DE102016124374A1

DE102016124374A1 - Hybridmodul mit einer Welle mit integriertem Lagerinnenring

Info

Publication number: DE102016124374A1
Application number: DE102016124374.4A
Authority: DE
Inventors: Marcus HOPPE; Torsten Pieper
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2016-12-14
Filing date: 2016-12-14
Publication date: 2018-06-14

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Hybridmodul für eine P2-Hybrid-Anordnung eines Kraftfahrzeugs mit einer Welle (1), mit der ein Elektromotor über eine Kupplung des Hybridmoduls drehfest verbunden ist, wobei zumindest ein Lager (2, 3) die Welle (1) drehbar an einem gehäusefesten Bauteil anbindet, und wobei das Lager (2, 3) als Wälzlager ausgebildet ist und einen Innenring (4), einen konzentrisch zu dem Innenring (4), radial außerhalb angeordneten Außenring (5) und zumindest einen von dem Innenring (4) und dem Außenring (5) aufgenommenen Wälzkörper (6) besitzt, wobei der Innenring (4) des Lagers (2, 3) integral mit der Welle (1) ausgestaltet ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Hybridmodul für eine (P2-)Hybrid-Anordnung eines Kraftfahrzeugs mit einer Welle/Zwischenwelle, mit der ein Elektromotor über eine Kupplung/Trennkupplung des Hybridmoduls drehfest verbunden ist, wobei zumindest ein Lager die Welle drehbar an einem gehäusefesten Bauteil anbindet, und wobei das Lager als Wälzlager ausgebildet ist und einen Innenring, einen konzentrisch zu dem Innenring, radial außerhalb angeordneten Außenring und zumindest einen von dem Innenring und dem Außenring aufgenommenen Wälzkörper besitzt.
Aus dem Stand der Technik sind bereits Hybridmodule bekannt. Unter anderem offenbart die WO 00 2015 176 724 A1 eine Trennkupplung für ein Hybridmodul eines Kraftfahrzeuges, mit einer von einer Kurbelwelle antreibbaren Zwischenwelle, einer drehfest mit der Zwischenwelle verbundenen Kupplungsscheibe, einer mit einer Getriebeeingangswelle verbindbaren Gegendruckplatte, wobei die Gegendruckplatte in zumindest einer eingekuppelten Stellung der Trennkupplung drehfest mit der Kupplungsscheibe verbunden ist, einem die Zwischenwelle zumindest radial lagernden ersten Wälzlager sowie einem Trägerelement, das zur radialen Abstützung eines Rotors eines Elektromotors vorbereitet ist, wobei das erste Wälzlager radial geschachtelt zwischen einem Stützabschnitt des Trägerelementes und einer Außenumfangsseite der Zwischenwelle angeordnet ist, sowie ein Hybridmodul mit einer solchen Trennkupplung.
Der Stand der Technik hat jedoch immer den Nachteil, dass entweder die Welle/Zwischenwelle und die Lagerung der Welle relativ großen radialen Bauraum benötigen oder bei einer Reduzierung des Querschnitts der Welle nur ein begrenztes Drehmoment übertragen werden kann.
Es ist also die Aufgabe der Erfindung, die Nachteile aus dem Stand der Technik zu vermeiden oder wenigstens zu mildern. Insbesondere soll ein Hybridmodul mit einer Welle, die ein sehr hohes Drehmoment übertragen kann, aber gleichzeitig einen geringen radialen Bauraum benötigt, entwickelt werden.
Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Vorrichtung erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Innenring des Lagers integral mit der Welle ausgestaltet ist. Dabei beschreibt eine integrale Bauweise eine einstückige und/oder einmaterialige Ausbildung des Lagerinnenrings mit der Welle, so dass der Lagerinnenring nicht von der Welle trennbar ist.
Dies hat den Vorteil, dass weniger einzelne Bauteile benötigt werden, was die Montage stark vereinfacht. Insbesondere aber kann der Durchmesser der Welle vorteilhafterweise erhöht werden bei gleichbleibendem Lagerdurchmesser. So können ohne eine Erhöhung des radialen Bauraums höhere Drehmomente übertragen werden, da bei einem größeren Querschnitt der Welle auch der Durchmesser einer Außenverzahnung zur Kraftübertragung und die Anzahl der Zähne der Außenverzahnung erhöht werden können. Es können also insgesamt kleinere Lagerdurchmesser für einen größeren Wellendurchmesser verwendet werden, weil die Wälzkörper des Lagers direkt auf der Welle gelagert sind. Neben erheblichen kostentechnischen Einsparungen bietet diese Lösung den großen Vorteil, dass mehr Bauraum für andere Bauteil, insbesondere für die E-Maschine, verfügbar ist und dass die Lagerreibung durch die kleineren Lager und somit auch die Lagerverluste reduziert werden.
Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beansprucht und werden nachfolgend näher erläutert.
Vorzugsweise wird der Innenring des Lagers mit der Welle gefertigt und auf die Welle aufgefräst und/oder schleifend oder durch ein anderes (zerspanendes oder urformendes) Fertigungsverfahren produziert. Dabei muss natürlich zwischen den erhöhten Produktionskosten durch die aufwändigere Fertigung der Welle und den Vorteilen durch die Bauraumreduktion, Bauteileinsparung und Erhöhung des übertragebaren Drehmoments abgewogen werden.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn ein erstes Lager und ein zweites Lager, deren Innenring jeweils integral mit der Welle ausgestaltet ist, vorhanden sind, damit die Welle auf einer definierten Position bei freier Rotation um die Längsachse, beispielsweise durch eine Fest-Los-Lagerung, gelagert wird, um vorteilhafterweise ein Drehmoment über die Kupplung übertragen zu können.
Zudem ist es zweckmäßig, wenn an der Welle eine Außenverzahnung vorhanden ist. So kann das Drehmoment der Welle formschlüssig an eine Nabe übertragen werden, wobei die Nabe das Drehmoment entweder über eine koaxiale Anordnung oder über eine achsparallele Anordnung indirekt über die Riemenscheibe übertragt.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann die Außenverzahnung direkt an das erste Lager axial anschließen, was vorteilhafterweise das Hybridmodul auch axial möglichst kompakt ausbildet und somit einen größeren Bauraum für die weiter außen liegenden Bauteile oder eine kompaktere Ausgestaltung des Hybridmoduls insgesamt zulässt.
Auch ist es von Vorteil, wenn die Außenverzahnung axial außerhalb des ersten und des zweiten Lagers angeordnet ist, da so eine freiere, konstruktive Gestaltung und Anordnung der außen liegenden Bauteile, an die das Drehmoment der Welle übertragen wird, möglich ist.
Weiterhin kann sich die Welle stufenweise zu ihrem distalen, axialen Ende hin verjüngen, was ein leichteres Aufschieben/Montieren der Lageraußenringe über das distale Ende ermöglicht. So wird ausgeschlossen, dass die Verzahnung bei der Montage und/oder Demontage beschädigt wird. Auch wirkt sich eine verjüngte Welle günstig auf die Krafteinleitung bei der Drehmomentübertragung aus.
Zusätzlich ist es vorteilhaft, wenn die Welle sich an der Außenverzahnung in Radialrichtung gleich weit erstreckt wie ein erster Lagerbereich oder kleiner ist als der erste Lagerbereich, wobei an dem ersten Lagerbereich die Wälzkörper des ersten Lagers an der Welle anliegen, damit eine Montierbarkeit sichergestellt wird.
Gleichzeitig ist es zweckmäßig, wenn die radiale Erstreckung an der Außenverzahnung nur um etwa 5 Prozent geringer ist als an dem ersten Lagerbereich. Denn mit einem vergrößerten Verzahnungsdurchmesser steigt das maximal übertragbare Drehmoment.
Auch kann sich die Welle an dem ersten Lagerbereich in Radialrichtung gleich weit erstrecken wie ein zweiter Lagerbereich oder kleiner sein als der zweite Lagerbereich, wobei an dem zweiten Lagerbereich die Wälzkörper des zweiten Lagers an der Welle anliegen, was ein Aufschieben der Lageraußenringe ermöglicht.
Es ist bevorzugt, wenn sich die Welle nur geringfügig zu ihrem distalen Ende hin verjüngt und die radiale Erstreckung an dem ersten Lagerbereich um etwa 5 Prozent geringer ist als an dem zweiten Lagerbereich, damit die Außerverzahnung möglichst mit einem großen Durchmesser ausgebildet ist.
Ferner ist es vorteilhaft, wenn das Wälzlager als Kugelrollenlager ausgebildet ist, da Kugelrollenlager präzise laufen und eine besonders ruhige Lagerung die Leistungsverluste des Hybridmoduls verringert.
Vorzugsweise sind mehrere Wälzkörper zwischen dem Innenring und dem Außenring des Lagers gelagert, die über den Umfang gleichverteilt angeordnet sind, damit die Welle gleichmäßig gelagert ist.
Zudem ist es von Vorteil, wenn an dem distalen Ende der Welle ein Bund vorhanden ist, der ausgelegt ist, um die auf die Welle aufzuschiebende Nabe zu zentrieren. Der Bund erstreckt sich vorzugsweise in Radialrichtung so weit wie der Kopfkreisdurchmesser der Außenverzahnung, also um etwa 5 Prozent geringer als der Außendurchmesser der Außenverzahnung, damit vorteilhafterweise eine wirksame Zentrierung der Nabe erreicht wird.
Die Welle ist bevorzugt so ausgebildet und so gelagert, dass sie sowohl in einem koaxialen Hybridmodul als auch in einem achsparallelen Hybridmodul einsetzbar ist, damit Kosten dadurch eingespart werden, dass nur eine Ausführungsform universal eingesetzt werden kann.
Mit anderen Worten betrifft die Erfindung ein Hybridmodul, bei dem ein höheres Drehmoment bei einem radial gleichbleibenden Bauraum übertragen werden kann, dadurch dass die Innenringe der Wälzlagerung in der Welle integriert werden. Dadurch kann der Querschnitt der Welle, insbesondere im Bereich der Außenverzahnung, erheblich erhöht werden, so dass ein dementsprechend größeres Drehmoment übertragbar ist. Da die Teilkreise der Wälzkörperlaufbahnen, insbesondere der Kugellaufbahnen bei einem Kugelrollenlager, durch die Einsparung der Innenringe als separates Bauteil trotz des größeren Wellendurchmessers gleich bleiben, wird der radiale Bauraumbedarf des erfindungsgemäßen Hybridmoduls nicht vergrößert. So kann entweder das Hybridmodul kompakter ausgestaltet werden oder für die weiter außen liegenden Bauteil, beispielsweise den Elektromotor oder den Zentralausrücker, genutzt werden.
Die Erfindung wird nachfolgend mit Hilfe einer Zeichnung erläutert. Es zeigen:

1 eine Schnittansicht einer Welle mit intergierten Lagerinnenringen für ein erfindungsgemäßes Hybridmodul, und
2 eine zur 1 vergleichbare Ansicht der Welle mit einem vergrößerten Verzahnungsdurchmesser zur Erhöhung des übertragbaren Drehmoments.

Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen ausschließlich dem Verständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen. Die Merkmale der einzelnen Ausführungsbeispiele können untereinander ausgetauscht werden.
1 stellt eine Welle/Zwischenwelle 1 eines Hybridmoduls dar. Über eine Kupplung/Trennkupplung wird ein nicht dargestellter Elektromotor mit der Welle 1 drehfest verbunden. Die Welle 1 ist über ein erstes Lager 2 und ein zweites Lager 3 an einem gehäusefesten Bauteil angebunden. Die beiden Lager 2, 3 sind als Wälzlager ausgebildet und besitzen einen Innenring/Lagerinnenring 4, einen konzentrisch zu dem Innenring 4, aber radial außerhalb angeordneten Außenring/Lageraußenring 5 und mehrere zwischen dem Innenring 4 und dem Außenring 5 aufgenommene Wälzkörper 6. Die Lager 2, 3 sind ausgelegt, um die Welle 1 an dem nicht dargestellten gehäusefesten Bauteil, nach Art einer Zwischenwand, drehbar an einer festen Position anzubinden.
Die Welle 1 verjüngt sich stufenweise zu ihrem distalen Ende, das mit einer nicht dargestellten Nabe im Verzahnungseingriff zur Drehmomentübertragung steht. Dabei ist in einem Verzahnungsbereich 7 der männliche Teil einer Verzahnung/Außenverzahnung 8 ausgebildet, der mit dem Verzahnungsteil der Nabe formschlüssig drehfest verbunden ist. Anschließend an den Verzahnungsbereich 7 geht die Welle 1 über einen ersten Radius 9 in einen größeren Durchmesser in einen ersten Lagerbereich 10 über. In diesem ersten Lagerbereich 10 ist der Innenring 4 des ersten Lagers 2 integral mit der Welle 1 verbunden, indem die Vertiefung für die Führung der Wälzkörper 6 in die Welle 1 eingebracht wird.
Über einen zweiten Radius 11 geht der erste Lagerbereich 10 stufenartig in einen zweiten Lagerbereich 12 mit einem größeren Durchmesser über. Die Welle 1 ist in diesem zweiten Lagerbereich 12 so gefertigt, dass der Innenring 4 des zweiten Lagers 3 wie bei dem ersten Lager 2 einstückig mit der Welle 1 ausgebildet ist und die die Wälzkörper 6 führende Vertiefung direkt in der Fertigung der Welle 1 eingebracht wird. Die Wälzkörper 6 liegen also an der Welle 1 an und werden über die Bearbeitung der Außengeometrie der Welle 1 geführt, so dass der Innenring 4 ersetzt wird. Die Verzahnung/Außenverzahnung 8 ist also axial außerhalb der beiden Lager 2, 3 angeordnet.
Dadurch dass die radial an der Welle 1 anliegenden Innenringe 4 der Lager 2, 3 durch die integrale Bauweise weniger radialen Bauraum als bei einer herkömmlichen Lagerung benötigen, können verhältnismäßig kleinere Lagerdurchmesser für größere Wellendurchmesser verwendet werden. So ist es möglich im Vergleich zu einer Bauweise des Stands der Technik, die gleichen Lagerdurchmesser beizubehalten und eine Welle 1 mit größerem Durchmesser zu verwenden oder kleinere Lagerdurchmesser zu nutzen und die Welle 1 mit dem gleichen Durchmesser beizubehalten.
Die Erhöhung des Querschnitts der Welle 1 hat den großen Vorteil, dass wie in 2 zu sehen der Durchmesser des Verzahnungsbereichs 7 auch erhöht werden kann, ohne eine konstruktive Veränderung an den anderen Bauteilen. Durch den vergrößerten Durchmesser des Verzahnungsbereichs 7 kann eine Verzahnung 8 mit mehr Zähnen ausgebildet werden und somit ein erheblich höheres Drehmoment übertragen werden. Es ist deutlich zu erkennen, dass der Verzahnungsbereich 7 im Durchmesser im Vergleich zwischen der Welle 1 der 1 und der Welle der 2 stark gesteigert werden kann, ohne dass sich die Nachteile durch eine Vergrößerung der Lagerdurchmesser auswirken.
Wie in 2 dargestellt wird der Durchmesser der Verzahnung 8 so weit erhöht, dass sich der Verzahnungsaußendurchmesser radial genauso weit erstreckt wie der radial am weitesten innenliegende Punkt des ersten Lagers 2. Es bildet sich also im Gegensatz zu 1 kein Radius 9 zwischen dem Verzahnungsbereich 7 und dem ersten Lagerbereich 10 aus.
In beiden Ausführungsbeispielen ist an dem distalen Ende der Welle 1 ein radialer Außenbund 13 vorhanden, der eine Zentrierung der Nabe auf der Welle 1 bewirkt. Der Außenbund 13 hat denselben Außendurchmesser wie der Kopfkreisdurchmesser der Verzahnung, aber erstreckt sich radial gleich oder weniger weit nach außen als der größte Durchmesser an der Verzahnung 8, damit ein Montieren der Nabe auf der Welle 1 möglich ist.
Dadurch dass die Innenringe 4 integral mit der Welle 1 verbunden sind, ist eine erfindungsgemäße Welle 1 relativ aufwändig zu fertigen. Durch eine fräsende oder eine schleifende Herstellung werden die Vertiefungen des Lagerinnenrings 4 passgenau gefertigt.
Innerhalb der Welle 1 ist eine zentrale Bohrung 14 eingebracht, die sich stufenweise zu dem distalen Ende hin verjüngt, so dass der Ringquerschnitt der Welle 1 über die axiale Länge größtenteils konstant ist.
Bezugszeichenliste

1: Welle
2: erstes Lager
3: zweites Lager
4: Innenring/Lagerinnenring
5: Außenring/Lageraußenring
6: Wälzkörper
7: Verzahnungsbereich
8: Verzahnung/Außenverzahnung
9: erster Radius
10: erster Lagerbereich
11: zweiter Radius
12: zweiter Lagerbereich
13: Außenbund
14: Bohrung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 002015176724 A1 [0002]

Claims

Hybridmodul für eine Hybrid-Anordnung eines Kraftfahrzeugs mit einer Welle (1), mit der ein Elektromotor über eine Kupplung des Hybridmoduls drehfest verbunden ist, wobei zumindest ein Lager (2, 3) die Welle (1) drehbar an einem gehäusefesten Bauteil anbindet, und wobei das Lager (2, 3) als Wälzlager ausgebildet ist und einen Innenring (4), einen konzentrisch zu dem Innenring (4), radial außerhalb angeordneten Außenring (5) und zumindest einen von dem Innenring (4) und dem Außenring (5) aufgenommenen Wälzkörper (6) besitzt, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenring (4) des Lagers (2, 3) integral mit der Welle (1) ausgestaltet ist.
Hybridmodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes Lager (2) und ein zweites Lager (3), deren Innenring (4) jeweils integral mit der Welle (1) ausgestaltet ist, vorhanden sind.
Hybridmodul nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass an der Welle (1) eine Außenverzahnung (8) vorhanden ist.
Hybridmodul nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenverzahnung (8) direkt an das erste Lager (2) axial anschließt.
Hybridmodul nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenverzahnung (8) axial außerhalb des ersten und des zweiten Lagers (2, 3) angeordnet ist.
Hybridmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Welle (1) stufenweise zu ihrem distalen, axialen Ende hin verjüngt.
Hybridmodul nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (1) sich an der Außenverzahnung (8) in Radialrichtung gleich weit erstreckt wie ein erster Lagerbereich (10) oder kleiner ist als der erste Lagerbereich (10), wobei an dem ersten Lagerbereich (10) die Wälzkörper (6) des ersten Lagers (2) an der Welle (1) anliegen.
Hybridmodul nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (1) sich an dem ersten Lagerbereich (10) in Radialrichtung gleich weit erstreckt wie ein zweiter Lagerbereich (12) oder kleiner ist als der zweite Lagerbereich (12), wobei an dem zweiten Lagerbereich (12) die Wälzkörper (6) des zweiten Lagers (3) an der Welle (1) anliegen.
Hybridmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Wälzlager als Kugelrollenlager ausgebildet ist.
Hybridmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Hybridmodul als koaxiales Hybridmodul oder als achsparalleles Hybridmodul ausgebildet ist.