DE102011081118B4

DE102011081118B4 - Antriebssystem, insbesondere Radnabenantriebssytem

Info

Publication number: DE102011081118B4
Application number: DE102011081118A
Authority: DE
Inventors: Tobias Vogler; Mark LAUGER; Raphael Fischer; Darius Dlugai
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2011-07-07
Filing date: 2011-08-17
Publication date: 2013-01-31
Anticipated expiration: 2031-08-18
Also published as: US20140117743A1; DE102011081119A1; CN103648818A; WO2013004407A1; WO2013004409A1; DE102011081662A1; DE102011081659A1; DE102011081118A1; WO2013004410A1; DE102011081119B4; DE102011081658A1; DE102011081120A1; CN103842197A; DE102011081657A1; DE102011081660A1; CN103842197B; WO2013004411A1; WO2013004447A1; DE102011081660B4; US20140117744A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Antriebssystem 20, insbesondere Radnabensystem, für ein Fahrzeug, insbesondere für ein Elektrofahrzeug und/oder Hybridfahrzeug, umfassend ein Radlager 25 und einen Elektromotor mit einem Stator 21 und einem Rotor 22, wobei der Rotor 22 an einem an dem Radlager 25 befestigbaren Rotorträger 26 verbundene Felgenkontaktplatte 27 aufweist. Damit ist es möglich den Rotorträger 26 zumindest teilweise oder ganz aus einem weichen Leichtmetall, wie beispielsweise Aluminium, herzustellen. Zwischen der Felgenkontaktplatte und dem Radflansch wird der Rotorträger derart gehalten, dass das Leichtmetall nicht plastisch verformt werden kann, d. h. strukturell die erforderliche Steifigkeit des Radnabensystems herstellbar ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Radnabenantriebssystem für ein Elektro- und/oder Hybridfahrzeug.
In den letzten Jahren ist das Interesse an Elektrofahrzeugen insbesondere aufgrund eines wachsenden Umweltbewusstseins mehr und mehr gestiegen.
Bei Elektroautos können unter anderem neben zentralen und radnahen Elektromotoren auch elektrische Radnabenantriebe eingesetzt werden. Elektrische Radnabenantriebe sind eine besondere Ausführungsform eines Elektromotors und umfassen einen Elektromotor, welcher direkt in ein Rad eines Fahrzeuges integriert ist und gleichzeitig die Radnabe trägt, so dass ein Teil des Motors mit dem Rad umläuft.
Ein Elektromotor weist herkömmlicherweise einen stehenden, das heißt nicht drehbaren, Stator und einen um eine Rotationsachse drehbar gelagerten Rotor auf.
Bei einem innen rotierenden Radnabenantriebssystem, einem so genannten Innenläufer, kann der Rotor beispielsweise innerhalb des Stators angeordnet sein. Bei einem außen rotierenden Radnabenantriebssystem, einem so genannten Außenläufer, kann der Rotor beispielsweise außerhalb des Stators angeordnet sein.
In der Motoren- und insbesondere Automobiltechnik wird seit geraumer Zeit mit Leichtbaumaterialien gearbeitet, um Treibstoff einzusparen. Im Falle des Elektromotors ist dies nicht so ohne weiteres zu bewerkstelligen, da beispielsweise Aluminium nicht magnetisierbar ist. Dennoch könnte dieser Werkstoff rein strukturelle, das heißt, nicht-elektromagnetische Bauteile ersetzen. Jedoch ist dies aufgrund dessen Weichheit nicht immer überall möglich.
Aus der DE 10 2006 002 421 A1 ist ein Radnabenmotor für ein Elektrofahrzeug mit einem Rotor bekannt, wobei der Rotor an einem Rotorträger gefestigt ist, welcher an einer Innennabe einer Radnabeneinheit montiert ist. Die Rotation des Rotors wird von einem Lager der Nabeneinheit geführt. Zwischen dem Rotorträger und dem Lager ist in axialer Richtung ein Bremsrotor angeordnet.
Gegenstand der Erfindung
Es soll die Aufgabe gelöst werden Leichtbaumaterialien im Elektromotor, insbesondere Radnabenmotor, einsetzen zu können, ohne Funktionsmängel der einzelnen Bauteile hervorzurufen.
Diese Aufgabe wird durch ein Radnabenantriebssystem für ein Elektro- und/oder Hybridfahrzeug gelöst, welches ein Radlager und einen Elektromotor mit einem Stator und einem Rotor umfasst, wobei der Rotor an einem an dem Radlager befestigbaren Rotorträger befestigt ist, und zwischen dem Rotorträger und einer Felge eine mit dem Rotorträger verbundene Felgenkontaktplatte aufweist.
Der Rotorträger trägt den elektromagnetisch aktiven Rotor und dreht diesen in Bezug zum Stator. Die Felge ist meistens aus Stahl, um mit ihrer geringen Dicke mehr Bauraum für den Elektromotor zur Verfügung zu stellen. Damit der Rotorträger nicht durch die Felge verformt wird, wird eine Felgenkontaktplatte eingesetzt, die die Verformungskräfte der Felge gleichmäßig auf der Axialfläche des angrenzenden Bauteils verteilt, beispielsweise einer Halteplatte oder unmittelbar auf dem Rotorträger selbst.
Bevorzugt ist die Felgenkontaktplatte unmittelbar oder mittelbar mit dem Rotorträger verbunden. Dabei bezieht sich die Mittelbarkeit bez. Unmittelbarkeit auf die Anzahl der axial zwischen Rotorträger und Felgenkontaktplatte angeordneten Scheiben oder Halteplatten. Grenzen Rotorträger und Felgenkontaktplatte ummittelbar aneinander, so sind diese unmittelbar verbunden, befindet sich wenigstens eines der genannten Bauteile dazwischen, so sind sie nur mittelbar miteinander verbunden.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform sind ein Radflansch des Radlagers, der Rotorträger, die Felgenkontaktplatte und die Felge dazu vorgesehen sind, miteinander verschraubt zu werden. Dabei bilden die genannten Bauteile eine sogenannte „Sandwich-Anordnung” und weisen entsprechende Bohrungen auf, die eine Aufnahme einer Schraube ermöglichen, die mit einer Mutter gekontert werden kann, um die Radflansch, Rotorträger, Felgenplatte und die Felge aufeinander zu verschrauben und somit axial zueinander zu fixieren. Dabei können auch weitere Bauteile zwischen den genannten Bauteilen angeordnet sein.
Vorteilhafterweise ist der Rotorträger zumindest teilweise oder ganz aus einem Leichtbauwerkstoff, insbesondere einem Leichtmetall, wie zum Beispiel Aluminium, hergestellt. Damit ergibt sich zum einen ein geringeres Gewicht des Rotorträgers und auch ein kleineres Trägheitsmoment der beweglichen Einheit des Elektromotors. Die erforderliche Steifigkeit des Radlagers wird durch die „Sandwich-Anordnung” unterstützt. Somit trägt die Felgenkontaktplatte im Verbund mit den anderen angeschraubten Bauteilen zur Steifigkeit des Radlagers bei und erlaubt ein dünnere, das heißt, materialärmere Ausführung des Radlagerflansches.
Es stellen sich ebenfalls Vorteile ein, wenn die Felgenkontaktplatte aus einem Material, insbesondere Stahl, hergestellt ist, welches härter als das Material des Rotorträgers ist. Damit wird eine plastische Verformung des Verbundes, insbesondere des Rotorträgers vermieden. Dadurch ist gewährleistet, dass sich das Anzugsmoment der Schauben nicht lockert oder im schlimmsten Fall sogar der Reifen mit der Felge abläuft.
Die Felgenkontaktplatte wirkt zusammen mit dem Radflansch des Radlagers wie eine axiale Begrenzung, die eine plastische Verformung, insbesondere des Rotorträgers verhindert. Neben gleichmäßig aufliegenden Axialflächen der im Schraubenverbund angeordneten Beuteile werden auch Hohlräume, die bei einem plastischen Materialfluss ausgefüllt werden könnten, vermieden.
Idealerweise ist die Felgenkontaktplatte eine 2 bis 4 Millimeter dicke Stahlplatte, die insbesondere eine Dicke von 2, 3 oder 4 Millimeter aufweist. Somit ist der Verbund nicht nur steif, sondern auch kompakt. Die Kombination Aluminium mit Stahl führt nicht nur zu einem steifen Radlager, sondern auch zu einem Bauraum optimierten Radlager.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform grenzt die Felgenkontaktplatte unmittelbar an die Felge an und ist mit dem Rotorträger verschraubt. Dabei können zwischen Rotorträger und Felgenkontaktplatte noch weitere Platten oder Halteelemente angeordnet sein, wobei die unmittelbare axiale Begrenzung des Rotorträgers durch die Felgenkontaktplatte zu einer besonders einfachen Struktur des Schraubenverbundes führt und eine geringe Bauteilanzahl ermöglicht.
Vorteilhafterweise ist zwischen Rotorträger und der Felgenkontaktplatte oder zwischen Rotorträger und einer unmittelbar an den Rotorträger grenzenden Halteplatte eine gleichmäßige Auflage der jeweiligen Axialflächen derart realisiert, dass plastische Verformungen des Rotorträgers vermieden werden.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform bildet die Felgenkontaktplatte zumindest teilweise eine Dichtung oder bildet diese teilweise aus. Dazu kann auf der Kontaktplatte ein Schleuderring oder Dichtring der Dichtung angeordnet ein, der mit einem weiteren Teil der Dichtung zusammenwirkt, wie zum Beispiel, der Dichtlippe. Alternativ ist die Kontaktplatte derart ausgeführt, dass diese die Dichtung teilweise ausbildet, indem diese beispielsweise eine Labyrinthdichtung teilweise oder ganz ausbildet.
Bevorzugt bildet eine radiale oder axiale Dichtlippe mit einer Fläche der Felgenkontaktplatte einen Dichtkontakt. damit wird nur ein Dichtungsring benötigt, der die Dichtlippe hält und mit der Dichtfläche der Felgenkontaktplatte zusammenwirkt.
Zum Beispiel kann eine Dichtung zum Abdichten des, den Magnetspalt umschließenden Innenraums des Antriebssystems gegenüber der äußeren Umgebung des Antriebssystems vorgesehen sein. So kann vorteilhafterweise verhindert werden, dass Verschmutzungen und/oder Feuchtigkeit in den, den Magnetspalt umschließenden Innenraum eindringen können.
Der Rotor kann insbesondere innerhalb des Stators angeordnet sein und/oder das Antriebssystem kann einen innen laufenden Elektromotor aufweisen.
Das stehende Antriebssystemelement des Antriebssystems kann insbesondere der Stator oder ein Element des Stators, beispielsweise ein Blechpaket, ein Wickelkopf beziehungsweise Wicklungsverguss des Stators, sein. Alternativ kann das stehende Antriebssystemelement ein Gehäuse oder eine Kühleinrichtung oder ein Element einer Kühleinrichtung, beispielsweise eine Statorkühleinrichtung oder ein Gehäuse einer Kühleinrichtung, sein.
Das Dichtungshalteelement kann insbesondere felgeninnenseitig mit dem Antriebssystemelement verbunden sein.
Die Dichtung kann insbesondere radial außerhalb eines drehbaren Rings, insbesondere eines Außenrings oder eines Innenrings, eines Radlagers des Antriebssystems angeordnet sein. Insbesondere kann die Dichtung dabei radlagernah angeordnet sein.
Das stehende oder drehbare, insbesondere stehende, Antriebssystemelement kann ein zu dem Gewinde des Dichtungshalteelements korrespondierendes Gewinde, beispielsweise Innengewinde, aufweisen.
Ein Schraubensicherungslack kann zwischen dem Gewindeteil des Dichtungshalteelements und dem Gewindeteil des Antriebssystemelements eingebracht sein. Auf diese Weise kann eine Stabilität der Schraubverbindung/en zwischen dem Dichtungshalteelement und dem Antriebssystemelement sowie die Dichtigkeit des Antriebssystems verbessert werden.
Alternativ oder zusätzlich dazu kann zwischen Dichtungshalteelement, insbesondere dessen Randabschnitt, und einem benachbarten Abschnitt eines Antriebssystemelements des Antriebssystems eine Dichtungsmasse eingebracht sein. Auf diese Weise kann die Dichtigkeit des Antriebssystems weiter verbessert werden.
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Fahrzeug, insbesondere ein Elektro- und/oder Hybridfahrzeug, zum Beispiel einen Personenkraftwagen, welches ein erfindungsgemäßes Antriebssystem umfasst.
Zeichnungen
Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele exemplarisch erläutert, wobei die nachfolgend dargestellten Merkmale sowohl jeweils einzeln als auch in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können.
Die Zeichnungen sind schematisch. Gleiche oder ähnliche Elemente sind mit demselben Bezugszeichen versehen.
Es zeigen:
1 ein Radnabenantriebssystem gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform; und
2 eine zwischen Rotorträger und Felge installierte Felgenkontaktplatte.
1 veranschaulicht, dass dabei ein bezüglich des Befestigungsabschnitts 4 radial auswärtig ausgebildeter Randabschnitt 7 des scheibenförmigen Körpers 2 in einer an dem Antriebssystemelement 24 des Antriebssystems 20 montierten Stellung an einen Abschnitt 24b des Antriebssystemelements 24 des Antriebssystems 20 anlegbar ist. Zur Befestigung des Dichtungshalteelements 1 weist dabei das Antriebssystemelement 24 des Antriebssystems 20 ein zu dem Gewinde 4a des Dichtungshalteelements 1 korrespondierendes Gewinde 24a, insbesondere Innengewinde, auf.
Zur Montage kann der Randabschnitt 7, auf einer in der montierten Stellung an dem Abschnitt 24b des Antriebssystemelements 24 anlegbaren Seite, und/oder der Abschnitt 24b des Antriebssystemelements 24, auf einer in der montierten Stellung an den Randabschnitt 7 anlegbaren Seite, ein Dichtungsmaterial aufweisen.
Alternativ oder zusätzlich dazu kann bei der Montage ein Schraubensicherungslack zwischen dem Gewindeteil 4a des Dichtungshalteelements 1 und dem Gewindeteil 24b des Antriebssystemelements 24 eingebracht werden.
1 und 2 zeigen ferner, dass die Dichtung 23 mit dem Halteabschnitt 5 mittels eines Presssitzes, insbesondere drehfest, verbunden ist. Dabei handelt es sich bei der Dichtung 23 um eine dynamische, insbesondere rotatorische, Dichtung. Die Dichtung weist – neben einem Dichtelement 23a mit einer Dichtlippe – ein Versteifungselement 23b auf.
1 veranschaulicht, dass Dichtung 23 radlagernah, radial außerhalb eines drehbaren Außenrings 25a eines Radlagers 25 ausgebildet ist, wobei die Dichtlippe gleitbar/gleitend an einem drehbaren Antriebssystemelement, nämlich einer mit dem drehbaren Außenring 25a des Radlagers 25 drehfest verbundenen, zwischen einem Rotorträger 26 und einer Felge 15 angeordneten Felgenkontaktplatte 27, anliegt.
1 zeigt insbesondere ein Antriebssystem 20, insbesondere Radnabenantriebssystem, für ein Fahrzeug, insbesondere für ein Elektro- und/oder Hybridfahrzeug, welches das Dichtungshalteelement 1 umfasst. Das Antriebssystem umfasst weiterhin einen Elektromotor mit einem Stator 21 und einem Rotor 22 sowie eine dynamische Dichtung 23, welche einen, einen Magnetspalt S zwischen dem Stator 21 und dem Rotor 22 umschließenden Innenraum 29 gegenüber einer äußeren Umgebung des Antriebssystems abdichtet und das Eindringen von Verschmutzungen in den Innenraum 29 verhindert.
Es wird illustriert, dass dabei die Dichtung 23 durch das Dichtungshalteelement 1 an einem stehenden Antriebssystemelement 24 des Antriebssystems 20, nämlich der Kühleinrichtung beziehungsweise einem Gehäuse einer Kühleinrichtung beziehungsweise des Stators 21 befestigt ist.
Der Rotorträger 26 des Rotors 22 ist in einer axialen Richtung des Radnabenantriebssystems 20 gesehen zwischen einer Trommelbremse (nicht dargestellt) des Radnabenantriebssystems 20 und einer Felgenkontaktplatte 27 angeordnet und mit dieser und einer Felge mittels einer Schraubverbindung 28 an einem drehbaren Außenring 25a eines Radlagers 25 drehfest befestigt.
Der Stator 21 weist ein Statorblechpaket 21a auf, um das Windungen gewickelt sind, die in einem Wickelkopf beziehungsweise Wicklungsverguss 21b aufgenommen sind.
Das Dichtungshalteelement 1 ist derart über sein Gewinde 4a mit dem Gewinde 24a des Gehäuses 24 verschraubt, dass Vertiefungen 6a, 6b zur Felge 15 (siehe 2) hin geöffnet sind.
Das Dichtelement 23a der Dichtung ist größtenteils radial verlaufend, im Wesentlichen ringförmig ausgebildet und umfasst ein Versteifungselement 23b, welches gewinkelt ringförmig ausgebildet ist. Das Dichtelement 23a liegt ferner bündig an einer radial inneren Seite des Halteabschnitts 5 und an einer axial äußeren Seite des Montagehilfsabschnitts 10 des Dichtungshalteelements 1 an.
In einem Betrieb des Radnabenantriebssystems 20 dreht sich die mit dem Außenring 25a des Radlagers 25 verschraubte Felgenkontaktplatte 27, während das Dichtungshalteelement 1, das drehfest mit dem stehenden Gehäuse 24 verbunden ist, nicht mitrotiert.
2 zeigt eine zwischen Rotorträger 26 und Felge 15 installierte Felgenkontaktplatte 27. Die Felge 15 bildet für jede Schraube eine trichterförmige Zentrierfläche 17 aus, die bei richtiger Verschraubung in der konusförmigen Zentrierfläche 18 der Schraubenmutter 13 einliegt und damit über das Gewinde 16 der Schraube 18 das Anzugsmoment aufrecht erhält.
Die Felge 15 liegt nicht mit einer kreisförmigen Axialfläche, sondern mit einer ringförmigen Axialfläche an der Felgenkontaktplatte an. Da die Felgenkontaktplatte 27 aus Stahl ist, kann diese trotz der kleinen, ringförmigen Auflagefläche der Felge 15 alle dynamischen Kräfte des Fahrbetriebes ohne plastische Verformung abfangen.
Ferner überträgt die Felgenkontaktplatte 27 die genannten Kräfte gleichmäßig auf den Rotorträger, der zwischen Radflansch des Radlagers 25 und der Felgenkontaktplatte 27 angeordnet ist. Dazu liegen die Felgenkontaktplatte 27 und der Rotorträger großflächig aufeinander, sodass an keiner Stelle, außer den Schraubenbohrungen, Hohlräume entstehen, die einen plastischen Materialfluss aufnehmen könnten.
Zusammenfassend betrifft die Erfindung ein Antriebssystem 20, insbesondere Radnabensystem, für ein Fahrzeug, insbesondere für ein Elektrofahrzeug und/oder Hybridfahrzeug, umfassend ein Radlager 25 und einen Elektromotor mit einem Stator 21 und einem Rotor 22, wobei der Rotor 22 an einem an dem Radlager 25 befestigbaren Rotorträger 26 verbundene Felgenkontaktplatte 27 aufweist. Damit ist es möglich den Rotorträger 26 zumindest teilweise oder ganz aus einem weichen Leichtmetall, wie Beispielsweise Aluminium, herzustellen. Zwischen der Felgenkontaktplatte und dem Radflansch wird der Rotorträger derart gehalten, dass das Leichtmetall nicht plastisch verformt werden kann, d. h. strukturell die erforderliche Steifigkeit des Radnabensystems herstellbar ist.
Bezugszeichenliste

1: Dichtungshalteelement
2: scheibenförmiger Körper
3: kreisförmige, durchgängige Aussparung
4: Befestigungsabschnitt
4a: Außengewinde
5: Halteabschnitt
7: Randabschnitt
10: Radflansch
20: Radnabenantriebssystem
21: Stator
21a: Blechpaket
21b: Wickelkopfbereich
S: Magnetspalt/Luftspalt
13: Mutter
15: Felge
16: Gewinde
17: trichterförmige Zentrierfläche
18: konische Zentrierfläche
22: Rotor
23: Dichtung
23a: Dichtelement
23b: Versteifungselement
24: Gehäuse der Statorkühlung
24a: Innengewinde
24b: Anlageabschnitt
25: Radlager
25a: Außenring
26: Rotorträger
27: Felgenkontaktplatte
28: Schraubverbindung
29: Innenraum

Claims

Radnabenantriebssystem (20) für ein Elektro- und/oder Hybridfahrzeug, umfassend ein Radlager (25) und einen Elektromotor mit einem Stator (21) und einem Rotor (22), wobei der Rotor (22) an einem an dem Radlager (25) befestigbaren Rotorträger (26) befestigt ist, und zwischen dem Rotorträger (26) und einer Felge (15) eine mit dem Rotorträger (26) verbundene Felgenkontaktplatte (27) aufweist.
Radnabenantriebssystem (20) nach Anspruch 1, wobei die Felgenkontaktplatte (27) unmittelbar oder mittelbar mit dem Rotorträger (26) verbunden ist.
Radnabenantriebssystem (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Radflansch des Radlagers (25), der Rotorträger (26), die Felgenkontaktplatte (27) und die Felge (15) dazu vorgesehen sind, miteinander verschraubt zu werden.
Radnabenantriebssystem (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Rotorträger (26) zumindest teilweise oder ganz aus einem Leichtbauwerkstoff, wie zum Beispiel Aluminium, hergestellt ist.
Radnabenantriebssystem (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Felgenkontaktplatte (27) aus einem Material, welches härter als das Material des Rotorträgers (26) ist.
Radnabenantriebssystem (20) nach Anspruch 5, wobei die Felgenkontaktplatte (27) eine 2 bis 4 Millimeter dicke Stahlplatte ist.
Radnabenantriebssystem (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Felgenkontaktplatte (27) unmittelbar an die Felge (15) angrenzt und mit dem Rotorträger (26) verschraubt ist.
Radnabenantriebssystem (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zwischen Rotorträger (26) und der Felgenkontaktplatte (27) oder zwischen Rotorträger (26) und einer unmittelbar an den Rotorträger (26) grenzenden Halteplatte eine gleichmäßige Auflage der jeweiligen Axialflächen derart realisiert ist, dass plastische Verformungen des Rotorträgers (26) vermieden werden.
Radnabenantriebssystem (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Felgenkontaktplatte (27) eine Dichtung (23) zumindest teilweise trägt oder teilweise ausbildet.
Radnabenantriebssystem (20) nach Anspruch 9, wobei eine radiale oder axiale Dichtlippe mit einer Fläche der Felgenkontaktplatte (27) einen Dichtkontakt bildet.