DE102016110389A1

DE102016110389A1 - Elektromotor mit Schwingungsentkopplungsanordnung zur drehfesten Verbindung hin zum Getriebe

Info

Publication number: DE102016110389A1
Application number: DE102016110389.6A
Authority: DE
Inventors: Marc Absenger; Colin Zaers; Thorsten Fischer
Original assignee: GKN Automotive Ltd
Current assignee: GKN Automotive Ltd
Priority date: 2016-06-06
Filing date: 2016-06-06
Publication date: 2017-12-21
Anticipated expiration: 2036-06-07
Also published as: DE102016110389B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein System umfassend einen Elektromotor als Antriebseinheit, ein Getriebe sowie eine Schwingungsentkopplungsanordnung für eine drehfeste Verbindung einer Elektromotorwelle mit einer Getriebeeingangswelle, zumindest weiter aufweisend eine Elektromotorwelle, eine Getriebeeingangswelle sowie einen Schwingungsentkoppler mit einer gemeinsamen Drehachse; wobei der Schwingungsentkoppler ein äußeres Element aufweist mit umfangsverteilten und entlang einer axialen Richtung verlaufenden äußeren ersten Kugelbahnen, mindestens ein inneres Element mit umfangsverteilten und entlang der axialen Richtung verlaufenden inneren zweiten Kugelbahnen, eine Mehrzahl von Gruppen von Kugeln, die in Paaren von ersten Kugelbahnen und zweiten Kugelbahnen angeordnet sind und mindestens einen hülsenförmigen Kugelkäfig, der in einem, zwischen dem äußeren Element und dem mindestens einen inneren Element vorliegenden und durch die Überdeckung in der axialen Richtung von dem äußeren Element und dem inneren Element gebildeten, Ringraum angeordnet ist und die Kugeln in ihrer Lage zumindest in der axialen Richtung zueinander fixiert, wobei die Elektromotorwelle und die Getriebeeingangswelle zumindest gegenüber Anregungen in der axialen Richtung über den Schwingungsentkoppler voneinander entkoppelt sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein System bzw. Vorrichtung, umfassend einen Elektromotor als Antriebseinheit, ein Getriebe sowie eine Schwingungsentkopplungsanordnung für eine drehfeste Verbindung einer Elektromotorwelle mit einer Getriebeeingangswelle. Der Elektromotor ist insbesondere eine Antriebseinheit eines Kraftfahrzeuges.
Insbesondere bei elektrischen Antriebseinheiten (Elektromotoren) werden Antriebswelle und Getriebeeingangswelle ungedämpft und/oder ungefedert z. B. über eine starre Wellenverzahnung verdrehsteif bzw. drehfest miteinander verbunden. Eine Dämpfung, die bei konventionellen Verbrennungsmotoren durch bekannte Kupplungsscheiben oder hydrodynamische Drehmomentwandler sichergestellt ist, ist bei elektrischen Antriebseinheiten bisher nicht für erforderlich gehalten worden.
Gerade in Kraftfahrzeugen treten jedoch hochdynamische Lastrichtungswechsel auf, z. B. durch Bremseingriffe von ABS (Anti-Blockier-System), ESP (Elektronisches Stabilitäts-Programm) und anderen Systemen oder durch Wechselreaktionen infolge veränderlicher Traktionsbedingungen auf der Fahrbahn. Dies führt, insbesondere verstärkt durch die typisch hohen Massenträgheitsmomente der elektrischen Antriebseinheiten, zu Stößen mit signifikanten Lastüberhöhungen im gesamten Antriebsstrang. Dadurch kann die Lebensdauer aller drehmomentübertragenden Teile des Getriebes, der Antriebseinheit und ggf. weiterer Komponenten des Antriebstranges deutlich reduziert werden. Zudem treten in den bekannten nicht gedämpften Systemen die für den Fachmann bekannten NVH-(noise, vibration, harshness)Probleme auf.
Solche Kupplungsvorrichtungen sind unter anderem aus der US 6,470,560 und der EP 1 170 076 A1 bekannt, in denen eine ungedämpfte Verbindung durch eine Hülse erzeugt wird, in der beide zu verbindenden Wellenenden über Verzahnungen drehfest aufgenommen sind.
Eine elastische Kupplung ist aus der DE 93 08 521 U1 bekannt, in der ein riemenförmiges, elastisches Kupplungselement eingesetzt wird. Solche Kupplungselemente, bei denen die Elastizität im Wesentlichen oder nahezu ausschließlich durch die Materialeigenschaften des eingesetzten Werkstoffes (z. B. Elastomer) erzeugt wird, sind verschleißbehaftet und damit hinsichtlich der Lebensdauer begrenzt und im Hinblick auf NVH-Eigenschaften ungeeignet.
Weiter wurde herausgefunden, dass axiale und/oder torsionale Schwingungen/Anregungen vom Elektromotor über die Verbindung Elektromotorwelle/Getriebeeingangswelle in das Getriebe übertragen werden und dort Geräuschprobleme verursachen.
Weiter kann durch einen Versatz (in radialer Richtung) oder durch eine nicht vollständig koaxiale Ausrichtung der Wellen (Wellen sind nicht parallel sondern unter einem Winkel zueinander angeordnet) eine Verspannung dieser Verbindung Elektromotorwelle/Getriebeeingangswelle verursacht werden, die zu einer erhöhten Lagerbelastung (der Wälzlager, mit denen die Wellen drehbar gelagert sind) führt und die Bildung von Passungsrost in einer Passverzahnung begünstigt und somit zu einer Verringerung der Lebensdauer beiträgt.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, die mit Bezug auf den Stand der Technik geschilderten Probleme zumindest teilweise zu lösen und insbesondere eine System bereitzustellen, bei dem die Lastüberhöhungen und die stoßbedingte Geräuschentwicklung (NVH) reduziert, eine erhöhte Lebensdauer erreicht und ggf. eine Reduzierung der Baugröße von Antriebsteilen ermöglicht (u. a. durch nun eingeführte Dämpfung und Reduzierung der Lastüberhöhungen) werden. Weiterhin sollen gerade vom Elektromotor erzeugte axiale (in der axialen Richtung wirkende) und/oder torsionale (in der Umfangsrichtung wirkende) Schwingungen/Anregungen in dem System entkoppelt werden. Weiter ist gewünscht, dass das System geeignet ist, einen gegebenenfalls auftretenden (geometrischen) Versatz der verbundenen Wellen wenigstens teilweise zu kompensieren.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche. Die in den Patentansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale sind in technologisch sinnvoller Weise miteinander kombinierbar und können durch erläuternde Sachverhalte aus der Beschreibung und Details aus den Figuren ergänzt werden, wobei weitere Ausführungsvarianten der Erfindung aufgezeigt werden.
Die Erfindung betrifft ein System, umfassend einen Elektromotor als Antriebseinheit, ein Getriebe sowie eine Schwingungsentkopplungsanordnung für eine drehfeste Verbindung einer Elektromotorwelle mit einer Getriebeeingangswelle (Wellen), zumindest weiter aufweisend eine Elektromotorwelle und eine Getriebeeingangswelle sowie einen Schwingungsentkoppler, die im Wesentlichen koaxial zueinander angeordnet sind und eine gemeinsame Drehachse aufweisen. Der Schwingungsentkoppler umfasst zumindest:

• ein äußeres Element mit umfangsverteilten und entlang einer axialen Richtung verlaufenden äußeren ersten Kugelbahnen;
• mindestens ein inneres Element mit umfangsverteilten und entlang der axialen Richtung verlaufenden inneren zweiten Kugelbahnen;
• eine Mehrzahl von Gruppen von Kugeln, die in Paaren von ersten Kugelbahnen und zweiten Kugelbahnen angeordnet sind und
• mindestens einen hülsenförmigen Kugelkäfig, der in einem, zwischen dem äußeren Element und dem mindestens einen inneren Element vorliegenden und durch die Überdeckung in der axialen Richtung von dem äußeren Element und dem inneren Element gebildeten, Ringraum angeordnet ist und die Kugeln in ihrer Lage zumindest in der axialen Richtung zueinander fixiert.

Die Elektromotorwelle und die Getriebeeingangswelle sind zumindest gegenüber Anregungen in der axialen Richtung über den Schwingungsentkoppler voneinander entkoppelt.
Das System (bzw. Aggregat) umfasst insbesondere aufeinander abgestimmte Bauteilkomponenten, die in einem Kraftfahrzeug einen Teil des Antriebsstrangs bilden. Daher sind die angeführten Bauteilkomponenten aufeinander abgestimmt, z. B. im Hinblick auf das zu übertragende Drehmoment und/oder vorbestimmten Rotationsbewegung.
Die Kugelbahnen erstrecken sich parallel zur axialen Richtung. Damit können die Wellen (Elektromotorwelle und Getriebeeingangswelle) in der axialen Richtung zueinander verschoben werden, so dass axiale Schwingungen und Anregungen gedämpft werden. Die Drehmomente werden von der einen Welle auf die andere Welle über die Kugelbahnen und die Kugeln übertragen.
Eine Gruppe von Kugeln umfasst eine Mehrzahl von Kugeln (bevorzugt sechs Kugeln, möglich sind auch vier, acht, zehn, zwölf usw.), die an einer Position entlang der Drehachse in der Umfangsrichtung (gleichmäßig) verteilt angeordnet sind. Hier sind eine Mehrzahl von Gruppen (bevorzugt vier, möglich sind auch zwei, sechs, acht, zehn usw.) entlang der axialen Richtung nebeneinander angeordnet.
Der Kugelkäfig ist hülsenförmig (zylindrisch) ausgeführt und weist für jede Kugel eine Öffnung auf. Es können auch mehrere Kugeln in einer gemeinsamen Öffnung angeordnet sein. Die Kugel erstreckt sich durch die Öffnung in der radialen Richtung und kontaktiert so die innere Kugelbahn und die äußere Kugelbahn. Durch den Kugelkäfig bleiben die Kugeln zueinander ausgerichtet (zumindest in der axialen Richtung (in der Umfangsrichtung sind sie in den Kugelbahnen gehalten).
Der Kugelkäfig ist gegenüber dem inneren Element und dem äußeren Element in der axialen Richtung verschiebbar angeordnet. Insbesondere ist die Verschiebung des Kugelkäfigs in der axialen Richtung begrenzt, z. B. durch Anschläge. Die Verschiebung ist insbesondere auf höchstens 5 mm [Millimeter] in der axialen Richtung begrenzt. Damit ist ausreichend Möglichkeit zur Verschiebung vorhanden, so dass axiale Schwingungen/Anregungen ausgehend vom Elektromotor bzw. von der Elektromotorwelle gedämpft/kompensiert werden können.
Der Kugelkäfig ist in einem Ringraum (ringförmig) angeordnet, der zwischen dem äußeren Element und dem mindestens einen inneren Element vorliegt und durch die Überdeckung in der axialen Richtung von dem äußeren Element und dem inneren Element gebildet ist. Die Überdeckung erstreckt sich insbesondere hin zum Getriebe bzw. zum Elektromotor zu einer Position entlang der axialen Richtung, an der sowohl das innere Element also auch das äußere Element vorliegen.
Die Kugelbahnen weisen eine Erstreckung in der axialen Richtung auf, so dass die Kugeln mit dem Käfig in der axialen Richtung um das angegebene Maß gegenüber dem inneren Element und/oder dem äußere Element verschoben werden können.
Bei dem System wird durch den Schwingungsentkoppler eine in der axialen Richtung verschiebbare Verbindung von zwei koaxial zueinander angeordneten Wellen (Elektromotorwelle und Getriebeeingangswelle) ermöglicht, wobei durch die Schwingungsentkopplungsanordnung etwaige Schwingungen in axialer Richtung oder Umfangsrichtung gedämpft werden. Weiterhin können geometrische Abweichungen, wie z. B. ein Winkelversatz der Drehachsen der Wellen, in gewissen Grenzen ausgeglichen werden. Insbesondere sind das System bzw. die hier einbezogenen Bauteilkomponenten so aufeinander abgestimmt ausgeführt, dass diese (für den Fahrbetrieb beim Automobil dauerhaft bzw. wiederholt) einen Winkelunterschied von der Drehachse der Elektromotorwelle zur Drehachse der Getriebeeingangswelle (von 0,1 Winkelgrad) bis zu 0,4 Winkelgrad ausgleichen können. Dadurch kann insbesondere auch die Belastung der drehfesten Verbindung zwischen den Wellen/Elementen/Hülsen der Schwingungsentkopplungsanordnung verringert und somit der Bildung von Passungsrost entgegengewirkt werden.
Die Verwendung einer derartigen Schwingungsentkopplungsanordnung in einer Verbindung zwischen einer Elektromotorwelle und einer Getriebeeingangswelle, um Geräusche und Vibrationen zu verhindern, hat überraschenderweise viele Vorteile. Stöße sind bei einem Elektroantrieb normalerweise kein besonders relevantes Problem während des Betriebs. Üblicherweise ist die Drehmomententfaltung eines Elektroantriebs über den Drehwinkel hinweg relativ konstant. Darüber hinaus treten in einem Elektroantrieb aufgrund geringer beweglicher Massen auch keine besonderen Vibrationen auf. Üblicherweise wäre eine Schwingungsentkopplungsanordnung, umfassend einzelne, nicht fest mit anderen Komponenten verbundene Bauteile (wie bspw. Kugeln), nicht in Erwägung gezogen worden, weil solche Komponenten grundsätzlich eher ein gewisses Risiko hinsichtlich der Geräuschentwicklung beinhalten. Solche Bauteile können sich bewegen und daher z. B. ein Klappern auslösen. Bei der Verwendung eines Elektroantriebs würde eine solche Schwingungsentkopplungsanordnung daher eher als Quelle zusätzlicher Geräusche angesehen werden. Überraschenderweise hat sich jedoch herausgestellt, dass durch eine derartige Schwingungsentkopplungsanordnung zwischen einem Elektroantrieb und einem Getriebe eine erhebliche Verbesserung, das heißt eine erhebliche Reduzierung der Geräuschbildung, erreicht werden kann. Einerseits sind die durch die Schwingungsentkopplungsanordnung hervorgerufenen Geräusche gegenüber den im Elektromotor verursachten Geräuschen zu vernachlässigen. Insbesondere erzeugen elektrische Ströme im Elektroantrieb Geräusche, die die Geräusche der Schwingungsentkopplungsanordnung zumindest teilweise übersteigen. Darüber hinaus kann durch eine derartige Schwingungsentkopplungsanordnung eine vollständige Entkopplung erreicht werden, die mit elastischen Schwingungsentkopplungs- bzw. Schwingungsdämpfungsanordnungen so nicht erreicht werden können. Daher hat sich überraschenderweise herausgestellt, dass die Verwendung einer derartigen Schwingungsentkopplungsanordnung hier erhebliche Vorteile beinhaltet, die so nicht absehbar waren.
Insbesondere umfasst das mindestens eine innere Element zwei Hülsen, wobei eine erste Hülse drehfest außen auf der Elektromotorwelle und eine zweite Hülse drehfest außen auf der Getriebeeingangswelle angeordnet ist.
Insbesondere weist zumindest eine der Wellen eine (als Passverzahnung ausgeführte) Keilverzahnung zur drehfesten Anordnung des als Hülse ausgeführten inneren Elements auf. Drehfeste Verbindungen zwischen Wellen und Hülsen können z. B. auch mittels Passfedern und Nuten und/oder mittels Presssitzen hergestellt werden.
Insbesondere ist das mindestens eine innere Element durch die Elektromotorwelle und die Getriebeeingangswelle gebildet, wobei die Elektromotorwelle und die Getriebeeingangswelle jeweils zweite Kugelbahnen aufweisen. Das äußere Element ist ein von Elektromotorwelle und Getriebeeingangswelle separates Bauteil und ist als eine dritte Hülse (hohlzylindrisch geformt) ausgestaltet.
Insbesondere die Ausgestaltung des inneren Elements als zwei Hülsen oder als durch die beiden Wellen gebildet ermöglicht es bzw. kann so abgestimmt sein, dass ein Versatz der Drehachsen der Wellen in der radialen Richtung kompensiert bzw. ausgeglichen werden kann. So kann ein Versatz von bis zu 0,25 mm [Millimetern] in der radialen Richtung ausgeglichen werden, ohne dass eine Verringerung der Lebensdauer der Schwingungsentkopplungsanordnung oder des Systems zu erwarten ist.
Insbesondere ist zwischen zumindest einer der ersten oder zweiten Hülse und einer der Wellen ein Dichtring angeordnet. Der Dichtring ist in einer Nut in der Hülse oder in der Welle angeordnet. Der Dichtring dämpft (und begrenzt) eine Verschiebung der Hülse auf der Welle in der axialen Richtung.
Insbesondere sind zur Begrenzung einer Verschiebung der Hülse auf der Welle kann ein geeigneter Anschlag vorgesehen sein. Zur Ausgestaltung eines solchen Anschlags kann ein Sicherungsring eingesetzt werden.
Insbesondere umfasst der mindestens eine Kugelkäfig zwei hülsenförmige Teilkäfige, wobei der erste Teilkäfig und der zweite Teilkäfig durch einen ersten Anschlag an dem äußeren Element in der axialen Richtung voneinander beabstandet angeordnet sind. Ein Anschlag wird z. B. durch einen Sicherungsring gebildet, der sich in der axialen Richtung in einer Nut im äußeren Element abstützt.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist der mindestens eine Kugelkäfig ein einteiliger Kugelkäfig, der in einer radialen Richtung außen von Elektromotorwelle und Getriebeeingangswelle angeordnet ist, wobei der Kugelkäfig einen in der radialen Richtung nach innen weisenden, insbesondere umlaufenden, Steg aufweist, der sich in einen Spalt hinein erstreckt, der zwischen einer ersten Stirnseite der Elektromotorwelle und einer zweiten Stirnseite der Getriebeeingangswelle vorliegt.
Insbesondere erstreckt sich der Steg in der radialen Richtung soweit in den Spalt zwischen den Stirnseiten der Wellen hinein (ggf. insbesondere über die Hülsen hinweg), dass die Wellen durch den Steg beabstandet werden. Der Steg wirkt also für beide Wellen als Anschlag in der axialen Richtung. Durch den Steg wird eine Verschiebung des Käfigs in beiden axialen Richtungen eingeschränkt. Der Steg kann insbesondere Anschläge an dem mindestens einen inneren Element und/oder dem äußeren Element ersetzen.
Insbesondere ist das äußere Element ein von Elektromotorwelle und Getriebeeingangswelle separates Bauteil und als eine dritte Hülse (hohlzylindrisch geformt) ausgestaltet.
Insbesondere sind das mindestens eine innere Element eine von Elektromotorwelle und Getriebeeingangswelle und das äußere Element das andere von Elektromotorwelle und Getriebeeingangswelle, wobei das äußere Element zumindest im Bereich des Schwingungsdämpfers als Hohlwelle (hohlzylindrisch geformt) ausgebildet ist. Hier sind also die Kugelbahnen auf der Elektromotorwelle und der Getriebeeingangswelle angeordnet. Zusätzlichen Hülsen (erste, zweite, dritte Hülse) sind nicht erforderlich.
Insbesondere ist der mindestens eine Kugelkäfig ein einteiliger Kugelkäfig, wobei zweite Anschläge an dem inneren Element ein Verschieben des Kugelkäfigs in beiden axialen Richtungen begrenzen. Die zweiten Anschläge sind insbesondere als sogenannte Sicherungsringe ausgeführt, die in einer Nut an dem inneren Element (und/oder in einer Nut an dem äußeren Element) angeordnet sind (also in der axialen Richtung formschlüssig, also nicht verschiebbar, auf dem inneren (äußeren) Element angeordnet).
Bevorzugt (z. B. für den Fall von Personenkraftfahrzeugen) weist der Schwingungsentkoppler drei oder vier Gruppen von Kugeln auf, wobei die Gruppen in der axialen Richtung nebeneinander angeordnet sind, wobei jede Gruppe sechs oder sieben Kugeln umfasst, die (gleichmäßig) umfangsverteilt in den Paaren von ersten Kugelbahnen und zweiten Kugelbahnen angeordnet sind. Offensichtlich können (gerade auch anderen Einsatzgebieten) auch andere Anzahlen von Gruppen und/oder anderen Anzahlen von Kugeln ausgewählt und miteinander kombiniert werden.
Insbesondere ist der Ringraum zwischen dem äußeren Element und dem mindestens einen inneren Element auf zumindest einer Seite des mindestens einen Kugelkäfigs durch eine ausschließlich in dem Ringraum angeordnete Dichtung abgedichtet.
Die Dichtung ist zur Sicherstellung der Schmierung der Kugelbahn/Kugel-Paarung vorgesehen. Durch den Dichtring wird ein Austritt eines Schmiermittels aus dem Ringraum verhindert. Weiterhin verhindert die Dichtung den Eintrag von Schmutzpartikeln in den Ringraum. Insbesondere ist die Dichtung ein Radialwellendichtring, bevorzugt gemäß DIN 3760.
Insbesondere sind die Elektromotorwelle und die Getriebeeingangswelle jeweils starr angeordnete Wellen, die (unmittelbar und bevorzugt ausschließlich) über Wälzlager drehbar gelagert sind. Starr bedeutet hier, dass eine Veränderung der Lage der Wellen (zueinander) nicht vorgesehen ist. Insbesondere ist die Elektromotorwelle nur mit einem Ende über den Schwingungsentkoppler mit einer weiteren Welle verbunden. Das andere Ende der Welle ist insbesondere innerhalb des Elektromotors angeordnet.
Die vorliegende Erfindung ist auf die Verbindung einer Elektromotorwelle mit einer Getriebeeingangswelle gerichtet. Die Getriebeeingangswelle ist insbesondere über eine Kupplung mit dem Getriebe verbunden. Bevorzugt ist keine Kupplung zwischen Elektromotor und Getriebe vorgesehen. Der Elektromotor überträgt Drehmomente bis mindestens 250 Nm [Newtonmeter], bevorzugt bis mindestens 500 Nm, besonders bevorzugt bis mindestens 1.000 Nm. Dabei rotiert die Elektromotorwelle mit einer Drehzahl von mindestens bis zu 10.000 rpm [revolutions per minute; Umdrehungen pro Minute], insbesondere von mindestens bis zu 15.000 rpm, bevorzugt von mindestens bis zu 20.000 rpm.
Bei Anordnung der Schwingungsentkopplungsanordnung zwischen einer elektrischen Antriebseinheit (Elektromotor) und einem Getriebe wird bevorzugt keine Kupplung (z. B. Reibungskupplung o.ä.) eingesetzt. Das bedeutet also, dass die bewegten Massen der elektrischen Antriebseinheit und des Getriebes praktisch nur über die Schwingungsentkopplungsanordnung miteinander verbunden sind. Gegenüber einer bisher üblichen, steifen Anbindung (bei der also die Elektromotorwelle der elektrischen Antriebseinheit steif (nicht elastisch) mit der Getriebeeingangswelle verbunden ist) kann durch das hier vorgeschlagene System eine Veränderung der Lage der Wellen zueinander in zumindest eine der folgenden Richtungen ausgeglichen werden: axiale Richtung; radiale Richtung und Umfangsrichtung. Durch die Form und Gestaltung der inneren und äußeren Kugelbahnen sowie durch eine mögliche mehrteilige Ausführung der Schwingungsentkopplungsanordnung (zweiteiliger Käfig, zwei innere Elemente, äußeres Element als zusätzliches Bauteil – zusätzlich zu Elektromotorwelle und Getriebeeingangswelle) kann die Steifigkeit der Schwingungsentkopplungsanordnung auf den jeweiligen Anwendungsfall angepasst werden. Die genannten Parameter können einzeln oder beliebig miteinander kombiniert als Einstellmöglichkeiten genutzt werden, insbesondere um auf unterschiedliche Eigenfrequenzen (Resonanzfrequenzen) und/oder Anregungsfrequenzen in den jeweils verbundenen Bauteilen (elektrische Antriebseinheit, Getriebe, etc.) einzuwirken.
Weiter wird ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen mit zumindest einer elektrischen Antriebseinheit, die eine Elektromotorwelle aufweist, und mit einem Getriebe, das eine Getriebeeingangswelle aufweist, wobei Antriebseinheit und Getriebe als Teil des erfindungsgemäßen Systems über eine Schwingungsentkopplungsanordnung zur Übertragung von Drehmomenten miteinander verbunden sind.
Die Erfindung, sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Erfindung durch die gezeigten Ausführungsbeispiele nicht beschränkt werden soll. Insbesondere ist, soweit nicht explizit anders dargestellt, auch möglich, Teilaspekte der in den Figuren erläuterten Sachverhalte zu extrahieren und mit anderen Bestandteilen und Erkenntnissen aus der vorliegenden Beschreibung zu kombinieren. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Gegenstände. Es zeigen schematisch:
1: ein Kraftfahrzeug mit einer ersten Ausführungsvariante eines Systems in einer Seitenansicht im Schnitt;
2: ein Kraftfahrzeug mit einer zweiten Ausführungsvariante eines Systems in einer Seitenansicht im Schnitt; und
3: ein Kraftfahrzeug mit einer dritten Ausführungsvariante eines Systems in einer Seitenansicht im Schnitt.
1 zeigt ein Kraftfahrzeug 32 mit einer ersten Ausführungsvariante eines Systems 39 mit einer Schwingungsentkopplungsanordnung 1 in einer Seitenansicht im Schnitt. Die Schwingungsentkopplungsanordnung 1 dient der Übertragung von Drehmomenten von einer elektrischen Antriebseinheit 33 auf ein Getriebe 34. Die Schwingungsentkopplungsanordnung 1 umfasst eine Elektromotorwelle 2 und eine Getriebeeingangswelle 3 sowie einen Schwingungsentkoppler 4, die koaxial zueinander angeordnet sind und eine gemeinsame Drehachse 35 aufweisen. Der Schwingungsentkoppler 4 umfasst ein äußeres Element 5 mit umfangsverteilten und entlang einer axialen Richtung 6 verlaufenden äußeren ersten Kugelbahnen 7; mindestens ein inneres Element 8 mit umfangsverteilten und entlang der axialen Richtung 6 verlaufenden inneren zweiten Kugelbahnen 9; eine Mehrzahl von Gruppen 10 von Kugeln 11, die in Paaren von ersten Kugelbahnen 7 und zweiten Kugelbahnen 9 angeordnet sind; und einen hülsenförmigen zweiteiligen Kugelkäfig 12, der in einem, zwischen dem äußeren Element 5 und dem inneren Element 8 vorliegenden und durch die Überdeckung 13 in der axialen Richtung 6 von dem äußeren Element 5 und dem inneren Element 8 gebildeten, Ringraum 14 angeordnet ist und die Kugeln 11 in ihrer Lage zumindest in der axialen Richtung 6 zueinander fixiert. Der zweiteilige Kugelkäfig 12 umfasst hier zwei hülsenförmige Teilkäfige 17, 18, wobei der erste Teilkäfig 17 und der zweite Teilkäfig 18 durch einen ersten Anschlag 19 an dem äußeren Element 5 in der axialen Richtung 6 voneinander beabstandet angeordnet sind.
Die Kugelbahnen 7, 9 erstrecken sich parallel zur axialen Richtung 6. Damit können die Wellen (Elektromotorwelle 2 und Getriebeeingangswelle 3) in der axialen Richtung 6 zueinander verschoben werden, so dass axiale Schwingungen und Anregungen gedämpft werden. Die Drehmomente werden von der einen Welle 2, 3 auf die andere Welle 3, 2 über die Kugelbahnen 7, 9 und die Kugeln 11 übertragen.
Hier umfasst das mindestens eine innere Element 8 zwei Hülsen 15, 16, wobei eine erste Hülse 15 drehfest außen auf der Elektromotorwelle 2 und eine zweite Hülse 16 drehfest außen auf der Getriebeeingangswelle 3 angeordnet ist. Weiter weisen beide Wellen 2, 3 eine Keilverzahnung 38 zur drehfesten Anordnung der Hülsen 15, 16 auf.
Hier ist zwischen jeder Hülse 15, 16 und der entsprechenden Welle 2, 3 ein Dichtring 36 angeordnet. Die Dichtringe 36 sind in einer Nut in der Welle 2, 3 angeordnet. Der Dichtring 36 dämpft (und begrenzt) eine Verschiebung der Hülse 15, 16 auf der Welle 2, 3 in der axialen Richtung 6.
Hier ist das äußere Element 5 ein von Elektromotorwelle 2 und Getriebeeingangswelle 3 separates Bauteil und ist als eine dritte Hülse 25 (hohlzylindrisch geformt) ausgestaltet.
Eine Gruppe 10 von Kugel 11 umfasst eine Mehrzahl von Kugeln 11, die an einer Position entlang der Drehachse 35 in der Umfangsrichtung 37 (gleichmäßig) verteilt angeordnet sind. Hier sind vier Gruppen 10 entlang der axialen Richtung 6 nebeneinander angeordnet, wobei jeweils zwei Gruppen 10 mit der ersten Hülse 15 und der zweiten Hülse 16 zusammenwirken.
Die Teilkäfige 17, 18 sind hülsenförmig (zylindrisch) ausgeführt und weisen für jede Kugel 11 eine Öffnung auf. Jede Kugel 11 erstreckt sich durch die Öffnung in der radialen Richtung 20 und kontaktiert so die innere zweite Kugelbahn 9 und die äußere erste Kugelbahn 7. Durch den Kugelkäfig 12, 17, 18 bleiben die Kugeln 11 zueinander ausgerichtet (zumindest in der axialen Richtung 6 (in der Umfangsrichtung 37 sind sie in den Kugelbahnen 7, 9 gehalten).
Die Teilkäfige 17, 18 sind gegenüber den Hülsen 15, 16 und dem äußeren Element 5 in der axialen Richtung 6 verschiebbar angeordnet. Dabei ist die Verschiebung der Teilkäfige 17, 18 in der axialen Richtung 6 durch Anschläge 19, 27 begrenzt. Die Anschläge 19, 27 werden hier durch Sicherungsringe gebildet, die sich in der axialen Richtung 6 an dem äußeren Element 5 (erster Anschlag 19) bzw. an dem inneren Element 8 (zweite Anschläge 27) abstützen.
2 zeigt ein Kraftfahrzeug 32 mit einer zweiten Ausführungsvariante eines Systems mit einer Schwingungsentkopplungsanordnung 1 in einer Seitenansicht im Schnitt. Es wird auf die Ausführungen zu 1 verwiesen. In 2 ist der mindestens eine Kugelkäfig 12 ein einteiliger Kugelkäfig 12, der in einer radialen Richtung 20 außen von Elektromotorwelle 2 und Getriebeeingangswelle 3 angeordnet ist, wobei der Kugelkäfig 12 einen in der radialen Richtung 20 nach innen weisenden, umlaufenden, Steg 21 aufweist, der sich in einen Spalt 22 hinein erstreckt, der zwischen einer ersten Stirnseite 23 der Elektromotorwelle 2 und einer zweiten Stirnseite 24 der Getriebeeingangswelle 3 vorliegt.
Hier erstreckt sich der Steg 21 in der radialen Richtung 20 soweit in den Spalt 22 zwischen den Stirnseiten 23, 24 der Wellen 2, 3 hinein, dass die Wellen 2, 3 durch den Steg 21 beabstandet werden. Der Steg 21 wirkt also für beide Wellen 2, 3 als Anschlag in der axialen Richtung 6. Durch den Steg 21 wird eine Verschiebung des Kugelkäfigs 12 in beiden axialen Richtungen 6 eingeschränkt/begrenzt.
Auch hier ist das äußere Element 5 ein von Elektromotorwelle 2 und Getriebeeingangswelle 3 separates Bauteil und als eine dritte Hülse 25 (hohlzylindrisch geformt) ausgestaltet. Dabei wird das mindestens eine innere Element 8 sowohl durch die Elektromotorwelle 2 als auch durch die Getriebeeingangswelle 3 gebildet. Die zweiten Kugelbahnen 9 sind dabei auf den Wellen 2, 3 ausgebildet.
Der Ringraum 14 zwischen dem äußeren Element 5 und den inneren Elementen 8 ist hier auf beiden Seiten 28 des Kugelkäfigs 12 durch eine ausschließlich in dem Ringraum 14 angeordnete Dichtung 29 abgedichtet. Die Dichtung 29 ist zur Sicherstellung der Schmierung der Kugelbahn/Kugel-Paarung (Kugelbahnen 7, 9 und Kugeln 11) vorgesehen. Durch den Dichtring 29 wird ein Austritt eines Schmiermittels aus dem Ringraum 14 verhindert. Weiterhin verhindert die Dichtung 29 den Eintrag von Schmutzpartikeln in den Ringraum 14. Die Dichtung 29 ist ein Radialwellendichtring.
3 zeigt ein Kraftfahrzeug 32 mit einer dritten Ausführungsvariante eines Systems mit einer Schwingungsentkopplungsanordnung 1 in einer Seitenansicht im Schnitt. Es wird auf die Ausführungen zu 1 und 2 Bezug genommen. In 3 ist der Kugelkäfig 12 ebenfalls einteilig ausgeführt. Hier wird das eine innere Element 8 durch die Elektromotorwelle 2 und das äußere Element 5 durch die Getriebeeingangswelle 3 gebildet, wobei das äußere Element 5 zumindest im Bereich des Schwingungsentkopplers 4 als Hohlwelle 26 (hohlzylindrisch geformt) ausgebildet ist. Hier sind also die zweiten Kugelbahnen 9 auf der Elektromotorwelle 2 und die ersten Kugelbahnen 7 auf der Getriebeeingangswelle 3 angeordnet. Zusätzlichen Hülsen (erste, zweite, dritte Hülse) sind nicht erforderlich.
Hier ist der Kugelkäfig 12 einteilig ausgeführt, wobei zweite Anschläge 27 an dem inneren Element 8 ein Verschieben des Kugelkäfigs 12 in beiden axialen Richtungen 6 begrenzen. Die zweiten Anschläge 27 sind als sogenannte Sicherungsringe ausgeführt, die in einer Nut an dem inneren Element 8 angeordnet sind (also in der axialen Richtung 6 formschlüssig, also nicht verschiebbar, auf dem inneren Element 8 angeordnet).
Hier ist der Ringraum 14 zwischen dem äußeren Element 5 und dem inneren Element 8 auf einer Seite 28 des Kugelkäfigs 12 durch eine ausschließlich in dem Ringraum 14 angeordnete Dichtung 29 abgedichtet. Die als Hohlwelle 26 ausgeführte Getriebeeingangswelle 3 ist hin zum Getriebe 34 durch einen Stopfen 40 abgedichtet, der so den Erhalt eines Schmiermittels in der Schwingungsentkopplungsanordnung 1 gewährleistet
Bezugszeichenliste

1: Schwingungsentkopplungsanordnung
2: Elektromotorwelle
3: Getriebeeingangswelle
4: Schwingungsentkoppler
5: äußeres Element
6: axiale Richtung
7: erste Kugelbahn
8: inneres Element
9: zweite Kugelbahn
10: Gruppe
11: Kugel
12: Kugelkäfig
13: Überdeckung
14: Ringraum
15: erste Hülse
16: zweite Hülse
17: erster Teilkäfig
18: zweiter Teilkäfig
19: erster Anschlag
20: radiale Richtung
21: Steg
22: Spalt
23: erste Stirnseite
24: zweite Stirnseite
25: dritte Hülse
26: Hohlwelle
27: zweiter Anschlag
28: Seite
29: Dichtung
30: Wälzlager
31: Verbindungselement
32: Kraftfahrzeug
33: Antriebseinheit
34: Getriebe
35: Drehachse
36: Dichtring
37: Umfangsrichtung
38: Keilverzahnung
39: System
40: Stopfen

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 6470560 [0004]
EP 1170076 A1 [0004]
DE 9308521 U1 [0005]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

DIN 3760 [0035]

Claims

System (39) umfassend einen Elektromotor als Antriebseinheit (34), ein Getriebe (34) sowie eine Schwingungsentkopplungsanordnung (1) für eine drehfeste Verbindung einer Elektromotorwelle (2) mit einer Getriebeeingangswelle (3), zumindest weiter aufweisend eine Elektromotorwelle (2), eine Getriebeeingangswelle (3) sowie einen Schwingungsentkoppler (4) mit einer gemeinsamen Drehachse (35); wobei der Schwingungsentkoppler (4) zumindest • ein äußeres Element (5) mit umfangsverteilten und entlang einer axialen Richtung (6) verlaufenden äußeren ersten Kugelbahnen (7), • mindestens ein inneres Element (8) mit umfangsverteilten und entlang der axialen Richtung (6) verlaufenden inneren zweiten Kugelbahnen (9), • eine Mehrzahl Gruppen (10) von Kugeln (11), die in Paaren von ersten Kugelbahnen (7) und zweiten Kugelbahnen (9) angeordnet sind und • mindestens einen hülsenförmigen Kugelkäfig (12), der in einem, zwischen dem äußeren Element (5) und dem mindestens einen inneren Element (8) vorliegenden und durch eine Überdeckung (13) in der axialen Richtung (6) von dem äußeren Element (5) und dem inneren Element (8) gebildeten, Ringraum (14) angeordnet ist und die Kugeln (11) in ihrer Lage zumindest in der axialen Richtung (6) zueinander fixiert; aufweist, wobei die Elektromotorwelle (2) und die Getriebeeingangswelle (3) zumindest gegenüber Anregungen in der axialen Richtung (6) über den Schwingungsentkoppler (4) voneinander entkoppelt sind.
System (39) nach Patentanspruch 1, wobei das mindestens eine innere Element (8) zwei Hülsen (15, 16) umfasst, wobei eine erste Hülse (15) drehfest außen auf der Elektromotorwelle (2) und eine zweite Hülse (16) drehfest außen auf der Getriebeeingangswelle (3) angeordnet sind.
System (39) nach Patentanspruch 1, wobei das mindestens eine innere Element (8) durch die Elektromotorwelle (2) und die Getriebeeingangswelle (3) gebildet ist, wobei die Elektromotorwelle (2) und die Getriebeeingangswelle (3) jeweils zweite Kugelbahnen (9) aufweisen.
System (39) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei der mindestens eine Kugelkäfig (12) zwei hülsenförmige Teilkäfige (17, 18) umfasst, wobei ein erster Teilkäfig (17) und ein zweiter Teilkäfig (18) durch einen ersten Anschlag (19) an dem äußeren Element (5) in der axialen Richtung (6) voneinander beabstandet angeordnet sind.
System (39) nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, wobei der mindestens eine Kugelkäfig (12) ein einteiliger Kugelkäfig (12) ist, der in einer radialen Richtung (20) außen von Elektromotorwelle (2) und Getriebeeingangswelle (3) angeordnet ist, wobei der Kugelkäfig (12) einen in der radialen Richtung (20) nach innen weisenden Steg (21) aufweist, der sich in einen Spalt (22) hinein erstreckt, der zwischen einer ersten Stirnseite (23) der Elektromotorwelle (2) und einer zweiten Stirnseite (24) der Getriebeeingangswelle (3) vorliegt.
System (39) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei das äußere Element (5) ein von Elektromotorwelle (2) und Getriebeeingangswelle (3) separates Bauteil und eine dritte Hülse (25) ist.
System (39) nach Patentanspruch 1, wobei das mindestens eine innere Element (8) eine von Elektromotorwelle (2) und Getriebeeingangswelle (3) ist und das äußere Element (5) das andere von Getriebeeingangswelle (3) und Elektromotorwelle (2) ist, wobei das äußere Element (5) zumindest im Bereich des Schwingungsentkopplers (4) als Hohlwelle (26) ausgebildet ist.
System (39) nach Patentanspruch 7, wobei der mindestens eine Kugelkäfig (12) ein einteiliger Kugelkäfig (12) ist und zweite Anschläge (27) an dem inneren Element (8) ein Verschieben des Kugelkäfigs (12) in beiden axialen Richtungen (6) begrenzen.
System (39) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei der Schwingungsentkoppler (4) drei oder vier Gruppen (10) von Kugeln (11) aufweist, die in der axialen Richtung (6) nebeneinander angeordnet sind, wobei jede Gruppe (10) sechs oder sieben Kugeln (11) umfasst, die umfangsverteilt in den Paaren von ersten Kugelbahnen (7) und zweiten Kugelbahnen (9) angeordnet sind.
System (39) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei der Ringraum (14) zwischen dem äußeren Element (5) und dem mindestens einen inneren Element (8) auf zumindest einer Seite (28) des mindestens einen Kugelkäfigs (12) durch eine ausschließlich in dem Ringraum (14) angeordnete Dichtung (29) abgedichtet ist.
System (39) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei die Elektromotorwelle (2) und die Getriebeeingangswelle (3) jeweils starre Wellen sind, die über Wälzlager (30) drehbar gelagert sind.
Kraftfahrzeug (32) mit zumindest einem Elektromotor als elektrische Antriebseinheit (33), die eine Elektromotorwelle (2) aufweist, und mit einem Getriebe (34), das eine Getriebeeingangswelle (3) aufweist, wobei Antriebseinheit (33) und Getriebe (34) als Teil eines Systems (39) gemäß einem der vorhergehenden Patentansprüche 1 bis 11 ausgeführt und zur Übertragung von Drehmomenten über einen Schwingungsentkoppler (4) miteinander verbunden sind.