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Die Erfindung betrifft eine mehrstückige Rotorwellenbaugruppe mit einem Rotor, mit einer Trägerbaugruppe, welche mit dem Rotor in Bezug auf eine Drehachse der Rotorwellenbaugruppe drehfest gekoppelt ist, wobei die Trägerbaugruppe als eine Hohlwelle mit einem Aufnahmeraum ausgebildet ist, mit einer zweiten Welle, wobei die zweite Welle in dem Aufnahmeraum angeordnet ist, und mit mindestens einer Zusatzhülse, welche in dem Aufnahmeraum angeordnet und mit der Trägerbaugruppe drehfest gekoppelt ist, wobei die zweite Welle durch die Zusatzhülse durchgeführt ist, so dass sich die zweite Welle und die Zusatzhülse in einem axialen Überlappabschnitt in radialer Richtung überlappen. Die Erfindung betrifft auch eine elektromotorische Getriebevorrichtung für ein Fahrzeug mit der Rotorwellenbaugruppe.
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Der Einsatz von Elektromotoren bei Fahrzeugen zur Erzeugung des Antriebsdrehmoments bildet die Grundlage für umweltschonende Fahrzeugkonzepte. Während bislang Einsatzgebiete von Elektromotoren mit höheren Leistungen eher im stationären Bereich zu finden waren, bilden diese einen neuen Standard in Fahrzeugen. Dadurch müssen Elektromotoren zur Erzeugung des Antriebsdrehmoments für Fahrzeuge allen Anforderungen eines mobilen Antriebs genügen.
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Beispielsweise offenbart die Druckschrift
DE 10 2009 031 869 A1 eine Achsantriebseinheit für ein Kraftfahrzeug mit einer elektrischen Maschine und einem Achsdifferentialgetriebe, die in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind. Die elektrische Maschine weist einen Stator und einen Rotor auf, der mit einem Eingangselement des Achsdifferentialgetriebes antriebsverbunden ist. Der Rotor sitzt auf einer Hohlwelle, welche beidseitig über Wälzlager gegenüber dem Gehäuse abgestützt ist. Durch die Hohlwelle ist eine Abtriebswelle durchgesteckt und mit der Hohlwelle drehfest verbunden.
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Die Druckschrift
EP 0 869 600 A1 , die wohl den nächstkommenden Stand der Technik bildet, offenbart dagegen eine Welle zur Verwendung in einem elektrischen Motor, welche besonders geeignet für Elektromotoren mit einer Leistung von mehr als 1.500 KW sein soll. Die Welle weist eine Mehrzahl axial verteilter Bereiche auf, welche mindestens einen metallischen Bereich und wenigstens einen nichtmetallischen Bereich umfassen, wobei der nichtmetallische Bereich aus einem Kompositmaterial gebildet ist. Die Welle kann in eine Hohlwelle eines Rotors eingesteckt und mit dieser drehfest verbunden werden. Dabei stützen sich die metallischen und nichtmetallischen Bereiche an der Innenfläche der Hohlwelle ab.
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Gebiet der Erfindung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Rotorwellenbaugruppe vorzuschlagen, welche für den Einsatz in einer elektromotorischen Getriebevorrichtung für ein Fahrzeug besonders gut geeignet ist. Es ist auch Aufgabe der Erfindung, eine elektromotorische Getriebevorrichtung vorzuschlagen, welche besonders geeignet für den Einbau in das Fahrzeug ist.
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Diese Aufgaben werden durch eine mehrstückige Rotorwellenbaugruppe mit den Merkmalen des Anspruches 1 sowie durch eine elektromotorische Getriebevorrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 11 gelöst. Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren.
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Im Rahmen der Erfindung wird eine mehrstückige Rotorwellenbaugruppe vorgeschlagen, welche für den Einsatz in einer elektromotorischen Getriebevorrichtung geeignet und/oder ausgebildet ist. Die elektromotorische Getriebevorrichtung ist insbesondere für den Einsatz in einem Fahrzeug, bevorzugt in einem Personenkraftwagen oder in einem Lastkraftwagen oder in einem Bus, geeignet und/oder ausgebildet.
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Die mehrstückige Rotorwellenbaugruppe umfasst mehrere Komponenten, wobei ein Rotor des Elektromotors eine erste Komponente bildet. Der Rotor ist beispielsweise in üblicher Bauart als ein Blechpaket ausgebildet. Ferner umfasst die Rotorwellenbaugruppe als weitere Komponente eine Trägerbaugruppe, die mit dem Rotor drehfest gekoppelt ist. Hierbei kann vorgesehen sein, dass der Rotor unmittelbar auf die Trägergruppe aufgesetzt, insbesondere aufgepresst ist. Es ist jedoch auch möglich, dass der Rotor auf einem separaten Rotorhalter sitzt, welcher mit der Trägerbaugruppe zum Beispiel über einen Zahneingriff formschlüssig in Umlaufrichtung um die Drehachse der Rotorwellenbaugruppe gekoppelt ist. Die Trägerbaugruppe ist als eine Hohlwelle ausgebildet, welche einen Aufnahmeraum aufweist, der sich entlang der Drehachse der Rotorwellenbaugruppe erstreckt und endseitig auf beiden Seiten geöffnet ist. Als weitere Komponente umfasst die Rotorwellenbaugruppe eine zweite Welle, wobei die zweite Welle in dem Aufnahmeraum angeordnet ist. Insbesondere ist die zweite Welle in dem Aufnahmeraum so positioniert, dass diese auf beiden axialen Seiten der Trägerbaugruppe übersteht. Bei einer ersten möglichen Ausführungsalternative der Erfindung ist die zweite Welle drehfest mit der Trägerbaugruppe in Umlaufrichtung um die Drehachse vorzugsweise unmittelbar gekoppelt. Bei einer anderen Ausführungsalternative dreht sich die zweite Welle mit einer anderen Drehzahl als die Hohlwelle.
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Ferner umfasst die Rotorwellenbaugruppe mindestens eine Zusatzhülse, die ebenfalls in dem Aufnahmeraum angeordnet ist und mit der Trägerbaugruppe drehfest gekoppelt ist. Insbesondere ist die Zusatzhülse koaxial und konzentrisch zu der Hohlwelle und/oder zu der Trägerbaugruppe und/oder zu dem Rotor und/oder zu der Rotorwellenbaugruppe angeordnet. Die zweite Welle ist durch die Zusatzhülse durchgeführt, so dass sich die zweite Welle und die Zusatzhülse in einem axialen Überlappabschnitt in radialer Richtung überlappen. In dem axialen Überlappabschnitt, der sich entlang der Drehachse der Rotorwellenbaugruppe erstreckt, sind die zweite Welle und die Zusatzhülse in radialer Richtung doppellagig ausgeführt.
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Im Rahmen der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Zusatzhülse mit der zweiten Welle in dem Überlappabschnitt einen gemeinsamen Fluidkanal für ein Fluid ausbildet, der in axialer Richtung zu der Drehachse verläuft. Vorzugsweise kontaktiert das Fluid in dem gemeinsamen Fluidkanal somit sowohl die Zusatzhülse als auch die zweite Welle. Der Fluidkanal kann sich in exakter axialer Ausrichtung und/oder parallel zu der Drehachse erstrecken, es ist jedoch auch möglich, dass dieser nur einen axialen Anfangsbereich mit einem axialen Endbereich des Überlappabschnitts strömungstechnisch verbindet. Der Fluidkanal kann beispielsweise schraubenförmig oder wellenförmig in dem Überlappabschnitt verlaufen.
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Ein Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, dass durch die mindestens eine Zusatzhülse das Material und die Form des gemeinsamen Fluidkanals zumindest von der Seite der Trägerbaugruppe frei gestaltet werden kann. Somit ist es möglich, das Design der Rotorwellenbaugruppe und insbesondere die freien Durchmesser der Trägerbaugruppe im Aufnahmeraum und den Außendurchmesser von der zweiten Welle unabhängig von der Ausbildung des gemeinsamen Fluidkanals zu gestalten.
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Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist der Fluidkanal als ein Ringkanal ausgebildet, welcher in Umlaufrichtung durchgängig ausgebildet ist. Vorzugsweise ist der der Fluidkanal als ein um die Drehachse rotationssymmetrischer Kanal gestaltet, so dass auch bei hohen Drehzahlen der zweiten Welle und/oder der Trägerbaugruppe keine Unwucht auftritt. Bei der Ausbildung als Ringkanal wird ferner erreicht, dass die Zusatzhülse und die zweite Welle mechanisch vollständig entkoppelt, insbesondere kontaktfrei sind, so dass an der Zusatzhülse kein mechanischer Verschleiß durch die zweite Welle zu erwarten ist. Auch diese Ausgestaltung reduziert die Randbedingungen für die Auslegung der Zusatzhülse, da diese nicht für Verschleißbelastungen ausgelegt sein muss.
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Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung hat der Ringkanal in dem Überlappabschnitt in axialer Richtung einen konstanten oder unveränderten Querschnitt. In abgewandelten Ausführungsformen kann es jedoch auch vorkommen, dass sich der Querschnitt des Ringkanals und/oder des Fluidkanals in axialer Richtung ändert.
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Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Zusatzhülse als eine Einschubhülse ausgebildet ist, welche in die Trägerbaugruppe nur eingeschoben wird und dort kraft- und möglicherweise kraftschlüssig, nicht jedoch stoffschlüssig, gehalten wird. Insbesondere wird die Zusatzhülse durch einen Presssitz gehalten. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass auf eine stoffschlüssige Verbindung, wie zum Beispiel Schweißen oder Kleben, zwischen Zusatzhülse und Trägerbaugruppe verzichtet werden kann, so dass die Montage vereinfacht wird. Insbesondere ist die Einschubhülse reversibel in der Trägerbaugruppe aufgenommen, so dass diese bei Bedarf zerstörungsfrei ausgetauscht, insbesondere demontiert werden kann.
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Bei einer bevorzugten konstruktiven Realisierung der Erfindung ist es vorgesehen, dass sich die mindestens eine Zusatzhülse und/oder der axiale Überlappabschnitt über mindestens 2 cm, vorzugsweise über mindestens 4 cm und insbesondere über mindestens 6 cm erstreckt. Diese axiale Länge ist bevorzugt, um den gemeinsamen Fluidkanal eine gewisse Grundlänge zu geben.
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Es ist ein weiterer Vorteil der Erfindung, dass die Zusatzhülse unabhängig von dem Material der Trägerbaugruppe ausgelegt werden kann. So ist es möglich, dass die Zusatzhülse aus einem Kunststoff, aus einem Leichtmetall, insbesondere einer Aluminium- oder Magnesiumlegierung, gefertigt ist. Optional ergänzend ist es bevorzugt, dass die aufnehmende Komponente der Trägerbaugruppe, insbesondere ein Rotorhalter der Trägerbaugruppe, aus Stahl gefertigt ist. Durch den möglichen Materialmix für die Auswahl des Materials für die Zusatzhülse können weitere Vorteile erreicht werden: So führt die Verwendung von Kunststoff oder von einem Leichtmetall dazu, dass die Zusatzhülse – verglichen mit einer Ausbildung aus Stahl – vergleichsweise leicht ist, so dass die rotierende Masse gering gehalten wird. Eine geringe rotierende Masse führt zu einem geringeren Verschleiß und einer höheren Leistung des Elektromotors. Zusatzhülsen aus Kunststoff können sehr kostengünstig im Spritzgussverfahren hergestellt werden.
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Eine besonders bevorzugte Ausführungsform ist gegeben, wenn die Zusatzhülse als ein Kühlring ausgebildet ist. In dieser Ausgestaltung transportiert die Zusatzhülse Wärme von der Trägerbaugruppe und somit von dem Rotor zu dem Fluidkanal, wo die Wärme über das Fluid abtransportiert werden kann. In dieser Ausgestaltung ist die Zusatzhülse besonders bevorzugt aus Metall, insbesondere einem Leichtmetall, im speziellen aus einer Aluminiumlegierung gefertigt, um den Wärmefluss zu verbessern
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Bei einer möglichen Weiterbildung der Erfindung trägt die mindestens eine Zusatzhülse an der Innenfläche Strömungsstrukturen zur Förderung des Fluids. Im Betrieb ist vorgesehen, dass die Zusatzhülse gemeinsam mit der Trägerbaugruppe, mit der sie drehfest verbunden ist, rotiert. Durch Strömungsstrukturen an der Innenfläche wird erreicht, dass die Zusatzhülse wie ein Pumpenabschnitt wirkt, welcher das Fluid aktiv transportiert. Als mögliche Strömungsstrukturen kommen beispielsweise Nuten und/oder Stege in Frage. Insbesondere sind die Strömungsstrukturen schraubenlinienförmig oder zumindest schräg zu der Drehachse verlaufend ausgebildet. Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind die Strömungsstrukturen als sogenannte Schmiernuten realisiert.
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Nachdem die Zusatzhülsen einen Teil des gemeinsamen Fluidkanals und damit eines Fluidkanals bilden, ist es bevorzugt, wenn die Zusatzhülsen an der Stirnseite eine Aufnahme für eine Dichtung aufweisen oder sogar eine Dichtung bilden. Eine derartige Aufnahme kann beispielsweise durch eine um die Drehachse umlaufende Nut realisiert sein, in die eine Dichtung, z. B. eine Labyrinthdichtung, eingelegt ist.
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Bei einer bevorzugten konstruktiven Realisierung der Erfindung weist die Trägerbaugruppe einen Kopplungsring auf, der in dem Aufnahmeraum angeordnet ist, mit der Trägerbaugruppe drehfest verbunden ist und der eine Kopplungsstruktur zur mechanischen Kopplung mit der zweiten Welle umfasst, wobei benachbart zu dem Kopplungsring jeweils eine Zusatzhülse angeordnet ist, wie sie zuvor beschrieben wurde.
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Konstruktiv betrachtet ist der Kopplungsring bevorzugt als ein Stahlring ausgebildet, welcher als Kopplungsstruktur zum Beispiel eine Verzahnung, insbesondere eine Steckverzahnung mit axial verlaufenden Zähnen aufweist. Ein ergänzender Vorteil ergibt sich in dieser Realisierung dadurch, dass für den Kopplungsring wieder ein anderes Material oder eine andere Materialbehandlung als für die aufnehmende Komponente, insbesondere den Rotorhalter, und die Zusatzhülse eingesetzt werden kann. So ist es beispielsweise möglich, dass der Kopplungsring aus gehärtetem Stahl besteht, wogegen die aufnehmende Komponente nicht oder anders gehärtet ist. Somit kann bei dem Zusammenbau der Trägerbaugruppe aus verschiedenen Komponenten für jede Komponente das Material unterschiedlich ausgewählt sein kann. Bevorzugt erstreckt sich der Kopplungsring nicht über die gesamte axiale Länge der Trägerbaugruppe, insbesondere des Rotorhalters, sondern ist auf einen Teilbereich begrenzt. Vorzugsweise ist der Kopplungsring auf weniger als 50 % der axialen Länge, insbesondere auf weniger als 30 % der axialen Länge der Trägerbaugruppe, insbesondere des Rotorhalters begrenzt. Durch diese Ausgestaltung ist eine robuste Kopplung zwischen der zweiten Welle und der Trägerbaugruppe möglich.
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Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Kopplungsring einen Verbindungskanal aufweist, der die Fluidkanäle der beiden benachbarten Zusatzhülsen strömungstechnisch verbindet. Dadurch kann das Fluid durch den Kopplungsring hindurch transportiert werden.
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Ein weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft eine elektromotorische Getriebevorrichtung für ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 11.
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Im Rahmen der Erfindung wird somit auch eine elektromotorische Getriebevorrichtung mit einem Elektromotor vorgeschlagen, wobei der Elektromotor in der Getriebevorrichtung zu Erzeugung eines Antriebsdrehmoments für ein Fahrzeug ausgebildet ist. Das Antriebsdrehmoment kann als ein Hauptdrehmoment ausgebildet sein, welches das Fahrzeug ausschließlich antreibt. Das Antriebsdrehmoment kann jedoch auch als ein Hilfsdrehmoment ausgebildet sein, welches in Ergänzung zu einem Hauptdrehmoment eines anderen Motors – wahlweise eines Elektromotors oder eines Verbrennungsmotors – ein zusätzliches Antriebsdrehmoment für das Fahrzeug bereitstellt. So kann die Getriebevorrichtung insbesondere als eine sogenannte elektrische Achse, als ein Hybridgetriebe, als ein Überlagerungsgetriebe oder als ein Differentialgetriebe ausgebildet sein. Im letztgenannten Fall kann vorgesehen sein, dass das Antriebsdrehmoment des Elektromotors selektiv auf eine Achse oder ein Rad übertragen wird, um das Fahrverhalten des Fahrzeugs zu verbessern. Das Fahrzeug ist beispielsweise als ein Personenkraftfahrzeug ausgebildet, bei abgewandelten Ausführungsformen kann es sich jedoch auch um einen Lastkraftwagen handeln.
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Die Getriebevorrichtung umfasst ein Gehäuse, wobei in dem Gehäuse der Elektromotor angeordnet ist. Das Gehäuse kann sich nur über den Elektromotor erstrecken, alternativ kann das Gehäuse mehrere Bereiche aufweisen, wobei in einem Bereich der Elektromotor und in einem anderen Bereich, insbesondere benachbart zu dem Elektromotor, ein Getriebe angeordnet ist. Das benachbarte Getriebe kann beispielsweise als ein Planetengetriebe, vorzugsweise als ein Stirnradplanetengetriebe ausgebildet sein, welches als Differentialgetriebe oder ein Überlagerungetriebe umgesetzt ist. Besonders bevorzugt ist das Gehäuse aus Metall ausgebildet.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Getriebevorrichtung als eine kompakte Gesamtbaugruppe ausgebildet, welche sowohl den Elektromotor als auch das Getriebe umfasst. Insbesondere ist die Getriebevorrichtung als eine selbsthaltende Baueinheit realisiert.
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Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung.
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Dabei zeigen:
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1 einen schematischen Längsschnitt durch eine Getriebevorrichtung als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung,
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2 in gleicher Darstellung wie in der 1 die Trägerbaugruppe der Rotorwellenbaugruppe in der 1 in gleicher Darstellung in 1;
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3 in gleicher Darstellung wie in den 1 und 2 die Rotorwellenbaugruppe aus 1;
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4a, 4b eine schematische Schnittansicht bzw. Draufsicht auf den Kopplungsring in den vorhergehenden Figuren;
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5 ein Blockdiagramm zur Erläuterung der Einbaulage der elektromotorischen Getriebevorrichtung in ein Fahrzeug.
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Die 1 zeigt einen Abschnitt einer Getriebevorrichtung 1 mit einem Elektromotor 2 für ein Fahrzeug in einem schematischen Längsschnitt durch eine Drehachse 3 des Elektromotors 2 bzw. der Getriebevorrichtung 1. Die Getriebevorrichtung 1 ist als eine elektromotorische Antriebseinheit ausgebildet und kann z. B. in folgenden Varianten ausgeführt sein, wie dies in 5 in einer Blockdarstellung illustriert ist:
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Die 5 zeigt ein Fahrzeug 100 mit vier Rädern 101 mit der elektromotorischen Getriebevorrichtung 1, wobei die Getriebevorrichtung 1 den Elektromotor 2 und ein Getriebe 106 umfasst. In einer Ausbildung als elektrische Achse 102 stellt die Getriebevorrichtung 1 das Hauptantriebsdrehmoment für die Achse des Fahrzeugs 100 ausschließlich durch den Elektromotor 2 zur Verfügung. In einer Ausbildung als Überlagerungsgetriebe oder Hybridgetriebe 103 ist die Getriebevorrichtung 1 ausgebildet, das Antriebsdrehmoment des Elektromotors 2 einem anderen Antriebsdrehmoment, zum Beispiel eines anderen Elektromotors oder eines Verbrennungsmotors, insbesondere als Hilfsantriebsmoment oder Hauptantriebsmoment zu überlagern. In der Ausbildung als ein elektrisches Differential wird das Antriebsdrehmoment des Elektromotors 2 selektiv einem Abtrieb zugeordnet, wobei das elektrische Differential als ein Längsdifferential 104 oder ein Achsdifferential 105 ausgebildet sein kann. Durch die gestrichelte Darstellung in der 5 wird symbolisiert, dass nur eine oder eine beliebige Kombination der Getriebevorrichtungen 1 in dem Fahrzeug 100 integriert sein können.
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Wie in der 1 gezeigt ist, umfasst der Elektromotor 2 eine Rotorwellenbaugruppe 4 und einen Stator 5, welche koaxial und konzentrisch zu einem Hohlwellenabschnitt 6 der Rotorwellenbaugruppe 4 in einem Gehäuse 7 angeordnet sind. Somit ist der Hohlwellenabschnitt 6 koaxial und konzentrisch in dem Elektromotor 2 angeordnet. Die Rotorwellenbaugruppe 4 ist drehbar um die Drehachse 3 in dem Gehäuse 7 gelagert, der Stator 5 ist in dem Gehäuse 7 stationär oder ortsfest positioniert.
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Das Gehäuse 7 weist einen zylinderförmigen Abschnitt 8 auf, in dem der Elektromotor 2 in Bezug auf die axiale Erstreckung entlang der Drehachse 3 zumindest zum größten Teil angeordnet ist. In dem zylinderförmigen Abschnitt 8 ist zwischen dem Stator 5 und dem Gehäuse 7 ein Kühlring 9 angeordnet, welcher ebenfalls koaxial und konzentrisch zu dem Stator 5, Rotorwellenbaugruppe 4 bzw. zu dem zylinderförmigen Abschnitt 8 angeordnet ist.
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Der Kühlring 9 ist als eine Hülse ausgebildet und weist an seiner radialen Außenseite eine Mehrzahl von in Umlaufrichtung um die Drehachse 3 verlaufende Stege 10 auf, welche an der Innenfläche des Gehäuses 7 in dem zylinderförmigen Abschnitt 8 anliegen, so dass zwischen den Stegen 10 und damit zwischen dem Gehäuse 7 und dem Kühlring 9 Kühlkanäle 11 ausgebildet sind. In den Kühlkanälen 11 kann ein Medium, insbesondere Fluid, z. B. ein Öl oder ein Kühlmittel, zur Kühlung des Elektromotors 2 geführt werden. Die Zu- und Kühlmittel, zur Kühlung des Elektromotors 2 geführt werden. Die Zu- und Abfuhr des Fluids ist in der 1 nicht dargestellt. Der Kühlring 9 und das Gehäuse sind aus Metall gefertigt, so dass eine gute Wärmekopplung mit dem Fluid gegeben ist. Auf der radialen Innenseite weist der Kühlring 9 eine Zylinderfläche auf. In den Endbereichen ist der Kühlring 9 gegenüber dem Gehäuse 7 und dem vorderen Lagerschild 12 mit Dichtungen abgedichtet.
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Endseitig ist das Gehäuse 7 auf der linken Seite mit einem vorderen Lagerschild 12 und auf der rechten Seite mit einem hinteren Lagerschild 13 geschlossen. Vorderes Lagerschild 12 und hinteres Lagerschild 13 umfassen jeweils einen Stutzenabschnitt 14, 15, welcher sich in den Innenraum des Gehäuses 7 erstreckt und welcher jeweils einen Sitz 16, 17 für ein Rotorlager 18, 19 bereitstellt.
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Im Betrieb rotiert die Rotorwellenbaugruppe 4 um die Drehachse 3 und wird über die Rotorlager 18, 19 unter Zwischenschaltung der Lagerschilde 12, 13 und dem Kühlring 9 gegenüber dem Gehäuse 7 gelagert, wobei die Rotorlager 18, 19 mit ihren Innenringen auf den Sitzen 16, 17 angeordnet und mit ihren Außenringen drehfest mit der Rotorwellenbaugruppe 3 verbunden sind.
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Die 2 zeigt in dem gleichen schematischen Längsschnitt eine Trägerbaugruppe 20, welche einen Teil der Rotorwellenbaugruppe 4 bildet. Die Trägerbaugruppe 20 umfasst einen Rotorhalter 21, der als eine Hülse ausgebildet ist, welche sich konzentrisch und koaxial zu der Drehachse 3 erstreckt. Der Rotorhalter 21 weist an seinen beiden Endseiten jeweils einen Sitz 22, 23 für die Außenringe der Rotorlager 18, 19 auf. Die Sitze 22, 23 sind als gestufte Absätze in den Rotorhalter 21 eingebracht.
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Der Rotorhalter 21 weist einen Aufnahmeraum 24 für eine zweite Welle 48 auf, welche in der 1 nur gestrichelt angedeutet ist, sich jedoch durch den gesamten Elektromotor 2 erstreckt, so dass die Rotorwellenbaugruppe 4 bzw. die Trägerbaugruppe 20 bzw. der Rotorhalter 21 als eine Hohlwellenkonstruktion ausgebildet ist.
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In dem Aufnahmeraum 24 ist ein Kopplungsring 25 mittig angeordnet, welcher als ein separates Bauteil zu dem Rotorhalter 21 ausgebildet ist und über Schweißnähte im Kehlbereich 26, 27 umlaufend mit dem Rotorhalter 21 verschweißt ist. Der Kopplungsring 25 ist z. B. aus Stahl gefertigt und optional gehärtet. Der Kopplungsring 25 trägt an seiner radialen Innenseite eine Steckverzahnung 28, welche eine formschlüssige Kopplung in Umlaufrichtung um die Drehachse 3 mit der nicht dargestellten zweiten Welle 48 ermöglicht. Der freie Innendurchmesser des Kopplungsrings 25 ist kleiner als der freie Innendurchmesser des Rotorhalters 21, insbesondere ist der freie Durchmesser kleiner als 80 % des freien Durchmessers des Rotorhalters 21, insbesondere kleiner als 60 %. In axialer Richtung erstreckt sich der Kopplungsring 25 nur über weniger als 40 %, vorzugsweise weniger als 30 % und insbesondere weniger als 20 % der axialen Länge des Rotorhalters 21. Durch die geringe axiale Erstreckung wird viel Material und dementsprechend Gewicht bei der Trägerbaugruppe 20 eingespart.
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Auf der Außenseite trägt der Rotorhalter 21 einen Anschlagring 29, welcher endseitig über dem Sitz 22 angeordnet ist. Der Anschlagring 29 ist als ein Stahlring ausgebildet, der zum Beispiel aus einem Blech durch Schneiden oder Stanzen gefertigt ist. Der Anschlagring 29 ist über eine weitere Schweißnaht 30 in der Kehle stoffschlüssig mit dem Rotorhalter 21 verbunden.
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Die Trägerbaugruppe 20 umfasst in der dargestellten beispielhaften Ausführung somit den Rotorhalter 21, den Kopplungsring 25 und den Anschlagring 29. Würde versucht werden, die gleiche Form der Trägerbaugruppe 20 aus einem Vollmaterial zu fertigen, so würde man bei der Fertigung mindestens ein rohrähnliches Halbzeug benötigen, welches einen Innendurchmesser aufweist, der dem Innendurchmesser des Kopplungsrings 25 entspricht und einen Außendurchmesser, der dem Außendurchmesser des Anschlagsring 29 entspricht, wie dies durch die dargestellte Dicke D illustriert ist. Der größte Teil des Materials müsste jedoch zur Formgebung wieder entfernt werden, was zum einen einen großen Materialverlust und zum anderen einen hohen Fertigungsaufwand bedeuten würde. Demgegenüber wird die Trägerbaugruppe 20 durch ein stoffschlüssiges Fügen von drei einfachen und kostengünstig herzustellenden Bauteilen gefertigt.
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Die 3 zeigt in dem schematischen Längsschnitt die Rotorwellenbaugruppe 4 aus der 1 mit der Trägerbaugruppe 20, wie diese in der 2 dargestellt ist. Die Rotorwellenbaugruppe 4 umfasst einen Rotor 31, der – in üblicher Bauweise – als ein Paket von Rotorblechen ausgebildet ist. Endseitig ist der Rotor 31 durch Abschirmplatten 32, 33 aus einer Aluminiumlegierung und nachfolgend auf der rechten Seite mit einer Abschirmplatte 34 aus Stahl und auf der linken Seite durch den Anschlagring 29, der die gleiche Funktion wie die Abschirmplatte 34 einnimmt, abgeschlossen. Zusätzlich ist auf der linken Seite ein Resolvergeber 35 an den Anschlagring 29 angeschraubt. Der Rotor 31 ist auf den Rotorhalter 21 aufgepresst, wobei der Anschlagring 29 einen Endanschlag und damit eine Lagedefinition für den Rotor 31 bildet.
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In dem Aufnahmeraum 24 sind beidseitig benachbart zu dem Kopplungsring 25 Kühlringe 36, 37 eingepresst, welche aus einem Leichtmetall, insbesondere aus einer Aluminiumlegierung, gefertigt sind. Die Kühlringe 26, 37 sind wie ein Rohrstück ausgebildet und erstrecken sich jeweils über ca. 0,2 bis 0,3 der Länge des Rotorhalters bzw. der Trägerbaugruppe 21 und liegen unmittelbar an dem Kopplungsring 25 an, so dass dieser beim Einpressen einen Endanschlag bildet.
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Die Kühlringe 36, 37 dienen dazu, Wärme aus dem Rotorhalter 21 in Richtung der Drehachse 3 abzutransportieren. Damit das Gewicht der Rotorwellenbaugruppe 4 gering gehalten werden kann, sind die Kühlringe 36, 37 aus dem Leichtmetall, z. B. einer Aluminiumlegierung gefertigt.
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An ihren freien Stirnseiten weisen die Kühlringe 36, 37 umlaufende Nuten 38, 39 auf, welche – wie es sich aus der 1 ergibt – zur Aufnahme eines umlaufenden Stegs 40, 41 der Lagerschilde 12, 13 ausgebildet sind. Zwischen den Stegen 40, 41 und den Nuten 38, 39 sind Labyrinthdichtungen angeordnet, um den Aufnahmeraum 24 gegenüber dem Elektromotor 2 abzudichten.
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An ihrer Innenfläche tragen die Kühlringe 36, 37 schraubenförmig verlaufende Nuten oder Stege 42, 43, insbesondere Schmiernuten, welche so ausgebildet sind, dass diese bei Rotation der Rotorwellenbaugruppe 4 ein Fluid in dieser Darstellung von rechts nach links transportieren, um einerseits Wärme von den Kühlringen 36, 37 abzutransportieren und andererseits das Wälzlager 44 (1) zu schmieren.
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Wie sich insbesondere aus den 4a und 4b ergibt, die den Kopplungsring 25 in einer schematischen dreidimensionalen bzw. geschnitten Darstellung zeigen, ist die Steckverzahnung 28 nicht vollständig umlaufend ausgebildet, sondern weist mehrere axial verlaufende Aussparungen 45 auf, die einen Fluidfluss durch den Kopplungsring 25 ermöglichen.
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Wie sich aus der 3 ergibt, ist zwischen den Kühlringen 36, 37 und der gestrichelt angedeuteten zweiten Welle 48 jeweils ein Ringkanal 46, 47 als Fluidkanal für das Fluid ausgebildet. Der Ringkanal 46 bzw. verläuft in axialer Erstreckung über die komplette axiale Breite oder den axialen Überlappbereich zwischen der zweiten Welle 48 und dem Kühlring 36 bzw. 37. Der Ringkanal 46 ist über die Aussparungen 45 des Kopplungsrings 35 mit dem Ringkanal 47 strömungstechnisch verbunden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Getriebevorrichtung
- 2
- Elektromotor
- 3
- Drehachse
- 4
- Rotorwellenbaugruppe
- 5
- Stator
- 6
- Hohlwellenabschnitt
- 7
- Gehäuse
- 8
- zylinderförmiger Abschnitt
- 9
- Kühlring
- 10
- Stege
- 11
- Kühlkanäle
- 12
- (vorderes) Lagerschild
- 13
- (hinteres) Lagerschild
- 14
- Stutzenabschnitt
- 15
- Stutzenabschnitt
- 16
- Sitz
- 17
- Sitz
- 18
- Rotorlager
- 19
- Rotorlager
- 20
- Trägerbaugruppe
- 21
- Rotorhalter
- 22
- Sitz
- 23
- Sitz
- 24
- Aufnahmeraum
- 25
- Kopplungsring
- 26
- Kehlbereich
- 27
- Kehlbereich
- 28
- Steckverzahnung
- 29
- Anschlagring
- 30
- Schweißnaht
- 31
- Rotor
- 32
- Abschirmplatte
- 33
- Abschirmplatte
- 34
- Abschirmplatte
- 35
- Resolvergeber
- 36
- Kühlring
- 37
- Kühlring
- 38
- Nuten
- 39
- Nuten
- 40
- Steg
- 41
- Steg
- 42
- Nuten oder Stege
- 43
- Nuten oder Stege
- 44
- Wälzlager
- 45
- Aussparungen
- 46
- Fluidkanal
- 47
- Fluidkanal
- 48
- zweite Welle
- 100
- Fahrzeug
- 101
- Räder
- 102
- elektrische Achse
- 103
- Überlagerungsgetriebe oder Hybridgetriebe
- 104
- Längsdifferential
- 105
- Achsdifferential
- 106
- Getriebe
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009031869 A1 [0003]
- EP 0869600 A1 [0004]
