DE102011079165A1

DE102011079165A1 - Rotorwellenbaugruppe einer elektromotorischen Getriebevorrichtung sowie elektromotorische Getriebevorrichtung mit der Rotorwellenbaugruppe

Info

Publication number: DE102011079165A1
Application number: DE102011079165A
Authority: DE
Inventors: Markus Klinger; Norbert Radinger
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

Abstract

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine fertigungsverbesserte Rotorwellenbaugruppe für eine elektromotorische Getriebevorrichtung sowie eine elektromotorische Getriebevorrichtung mit dieser Rotorwellenbaugruppe vorzuschlagen. Es wird eine Rotorwellenbaugruppe 4 für eine elektromotorische Getriebevorrichtung 1 mit einer Trägerbaugruppe 20, wobei die Trägerbaugruppe 20 einen einstückigen Rotorhalter 21 und mindestens einen Funktionsring 25; 28 umfasst, welcher an dem Rotorhalter 21 drehfest angeordnet ist und mit dem Rotorhalter 21 in radialer Richtung überlappt und wobei die Trägerbaugruppe 20 als eine Hohlwelle ausgebildet ist, die einen Aufnahmebereich 24 für eine zweite Welle bildet, mit einem Rotor 31, der drehfest mit der Trägerbaugruppe 20 verbunden ist, mit Rotorlagern 18, 19, die zur Lagerung der Trägerbaugruppe an dem Rotorhalter 21 angeordnet sind, vorgeschlagen, wobei der mindestens eine Funktionsring 25; 28 mit dem Rotorhalter 21 stoffschlüssig verbunden ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Rotorwellenbaugruppe für eine elektromotorische Getriebevorrichtung mit einer Trägerbaugruppe, wobei die Trägerbaugruppe einen einstückigen Rotorhalter und mindestens einen Funktionsring umfasst, welcher an dem Rotorhalter drehfest angeordnet ist und mit dem Rotorhalter in radialer Richtung überlappt und wobei die Trägerbaugruppe als eine Hohlwelle ausgebildet ist, die einen Aufnahmebereich für eine zweite Welle bildet, mit einem Rotor, der drehfest mit der Trägerbaugruppe verbunden ist, mit Rotorlagern, die zur Lagerung der Trägerbaugruppe an dem Rotorhalter angeordnet sind. Die Erfindung betrifft auch eine elektromotorische Getriebevorrichtung mit dieser Rotorwellenbaugruppe.
Eine Rotorwelle in einem Elektromotor trägt bei üblichen Bauformen den Rotor und ist innerhalb des Stators angeordnet, so dass die Rotorwelle durch das Zusammenwirken von Stator und Rotor gedreht wird. Bei einigen Ausführungen von Elektromotoren, insbesondere bei Getriebevorrichtungen für Fahrzeuge, wird als Sonderbauform einer Rotorwelle eine Hohlwelle eingesetzt, durch die eine weitere Welle hindurchgeführt ist.
Eine derartige Rotorwelle ist beispielsweise aus der Druckschrift DE 10 2009 031 869 A1 bekannt, die wohl den nächstkommenden Stand der Technik bildet. Die Druckschrift offenbart 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. Auf der Hohlwelle ist benachbart zu dem Rotor ein Befestigungsring zur Fixierung des Rotors auf der Hohlwelle aufgesetzt.
Gebiet der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine fertigungsverbesserte Rotorwellenbaugruppe für eine elektromotorische Getriebevorrichtung sowie eine elektromotorische Getriebevorrichtung mit dieser Rotorwellenbaugruppe vorzuschlagen.
Diese Aufgabe wird durch eine Rotorwellenbaugruppe mit den Merkmalen des Anspruches 1 sowie durch eine elektromotorische Getriebevorrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 12 gelöst. Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren.
Im Rahmen der Erfindung wird eine Rotorwellenbaugruppe offenbart, welche für eine elektromotorische Getriebevorrichtung geeignet und/oder ausgebildet ist. Die Getriebevorrichtung ist insbesondere zum Einsatz in einem Fahrzeug ausgebildet, wie in Bezug auf die erfindungsgemäße elektromotorische Getriebevorrichtung nachfolgend noch ausgeführt wird.
Die Rotorwellenbaugruppe umfasst eine Trägerbaugruppe, welche aus mehreren Komponenten aufgebaut ist. Zumindest umfasst die Trägerbaugruppe einen einstückigen, insbesondere einmaterialigen Rotorhalter und mindestens einen Funktionsring. Der Rotorhalter erstreckt sich entlang einer Drehachse der Rotorwellenbaugruppe und ist insbesondere koaxial und konzentrisch zu dieser angeordnet. Der Funktionsring ist an dem Rotorhalter drehfest angeordnet, insbesondere derart, dass Funktionsring und Rotorhalter in Umlaufrichtung zu der Drehachse nicht zueinander verdreht werden können. Der Funktionsring kann auf den Rotorhalter aufgesetzt oder in den Rotorhalter eingesteckt sein. Es ist jedoch vorgesehen, dass der Funktionsring und der Rotorhalter in radialer Richtung überlappen, insbesondere steht der Funktionsring in axialer Richtung nicht über den Rotorhalter über und ist bündig oder zurück versetzt in axialer Richtung zu diesem angeordnet.
Die Trägerbaugruppe ist als eine Hohlwelle ausgebildet, welche einen Aufnahmebereich für eine zweite Welle bereitstellt. Der Aufnahmebereich der Trägerbaugruppen ist bei beiden Endseiten der Trägerbaugruppe geöffnet, so dass die zweite Welle beidseitig überstehen kann.
Die Rotorwellengruppe umfasst neben der Trägerbaugruppe einen Rotor, welcher beispielsweise ein Rotorblechpaket und Spulen umfasst. Der Rotor ist in Umlaufrichtung drehfest mit der Trägerbaugruppe verbunden. Die drehfeste Verbindung kann beispielsweise durch eine kraftschlüssige Verbindung zwischen Rotor und Trägerbaugruppe erreicht werden, insbesondere wird der Rotor auf die Trägerbaugruppe aufgepresst. Besonders bevorzugt sitzt der Rotor auf dem Rotorhalter oder ist auf diesen aufgepresst.
Ferner umfasst die Rotorwellenbaugruppe neben der Trägerbaugruppe Rotorlager, die zur Lagerung der Trägerbaugruppe vorzugsweise gegenüber einem Gehäuse an dem Rotorhalter angeordnet sind. Die Rotorlager können sich insbesondere über Zwischenelemente an dem Gehäuse abstützen. Beispielsweise stützen sich die die Rotorlager über Lagerschilde ab. Die Rotorlager sind beispielsweise als Wälzlager ausgebildet und sitzen wahlweise mit ihren Innenringen oder mit ihren Außenringen auf oder in und somit an dem Rotorhalter.
Im Rahmen der Erfindung wird vorgeschlagen, dass der mindestens eine Funktionsring mit dem Rotorhalter stoffschlüssig verbunden ist. Es ist somit im Rahmen der Erfindung auch möglich, dass zwei, drei oder mehr derartige Funktionsringe stoffschlüssig mit dem Rotorhalter verbunden sind.
Gegenüber einer einstückig ausgeformten Ausbildung eines Funktionsrings, zum Beispiel als integraler, umlaufender Steg auf einer Rotorwelle hat das stoffschlüssige Verbinden des Funktionsrings mit dem Rotorhalter den Vorteil, dass zum einen eine große Materialersparnis erreicht und zum anderen die Fertigung vereinfacht wird. Die Materialersparnis ergibt sich daraus, dass einstückig angeformte Funktionsringe üblicherweise aus dem Vollmaterial ausgeformt, insbesondere ausgedreht werden, so dass ein voluminöses Halbzeug für eine übliche Rotorwelle benötigt wird. Demgegenüber muss im Rahmen der Erfindung für die Trägerbaugruppe nur so viel Material eingesetzt werden, wie für den schlanken Rotorhalter und den oder die Funktionsringe benötigt wird. Die erleichterte Fertigung ergibt sich daraus, dass die Formgebung aus einem voluminösen Halbzeug deutlich aufwendiger sein kann als das stoffschlüssige Verbinden von zwei oder mehr einfachen Bauteilen.
Gegenüber aufgesetzten und beispielsweise kraftschlüssig oder formschlüssig verbundenen Funktionsringen hat der stoffschlüssig verbundene Funktionsring in Vorteil, dass dieser bei der Fertigung der Trägerbaugruppe zum Beispiel in einer separaten Aufspannung auf den Rotorhalter aufgesetzt und mit diesem endgültig verbunden werden kann, so dass die Relativpositionierung dieser Bauteile sehr toleranzarm ist und sich bei der weiteren Montage nicht mehr ändern kann.
Beispielsweise können der Rotorhalter und/oder der Funktionsring jeweils als ein Blechformteil ausgebildet sein. Insbesondere kann der Rotorhalter seine Grobform durch einen Umformvorgang, insbesondere eine Kaltumformung, erhalten. Es ist jedoch auch möglich, dass der Funktionsring aus einem Vollmaterial gefertigt ist und der Rotorhalter als ein Blechformteil ausgebildet ist, so dass diese beiden Fertigungsverfahren für die einzelnen Komponenten kombiniert sind.
Besonders bevorzugt ist der mindestens eine Funktionsring mit dem Rotorhalter verschweißt. Das Schweißen ist ein sehr gut beherrschter Prozess, so dass die Trägerbaugruppe automatisiert und mit geringen Toleranzen gefertigt werden kann. Besonders bevorzugt erfolgt die stoffschlüssige Verbindung über einen Laserschweißvorgang, wobei die Schweißnaht als eine umlaufende Kehlnaht ausgebildet ist.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Rotorhalter als eine Hülse ausgebildet, welche insbesondere als eine kragenlose Hülse realisiert ist. Es ist weiterhin besonders bevorzugt, dass die Endbereiche des Rotorhalters als Sitze für die Rotorlager ausgebildet sind. Beispielsweise sitzen die Rotorlager mit ihren Außenringen in den Endbereichen des Rotorhalters. Nachdem der Rotorhalter einstückig ausgebildet ist, sind beide Rotorlager durch diese Ausbildung besonders gut zueinander justiert. Zudem vereinfacht sich die Produktion der Rotorwellenbaugruppe, da die Rotorlager in einfacher Weise nur auf den einstückigen Rotorhalter ausgesetzt werden müssen.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der mindestens eine Zusatzring als ein Anschlagring auf der Außenfläche des Rotorhalters angeordnet und bildet eine axiale Anlagefläche für den Rotor. Der Anschlagring ist insbesondere als ein Blechring realisiert, dessen Flächenerstreckung in einer Radialebene zu der Drehachse der Rotorwellenbaugruppe liegt. Durch den Einsatz des Anschlagrings statt einer integralen Anlageschulter auf dem Rotorhalter kann vergleichsweise viel Material eingespart werden. Durch die stoffschlüssige, insbesondere geschweißte Verbindung zwischen Anschlagring und Rotorhalter ist die Befestigung sehr robust.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist die Rotorwellenbaugruppe so ausgebildet, dass der Anschlagring eine Abschirmplatte für den Rotor bildet bzw. mitbildet. Derartige Abschirmplatten sind oftmals zweilagig ausgebildet, wobei die dem Rotor zugewandte Lage eine Aluminiumlegierung und die zweite Lage aus einer Stahllegierung besteht. Vorteilhafter Weise kann der Anschlagring diese zweite Lage ersetzen, so dass es durch den Einsatz des Anschlagrings als Funktionsring zudem zu einer Reduzierung der benötigten Bauteile bei der Rotorwellenbaugruppe kommt.
Bei einer Weiterbildung oder alternativen Ausführungsform der Erfindung ist der mindestens eine Zusatzring oder ein weiterer Zusatzring als ein Kopplungsring auf der Innenfläche des Rotorhalters angeordnet und stellt eine Kopplungsstruktur zur mechanischen Kopplung der Trägerbaugruppe und somit der Rotorwellenbaugruppe mit der zweiten Welle dar. 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 erster Vorteil ergibt sich bereits daraus, dass für den Kopplungsring ein anderes Material oder eine andere Materialbehandlung als für den Rotorhalter eingesetzt werden kann. So ist es beispielsweise möglich, dass der Kopplungsring aus gehärtetem Stahl besteht, wogegen der Rotorhalter nicht oder anders gehärtet ist. Durch den Kopplungsring wird der freie Innendurchmesser der Trägerbaugruppe verringert. Bevorzugt erstreckt sich der Kopplungsring nicht über die gesamte axiale Länge 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 des Rotorhalters begrenzt. Durch diese Ausgestaltung ist eine robuste Kopplung zwischen der zweiten Welle und der Rotorwellenbaugruppe möglich, wobei jedoch durch den Zusammenbau der Trägerbaugruppe aus verschiedenen Komponenten nur wenig Material benötigt wird. Bevorzugt wird der Kopplungsring in den Rotorhalter eingeschoben und nachfolgend verschweißt.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung sind in dem Rotorhalter mindestens ein Kühlring, vorzugsweise zwei Kühlringe angeordnet, wobei der mindestens eine Kühlring benachbart zu dem Kopplungsring in dem Rotorhalter angeordnet ist. Besonders bevorzugt ist beidseitig zu dem Kopplungsring jeweils ein Kühlring platziert. Der Kühlring übernimmt die Aufgabe, Wärme von der Rotorwellenbaugruppe in Richtung Drehachse abzuleiten, wo diese zum Beispiel durch ein Fluid abtransportiert werden kann. Um diese Funktion effektiv umsetzen zu können und zugleich Gewicht einzusparen, ist es bevorzugt, dass der mindestens eine Kühlring aus einem Leichtmetall, insbesondere aus einer Aluminiumlegierung gebildet ist.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist es bevorzugt, dass der Kühlring an seiner Innenfläche Förderstrukturen zur Förderung eines Fluids zur Kühlung der Rotorwellenbaugruppe trägt. Beispielsweise kann der mindestens eine Kühlring einen schraubenartig verlaufenden Steg oder Nut, insbesondere eine Schmiernut aufweisen, sodass bei einer Rotation der Rotorwellenbaugruppe und somit des mindestens einen Kühlrings durch die Förderstruktur das Fluid in axialer Richtung der Drehachse transportiert wird.
Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass der Kopplungsring Durchflussbereiche aufweist, so dass das von dem mindestens einen Kühlring beförderte Fluid durch den Kopplungsring hindurch transportiert werden kann.
Bei einer möglichen Weiterbildung der Erfindung ist in die Stirnseite des Kühlungsrings eine die Drehachse umlaufende Aufnahmenut für eine Labyrinthdichtung eingearbeitet, die mit einem Fortsatz des Gehäuses zu Dichtungszwecken zusammenwirkt.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft eine elektromotorische Getriebevorrichtung für ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 12.
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.
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 ausgebildet ist. Besonders bevorzugt ist das Gehäuse aus Metall ausgebildet.
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.
Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung. Dabei zeigen:
1 einen schematischen Längsschnitt durch eine Getriebevorrichtung als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung,
2 in gleicher Darstellung wie in der 1 die Trägerbaugruppe der Rotorwellenbaugruppe in der 1 in gleicher Darstellung in 1;
3 in gleicher Darstellung wie in den 1 und 2 die Rotorwellenbaugruppe aus 1;
4a, b eine schematische Schnittansicht bzw. Draufsicht auf den Kopplungsring in den vorhergehenden Figuren;
5 ein Blockdiagramm zur Erläuterung der Einbaulage der elektromotorischen Getriebevorrichtung in ein Fahrzeug.
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:
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.
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.
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.
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 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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Bezugszeichenliste

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

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102009031869 A1 [0003]

Claims

Rotorwellenbaugruppe (4) für eine elektromotorische Getriebevorrichtung (1) mit einer Trägerbaugruppe (20), wobei die Trägerbaugruppe (20) einen einstückigen Rotorhalter (21) und mindestens einen Funktionsring (25; 28) umfasst, welcher an dem Rotorhalter (21) drehfest angeordnet ist und mit dem Rotorhalter (21) in radialer Richtung überlappt und wobei die Trägerbaugruppe (20) als eine Hohlwelle ausgebildet ist, die einen Aufnahmebereich (24) für eine zweite Welle (48) bildet, mit einem Rotor (31), der drehfest mit der Trägerbaugruppe (20) verbunden ist, mit Rotorlagern (18, 19), die zur Lagerung der Trägerbaugruppe an dem Rotorhalter (21) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Funktionsring (25; 28) mit dem Rotorhalter (21) stoffschlüssig verbunden ist.
Rotorwellenbaugruppe (4) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Funktionsring (25; 28) mit dem Rotorhalter (21) verschweißt ist.
Rotorwellenbaugruppe (4) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotorhalter (21) als eine Hülse, vorzugsweise als eine kragenlose Hülse ausgebildet ist.
Rotorwellenbaugruppe (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Endbereiche des Rotorhalters (21) als Sitze (22, 23) für die Rotorlager ausgebildet sind.
Rotorwellenbaugruppe (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Zusatzring als ein Anschlagring (29) auf der Außenfläche des Rotorhalters (21) angeordnet ist und eine axiale Anlagefläche für den Rotor (31) bildet.
Rotorwellenbaugruppe (4) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlagring (29) eine Abschirmplatte für den Rotor (31) bildet.
Rotorwellenbaugruppe (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Zusatzring als ein Kopplungsring (25) auf der Innenfläche des Rotorhalters (21) angeordnet ist und eine Kopplungsstruktur (28) zur mechanischen Kopplung mit der zweiten Welle (48) aufweist.
Rotorwellenbaugruppe (4) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Kopplungsring (25) eine Steckverzahnung (28) aufweist.
Rotorwellenbaugruppe (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 7 oder 8, gekennzeichnet durch mindestens einen Kühlring (36, 37), wobei der Kühlring benachbart zu dem Kopplungsring (25) in dem Rotorhalter (21) angeordnet ist.
Rotorwellenbaugruppe (4) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Kühlring (36, 37) aus einem Leichtmetall, insbesondere aus einer Aluminiumlegierung gebildet ist.
Rotorwellenbaugruppe (4) nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Kühlring (36, 17) an seiner Innenfläche Strömungsstrukturen (42, 43) zur Förderung eines Fluids trägt.
Elektromotorische Getriebevorrichtung (1) für ein Fahrzeug mit einem Elektromotor (2), mit einem Getriebe (106), dadurch gekennzeichnet dass der Elektromotor (2) eine Rotorwellenbaugruppe (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist.