DE102011079153A1

DE102011079153A1 - Planetenradgetriebe, Planetenradgetriebestufe und Rotorwellenlagerung sowie Antriebseinheit mit einer solchen Rotorwellenlagerung

Info

Publication number: DE102011079153A1
Application number: DE102011079153A
Authority: DE
Inventors: Frank Steiner; Ramon JURJANZ
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2011-07-14
Filing date: 2011-07-14
Publication date: 2013-01-17
Also published as: WO2013007400A3; WO2013007400A2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Rotorwellenlagerung mit einer elektromotorisch antreibbaren Rotorwelle (1) für ein Kraftfahrzeug, wie ein Hybrid-Kraftfahrzeug, mit einer Festlageranordnung und einer Loslageranordnung, welche beide Wälzkörper (7) beinhalten, wobei die Loslageranordnung ein Zylinderrollenlager umfasst, dessen Wälzkörper (7) in direkter Anlage mit einer Rotationsfläche (9) der Rotorwelle (1) befindlich sind. Die Erfindung betrifft auch eine Antriebseinheit mit einem Elektromotor, einer Verbrennungskraftmaschine und eine Rotorwelle (1), die vom Elektromotor antreibbar ist, wobei die Rotorwelle (1) über eine Rotorwellenlage der vorstehend beschriebenen Art gelagert ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Rotorwellenlagerung mit einer elektromotorisch antreibbaren Rotorwelle für ein Kraftfahrzeug, wie ein Hybrid-Kraftfahrzeug, mit einer Festlageranordnung und einer Loslageranordnung, welche beide Wälzkörper beinhalten.
Aus dem Stand der Technik sind diverse Lagervorrichtungen, u. a. auch bei Hybrid-Fahrzeugen und dort an elektromotorisch angetriebenen Rotorwellenlagern bekannt. So offenbart bspw. die US 7884511 B2 eine Rotorwellenlagerung mit Kugellagern.
Antriebsanordnungen für Kraftfahrzeuge und Wälzlager sind auch aus der DE 19841159 C2 und der DE 10 2004 040 224 A1 bekannt.
So offenbart die DE 19841159 C2 eine Antriebseinheit für ein Kraftfahrzeug, umfassend einen Elektromotor mit einem Stator und einem Rotor, der über zumindest ein nachgeschaltetes, Abtriebswellen umfassendes Ausgleichsgetriebe mit Antriebsrädern des Kraftfahrzeuges in Wirkverbindung steht, wobei der Elektromotor koaxial zu zumindest einer der Antriebswellen angeordnet ist, wobei dem Ausgleichsgetriebe ein Getriebe zur Übersetzung eines eingeleiteten Momentes vorgeschaltet ist, wobei das Getriebe einen axialen Durchgriff aufweist, durch den eine der Abtriebswellen des Ausgleichsgetriebes des Getriebes durchgreift.
Die DE 10 2004 040 224 A1 offenbart ein Wälzlager einer Elektromaschine, wobei das Wälzlager wenigstens zwei Wälzringe, zwischen denen die Wälzkörper angeordnet sind, wobei die Elektromaschine einen Stator und einen Rotor aufweist, der über das Wälzlager mit dem Stator drehbar verbunden ist, wobei wenigstens einer der Wälzlagerringer für ein Befestigen einen Flansch umfasst und der Wälzlagerring zusammen mit dem Flansch einstückig ausgebildet ist und/oder dass das Wälzlager als ein zweireihiges Schrägwälzlager ausgebildet ist, bei dem die beiden Wälzkörperreihen einen betragsmäßig unterschiedlichen Druckwinkel aufweisen.
Gerade da Hybrid-Kraftfahrzeuge immer verbreiteter werden, gerät die Rotorwellenlagerung eines permanentmagneterregten Synchronmotors immer mehr in den Fokus einer gewünschten Optimierung.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Rotorwellenlagerung vorzuhalten, die insbesondere auch Teil eines Planetenradgetriebes oder einer entsprechenden Planetenstufe sein kann. Auftretende Wärmedehnungen sowohl an der Rotorwelle, als auch am Gehäuse sollen kompensiert werden, ohne dass die Ausfallwahrscheinlichkeit der Rotorwellenlagerung ansteigt. Gleichzeitig soll die Montage auch erleichtert werden.
Offenbarung der Erfindung
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Loslager als Zylinderrollenlager ausgestaltet ist, dessen Wälzkörper in direkter Anlage mit einer Rotationsfläche der Rotorwelle befindlich sind.
Auf diese Weise können besonders große Kräfte übertragen werden. Solche großen Kräfte treten aber gerade bei Rotorwellenlagerungen von Elektromotoren auf, da eine Drehmomentweitergabe an Getriebeelemente, wie z. B. Planetenradgetriebesätze oder ähnliche Getriebeausbildungen hohe radiale Kräfte auf die entsprechenden Lager aufbringen. Da eines der beiden genutzten Lager eine Festlagerung ist, wird die andere Lagerung, die Loslagerung bei Verwendung einer erfindungsgemäßen Rollenwellenlagerung bzgl. ihrer Belastbarkeit und Montagefreundlichkeit verbessert. Es kann auf einen Innenlagerring verzichtet werden. Auch auf einen Innenlagerring ohne Borde kann verzichtet werden. Grundsätzlich wäre eine solche Zylinderrollenlagerung zwar eine Alternative, die aber Nachteile bzgl. der Montagefreundlichkeit hat.
Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beansprucht und werden nachfolgend näher erläutert.
So ist es von Vorteil, wenn ein Gehäuse umfasst ist, in dem ein Außenring des Zylinderrollenlagers über einen Absatz des Gehäuses und einen am Gehäuse befestigten Deckel axial positionsbestimmt ist. Gerade durch einen solchen Deckel, also einem separaten Bauteil, kann die axiale Sicherung des Lageraußenrings zur Vermeidung eventueller Schädigungen des Lagers und der Laufbahn wie auch der Wälzkörper eingesetzt werden. Eine Gehäuseausweitung im Betrieb, bspw. aufgrund eines Temperatureinflusses, der gerade bei elektromotorischem Antrieb und Getriebeverwendung groß sein kann, wird kompensiert.
Es ist ferner von Vorteil, wenn ein mit der Rotationsfläche der Rotorwelle in Wirkkontakt stehendes Dichtelement, welches am Gehäuse festgelegt ist, als berührungslose Dichtung, etwa als Labyrinthdichtung ausgebildet ist. Auf diese Weise kann die Lagerstelle vernünftig abgedichtet werden, da die zu erwartenden hohen Umfangsgeschwindigkeiten im Bereich einer sonst zu verwendenden Dichtlippe, welche zum Ausfall der Dichtung führen würde, bei gleichbleibend guter Dichtwirkung berücksichtigt werden.
Die Montage lässt sich erleichtern und ein Wandern des Loslagers, insbesondere auch des Außenrings des Loslagers in axialer Richtung ausschließen, wenn das Dichtelement ein integraler Bestandteil des Deckels und/oder eines Außenrings des Zylinderrollenlagers ist.
Es ist von Vorteil, wenn ein Deckel über eine Kraftschlussverbindung am Gehäuse festgelegt ist. Auf diese Weise kann auf bewährte Befestigungsarten zurückgegriffen werden.
Wenn der Deckel am Gehäuse angeschraubt ist, lässt sich auf kostengünstige, ausfallsichere und hochbelastbare Befestigungsarten zurückgreifen. Auch das Festlegen mittels eines Sicherungsrings ist eine probate Lösung.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel ist dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorwelle einen Getriebeanschluss aufweist, da dann die elektromotorischen Drehmomente über die Rotorwelle an eine Getriebeanordnung weitergebbar und letztendlich zu einem anzutreibenden Rad eines Kraftfahrzeuges verbringbar sind.
Eine kompakte Bauweise lässt sich realisieren, wenn in der Rotorwelle eine konzentrisch angeordnete Radantriebswelle angeordnet ist.
Ferner ist es von Vorteil, wenn die Rotorwelle im Bereich eines loslagerbenachbarten Dichtsitzes eine Umfangsgeschwindigkeit von über 35 m/sec aufweist.
Die Erfindung betrifft auch eine Antriebseinheit mit einem Elektromotor, einer Verbrennungskraftmaschine und einer Rotorwelle, die vom Elektromotor antreibbar ist, wobei die Rotorwelle über eine Rotorwellenlagerung wie vorstehend erläutert gelagert ist.
Die Erfindung ist auch mithilfe einer Zeichnung erläutert, in der zwei Ausführungsbeispiele dargestellt werden. Es zeigen:
1 ein erstes Ausführungsbeispiel im Schnitt durch einen Teil einer erfindungsgemäßen Rollenwellenlagerung, und
2 eine vergleichbare Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Rotorwellenlagerung gemäß der Erfindung.
Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen nur dem Verständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen.
In 1 ist eine erfindungsgemäße Rotorwellenlagerung dargestellt, wobei in diesem ersten Ausführungsbeispiel eine Rotorwelle 1 von einem Elektromotor angetrieben wird. Bei dem Elektromotor handelt es sich um einen permanentmagneterregten Synchronmotor.
Die Rotorwelle 1 ist durch eine Fest-Los-Lagerung gelagert, wobei das Festlager ein Rillenkugellager ist, welches durch Schulter- und Sicherungsringe fixiert wird. Dieses Festlager ist nicht dargestellt. Das dazu korrespondierende Loslager 2 ist dabei als Zylinderrollenlager ausgebildet, bei dem die als Rollen ausgebildeten Wälzkörper direkt auf der Rotorwelle 1 laufen.
Ein Außenring des Loslagers 2 sitzt in einem aus Aluminium gefertigten Gehäuse 3.
Während das System herkömmlich durch eine nicht dargestellte Radialwellendichtung, wie einem Radialwellendichtring abgedichtet ist, wird hier eine berührungslos arbeitende Dichtung, nämlich eine Labyrinthdichtung 5 eingesetzt, die in einen Deckel 4 integriert ist. Der Deckel 4 ist am Gehäuse 3 befestigt. Die Befestigung wird über eine Schraubverbindung realisiert. Auch das Festlegen mittels eines Sicherungsringes ist alternativ realisierbar.
Konzentrisch innerhalb der Rotorwelle 1 ist eine Radantriebswelle 6 angeordnet, die herkömmlicherweise auch als Steckachse bezeichnet wird.
Diese Lageranordnung ermöglicht einen Ausgleich von temperaturbedingten Längendehnungen der Rotorwelle 1. Aufgrund der hohen Drehzahlen der Rotorwelle 1, bspw. um ca. 12.000 U/min und eines großen Rotorwellendurchmessers im Bereich der sonst vorhandenen Dichtlippe, bspw. 60 mm, treten sehr hohe Umfangsgeschwindigkeiten im Bereich der sonst vorhandenen Dichtlippe auf, nämlich über 35 m/sec, insbesondere über 38 m/sec. Der Grenzwert für Radialwellendichtringe beträgt jedoch rund 10 m/sec und ist zudem werkstoffabhängig.
Die Rotorwellenlagerung gemäß der Erfindung ist so ausgebildet, dass das Loslager 2 ein Zylinderrollenlager ist, bei dem die Wälzkörper direkt auf der Rotorwelle 1 laufen.
Die Sicherung des Außenrings des Loslagers 2 wird über den Deckel 4 gewährleistet, der am Gehäuse 3 angeschraubt ist.
Die in dem Deckel 4 integrierte Labyrinthdichtung 5 hat zur Folge, dass aufgrund dieser speziellen Deckelausgestaltung einerseits eine axiale Sicherung des Lageraußenrings erreicht ist und andererseits eine hochgeschwindigkeitsfeste Dichtung erreicht ist.
Aufgrund des großen Wellendurchmessers und der hohen Rotordrehzahl kann auf handelsübliche Dichtungen und Dichtungswerkstoffe verzichtet werden und eine gute Wirkung mit der berührungslosen Dichtung erreicht werden.
In 2 ist eine Abwandlung des Erfindungsprinzips dargestellt, derart, dass der Außenring des Loslagers 2 zur Ausbildung des Dichtelementes, nämlich der Labyrinthdichtung 5 verändert ist. Der Deckel 4 legt dann sowohl das Dichtelement mit der Labyrinthdichtung 5 als auch den Außenring des Loslagers 2 fest. Dies ist dadurch bewirkt, dass das Dichtelement ein Teil des Außenrings des Loslagers 2 ist.
Die Wälzkörper der Lager sind in den Figuren mit den Bezugszeichen 7 versehen, wobei der Außenring mit dem Bezugszeichen 8 versehen ist.
Die Wälzkörper 7 des als Zylinderrollenlagers ausgebildeten Loslagers 2 sind in direkter Anlage mit einer Rotationsfläche 9 der Rotorwelle 1 befindlich.
Bezugszeichenliste

1: Rotorwelle
2: Loslager
3: Gehäuse
4: Deckel
5: Labyrinthdichtung
6: Radantriebswelle
7: Wälzkörper
8: Außenring

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 7884511 B2 [0002]
DE 19841159 C2 [0003, 0004]
DE 102004040224 A1 [0003, 0005]

Claims

Rotorwellenlagerung mit einer elektromotorisch antreibbaren Rotorwelle (1) für ein Kraftfahrzeug, wie ein Hybrid-Kraftfahrzeug, mit einer Festlageranordnung und einer Loslageranordnung, welche beide Wälzkörper (7) beinhalten, dadurch gekennzeichnet, dass die Loslageranordnung ein Zylinderrollenlager umfasst, dessen Wälzkörper (7) in direkter Anlage mit einer Rotationsfläche (9) der Rotorwelle (1) befindlich sind.
Rotorwellenlagerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gehäuse (3) umfasst ist, in dem ein Außenring (8) des Zylinderrollenlagers über einen Absatz des Gehäuses (3) und einen am Gehäuse befestigten Deckel (4) axial positionsbestimmt ist.
Rotorwellenlagerung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein mit der Rotationsfläche (9) der Rotorwelle (1) in Wirkkontakt stehendes Dichtelement, welches am Gehäuse (3) festgelegt ist, als berührungslose Dichtung, etwa als Labyrinthdichtung (5) ausgebildet ist.
Rotorwellenlagerung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement ein integraler Bestandteil des Deckels (4) und/oder eines Außenrings (8) des Zylinderrollenlagers ist.
Rotorwellenlagerung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Deckel (4) über eine Kraftschlussverbindung am Gehäuse (3) festgelegt ist.
Rotorwellenlagerung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Deckel (4) am Gehäuse (3) angeschraubt ist.
Rotorwellenlagerung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorwelle (1) einen Getriebeanschluss aufweist.
Rotorwellenlagerung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass in der Rotorwelle (1) eine konzentrisch angeordnete Radantriebswelle (6) angeordnet ist.
Rotorwellenlagerung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorwelle (1) im Bereich eines loslagerbenachbarten Dichtsitzes eine Umfangsgeschwindigkeit von über 35 m/sec aufweist.
Antriebseinheit mit einem Elektromotor, einer Verbrennungskraftmaschine und einer Rotorwelle (1), die vom Elektromotor antreibbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorwelle (1) über eine Rotorwellenlagerung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 gelagert ist.