragung von Axialkräften wirken.
  • Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind das erste und das zweite Axiallager als Festlager ausgebildet. Damit wird erreicht, dass Axialkräfte in beiden Richtungen vom zweiten Axiallager zur Entlastung des ersten Axiallagers aufgenommen werden können.
  • Nach einem nebengeordneten Aspekt der Erfindung ist die Rotorwelle über das zweite Axiallager elastisch gegenüber dem Teilgehäuse abgestützt, wobei zwischen Getriebeantriebswelle und Rotorwelle ein starres (nicht elastisches), axiales Verbindungselement vorgesehen ist. Auch mit dieser Variante wird der Vorteil erreicht, dass das erste Axiallager entlastet wird, indem ein Teil der gesamten axialen Belastung von dem zweiten Axiallager aufgenommen wird. Das Verhältnis der Axialkräfte in den beiden Lagern kann über elastische Elemente, die beiderseits des zweiten Axiallagers angeordnet sind, eingestellt werden.
  • Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die Getriebeeingangswelle und die Rotorwelle Teil eines Hybridantriebes, insbesondere eines parallelen Hybridantriebes für ein Kraftfahrzeug. Damit wird der Vorteil erreicht, dass konventionelle Getriebe (Seriengetriebe), deren Lager für einen konventionellen Antrieb mit Verbrennungsmotor ausgelegt wurden, auch für einen Hybridantrieb verwendet werden können. Das Lager der Getriebewelle wird erfindungsgemäß entlastet, indem die durch den Hybridantrieb bedingten erhöhten axialen Beanspruchungen von dem zweiten Axiallager, dem Rotorlager, aufgenommen werden. Dadurch ergeben sich auch die Vorteile einer exakten Rotorlagerung und einer Montagevereinfachung.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben, wobei sich aus der Beschreibung und/oder der Zeichnung weitere Merkmale und/oder Vorteile ergeben können. Es zeigen
  • 1 eine Lageranordnung eines Hybridantriebes für ein Kraftfahrzeug,
  • 2 eine erfindungsgemäße Einrichtung zur Übertragung von Axialkräften zwischen Rotorwelle und Getriebeeingangswelle,
  • 3 eine 3-D-Darstellung der Rotorwelle gemäß 2 und
  • 4 ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • 1 zeigt einen Ausschnitt eines Hybridantriebes 1 für ein Kraftfahrzeug. Der Hybridantrieb 1 umfasst eine Getriebeeingangswelle 2, auch Getriebeantriebswelle 2 genannt, welche über ein als Wälzlager 3 ausgebildetes Festlager gegenüber einem Getriebegehäuse 4 gelagert ist. An das Getriebegehäuse 4 ist ein Teilgehäuse 5, auch Hybridgehäuse 5 genannt, angeflanscht, welches eine elektrische Maschine 6, im Folgenden kurz E-Maschine 6 genannt, aufnimmt. Die E-Maschine 6 umfasst einen im Teilgehäuse 5 abgestützten Stator 7 und einen Rotor 8, welcher mit einer Rotorwelle 9 verbunden ist. Die Rotorwelle 9 ist als Hohlwelle ausgebildet und ist auf der Getriebeeingangswelle 2 über eine Mitnahmeverzahnung 10 drehfest, jedoch axial verschiebbar angeordnet. Die Rotorwelle 9 stützt sich über ein als Festlager ausgebildetes Rotorlager 11 gegenüber dem Teilgehäuse 5 ab. Das Rotorlager 11 ist als Wälzlager ausgebildet und wird auch als zweites Axiallager 11 bezeichnet, während das Wälzlager 3 auch als erstes Axiallager 3 bezeichnet wird. Zwischen der Getriebeeingangswelle 2 und der Rotorwelle 9 ist eine erfindungsgemäße Einrichtung zur elastischen Übertragung von Axialkräften angeordnet, welche als Einzelheit X gekennzeichnet und in 2 vergrößert dargestellt ist.
  • Der Hybridantrieb 1 umfasst auch eine nicht dargestellte Brennkraftmaschine, welche die Getriebeeingangswelle 2 antreibt, welche ihrerseits über die Mitnahmeverzahnung 10 die Rotorwelle 9 antreibt. Die Getriebeeingangswelle 2 ist Teil eines nicht dargestellten Vorgelegegetriebes, dessen Zahnradstufen Schrägverzahnungen aufweisen und daher Axialkräfte auf die Getriebeeingangswelle 2 ausüben. Da der Hybridantrieb sowohl im Zugbetrieb als auch im Schubbetrieb (Rekuperation durch die E-Maschine 6) arbeitet, treten die Axialkräfte in beiden Richtungen auf, was durch einen Doppelpfeil FZ und FS angedeutet ist. Die Axialkräfte FZ, FS werden auf die beiden Wälzlager 3, 11, d. h. das erste Axiallager 3 und das zweite Axiallager 11 übertragen, wobei die Lagerkräfte im ersten Axiallager 3 durch den Doppelfeil F1Z, F1S und im zweiten Axiallager 11 durch den Doppelpfeil F2Z, F2S dargestellt sind. Die Aufteilung der Axialkräfte erfolgt durch die erfindungsgemäße Einrichtung X, die im Folgenden näher erläutert wird.
  • 2 zeigt die Einzelheit X aus 1, d. h. eine Einrichtung 12 zur elastischen Übertragung von Axialkräften von der Getriebeeingangswelle 2 auf die Rotorwelle 9, im Folgenden auch kurz Übertragungseinrichtung 12 genannt. Die Rotorwelle 9 weist stirnseitig einen rohrförmigen Ansatz 9a auf, welcher mit der Getriebeeingangswelle 2 einen Ringspalt 13 bildet. Auf der Getriebeeingangswelle 2 sind zwei Widerlager, ausgebildet als axiale Sicherungselemente 14, 15, und in dem Ansatz 12 ist ein weiteres Widerlager 16, ebenfalls als axiales Sicherungselement ausgebildet, angeordnet. Zwischen den Widerlagern 14, 16 ist ein erstes Federelement 17, und zwischen den Widerlagern 16 und 15 ist ein zweites Federelement 18 angeordnet, wobei das Federelement 18 für den Zugbetrieb und das Federelement 17 für den Schubbetrieb vorgesehen sind. Durch einen Doppelpfeil sind die Zugkraft F2Z und die Schubkraft F2S, welche auf die Rotorwelle 9 übertragen werden, dargestellt.
  • 3 zeigt die Rotorwelle 9 in einer 3-D-Darstellung, wobei der rohrförmige Ansatz 9a eine Nut 9b zur Montage und Demontage sowie eine umlaufende Ringnut 9c zur Aufnahme des axialen Sicherungselementes 16 (vgl. 2) aufweist.
  • Die Aufteilung der Axialkräfte auf das erste Axiallager 3 und das zweite Axiallager 11 erfolgt erfindungsgemäß nach folgenden Gleichungen: FZ = F1Z + F2Z FS = F1S + F2S
  • Die Reaktionskraft F2Z bzw. F2S im zweiten Axiallager 11 entspricht dabei der Federkraft FF des Federelementes 17 bzw. des Federelementes 18. Die Federkraft FF kann zur Bestimmung der Axialkraftanteile vorgewählt und eingestellt werden. Für die Entlastung des ersten Axiallagers 3 ergibt sich damit eine reduzierte Lagerkraft: F1Z = FZ – FF, wobei FF die jeweils wirkende Federkraft der Übertragungseinrichtung 12 ist.
  • Die Entlastung des ersten Axiallagers 3 beruht somit auf einer Parallelschaltung des zweiten Axiallagers 11 über die Übertragungseinrichtung 12. Es liegt auch im Rahmen der Erfindung, die Parallelschaltung des zweiten Axiallagers 11 durch andere Mittel darzustellen, z. B. durch eine beiderseitige elastische Abstützung des zweiten Axiallagers 11, insbesondere dessen Außenringes im Gehäuse 5 und ein starres axiales Verbindungselement zwischen der Getriebeantriebswelle 2 und der Rotorwelle 9.
  • 4 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei für gleiche Teile gleiche Bezugszahlen wie im vorherigen Ausführungsbeispiel verwendet werden. Im Unterschied zum vorherigen Ausführungsbeispiel ist die Getriebeeingangswelle über ein starres (nicht elastisches) Verbindungsglied, angedeutet durch einen Querzapfen 19, zur Übertragung von Axialkräften mit dem Ansatz 9a der Rotorwelle 9 verbunden. Das Rotorlager 11, auch zweites Axiallager 11 genannt, weist einen Außenring 11a auf, welcher elastisch gegenüber dem Teilgehäuse 5 abgestützt ist. Hierfür sind beiderseits des Außenringes 11a elastische Elemente 20, 21 angeordnet, welche eine Federkraft FF entsprechend dem vorherigen Ausführungsbeispiel auf die Rotorwelle 9 und damit auf die Getriebeeingangswelle 2 ausüben. Dadurch erfolgt eine Entlastung des ersten Axiallagers 3, wie oben beschrieben.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Hybridantrieb
    2
    Getriebeeingangswelle
    3
    Wälzlager (erstes Axiallager)
    4
    Getriebegehäuse
    5
    Teilgehäuse (Hybridgehäuse)
    6
    elektrische Maschine
    7
    Stator
    8
    Rotor
    9
    Rotorwelle
    9a
    rohrförmiger Ansatz
    9b
    Nut
    9c
    Ringnut
    10
    Mitnahmeverzahnung
    11
    Rotorlager (zweites Axiallager)
    12
    Übertragungseinrichtung
    13
    Ringspalt
    14
    Widerlager
    15
    Widerlager
    16
    Widerlager
    17
    erstes Federelement
    18
    zweites Federelement
    19
    Verbindungselement
    20
    elastisches Element
    21
    elastisches Element
    FZ
    Axialkraft (Zug)
    FS
    Axialkraft (Schub)
    F1Z
    Lagerkraft
    F2Z
    Lagerkraft
    F1S
    Lagerkraft
    F2S
    Lagerkraft
    FF
    Federkraft
    X
    Einzelheit
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • WO 2009/153149 A1 [0002]

Claims (12)

  1. Vorrichtung zur Aufnahme von Axialkräften in einem Getriebe, umfassend eine Getriebeantriebswelle (2), die über ein erstes Axiallager (3) an einem Getriebegehäuse (4) abgestützt ist, und eine in einem Teilgehäuse (5) angeordnete elektrische Maschine (6) mit einem Rotor (8), der drehfest, jedoch axial gleitend gegenüber der Getriebeantriebswelle (2) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (8) über eine Rotorwelle (9) mit der Getriebeantriebswelle (2) verbunden ist, dass die Rotorwelle (9) über ein zweites Axiallager (11) gegenüber dem Teilgehäuse (5) abgestützt ist und dass zwischen der Rotorwelle (9) und der Getriebeantriebswelle (2) eine Einrichtung (12) zur elastischen Übertragung von Axialkräften wirkt.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (12) mindestens zwei Federelemente (17, 18) umfasst, welche zwischen der Getriebeantriebswelle (2) und der Rotorwelle (9) wirksam sind.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Federelemente als Druckfederelemente (17, 18) ausgebildet sind, die sich einerseits über erste Widerlager (14, 15) auf der Getriebeantriebswelle (2) und andererseits über ein zweites Widerlager (16) an der Rotorwelle (9) abstützen.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Widerlager (14, 15) als axiale Sicherungselemente ausgebildet sind.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Widerlager (16) als axiales Sicherungselement ausgebildet ist.
  6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Federelemente als Schrauben- oder Tellerfedern (17, 18) ausgebildet sind.
  7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Getriebeantriebswelle (2) und der Rotorwelle (9) ein Ringspalt (13) belassen ist, in welchem die Widerlager (14, 15, 16) und die Federelemente (17, 18) angeordnet sind.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Axiallager (3) und das zweite Axiallager (11) als Einrichtung zur elastischen Übertragung von Axialkräften wirken.
  9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und das zweite Axiallager (3, 11) als Festlager ausgebildet sind.
  10. Vorrichtung zur Aufnahme von Axialkräften in einem Getriebe, umfassend eine Getriebeantriebswelle (2), die über ein erstes Axiallager (3) an einem Getriebegehäuse (4) abgestützt ist, und eine in einem Teilgehäuse (5) angeordnete elektrische Maschine (6) mit einem Rotor (8), der drehfest gegenüber der Getriebeantriebswelle (2) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (8) über eine Rotorwelle (9) mit der Getriebeantriebswelle (2) verbunden ist, dass die Rotorwelle (9) über ein zweites Axiallager (11) elastisch gegenüber dem Teilgehäuse (5) abgestützt ist und dass zwischen der Rotorwelle (9) und der Getriebeantriebswelle (2) ein Verbindungselement (19) zur Übertragung von Axialkräften angeordnet ist.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem zweiten Axiallager (11) und dem Teilgehäuse (5) elastische Elemente (20, 21) angeordnet sind.
  12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebeeingangswelle (2) und die Rotorwelle (9) Teile eines Hybridantriebes (1) eines Kraftfahrzeuges sind.
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