DE102016223964A1 - Kraftfahrzeuggetriebeeinrichtung mit einer elektrischen Maschine und einer einteiligen Rotor-Getriebeeingangswelle - Google Patents

Kraftfahrzeuggetriebeeinrichtung mit einer elektrischen Maschine und einer einteiligen Rotor-Getriebeeingangswelle Download PDF

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Abstract

Kraftfahrzeuggetriebeeinrichtung (100) mit einem Getriebe und einer elektrischen Maschine (120), deren Rotor (122) über eine Getriebeeingangswelle mit dem Getriebe verbunden ist, wobei eine einteilige Welle (130) vorgesehen ist, die sowohl die Rotorwelle der elektrischen Maschine (120) als auch die Getriebeeingangswelle des Getriebes bildet.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Kraftfahrzeuggetriebeeinrichtung mit einem Getriebe und einer baulich integrierten elektrischen Maschine, deren Rotor über eine Getriebeeingangswelle mit dem Getriebe verbunden ist.
  • Unter einer elektrischen Maschine (E-Maschine) bzw. einem elektrischen Aggregat wird ein elektromechanischer Wandler verstanden, der elektrische Energie in mechanische Energie und/oder mechanische Energie in elektrische Energie umwandelt. Eine elektrische Maschine ist insbesondere ein Elektromotor (E-Motor) und/oder Generator mit einem feststehenden Stator bzw. Ständer und einem drehbar im Stator gelagerten Rotor bzw. Läufer (Innenläufer).
  • Getriebeeinrichtungen mit einer Systemintegration von mechanischem Getriebe, bspw. ein Differentialgetriebe oder ein Automatikschaltgetriebe, und elektrischer Maschine, wobei sich die elektrische Maschine und das Getriebe mehr oder weniger ein Gehäuse teilen, sind aus dem Stand der Technik bekannt. Zum Stand der Technik wird bspw. auf die DE 10 2015 008 835 A1 hingewiesen.
  • Anders als in der DE 10 2015 008 835 A1 gezeigt, kann der Rotor der elektrischen Maschine auch mit einer Getriebeeingangswelle verbunden werden. Hierzu eignen sich Welle-Naben-Verbindungen, die bspw. als Steckverzahnung ausgeführt sind. Die DE 10 2012 011 002 A1 zeigt einen Rotor für eine elektrische Maschine, der einen mit Innenverzahnung ausgebildeten Flansch aufweist. Durch Fertigungs- und Montagetoleranzen bedingte Fluchtungs- und Winkelfehler zwischen der Rotorwellenachse und der Getriebeeingangswellenachse können zu hohem Verschleiß sowie zu Akustik- und Schwingungsproblemen führen.
  • Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine verbesserte Kraftfahrzeuggetriebeeinrichtung bereitzustellen.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch eine erfindungsgemäße Kraftfahrzeuggetriebeeinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Bevorzugte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Kraftfahrzeuggetriebeeinrichtung ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen, den nachfolgenden Erläuterungen und der Zeichnung.
  • Die erfindungsgemäße Kraftfahrzeuggetriebeeinrichtung ist gekennzeichnet durch eine einteilige Welle, die sowohl die Rotorwelle der elektrischen Maschine als auch die Getriebeeingangswelle des Getriebes bildet.
  • Mit anderen Worten heißt dies, dass die Rotorwelle der elektrischen Maschine und die Getriebeeingangswelle des Getriebes als eine gemeinsame einteilige Welle ausgebildet sind. Dies kann auch so aufgefasst werden, dass die Getriebeeingangswelle des Getriebes verlängert ausgebildet ist zur Aufnahme des Rotors (bzw. eines Rotorpakets) der E-Maschine. Diese integrierte Welle kann auch als Rotor-Getriebeeingangswelle bezeichnet werden. Damit entfallen die o. g. mit dem Stand der Technik einhergehenden Probleme. Außerdem wird eine einfachere Fertigung mit geringeren Kosten ermöglicht.
  • Die vorzugsweise aus einem Metallmaterial, insbesondere Stahlmaterial, gebildete Welle kann mehrstückig (bspw. mit mehreren miteinander verschweißten Wellenstücken) oder einstückig (d. h. in einem Stück hergestellt) ausgebildet sein. Die Welle kann einstückig durch Schmieden, Drehen und/oder Fräsen hergestellt sein.
  • Bevorzugt ist die Welle nur zweifach gelagert. Dadurch wird eine mehrfache Überbestimmtheit der Lagerung verhindert (keine Verzwängung des Systems). Außerdem ist die Wellenlagerung günstiger und einfacher herstellbar. Die Wellenlagerung erfolgt vorzugsweise an den beiden axialen Enden bzw. Wellenenden, die hierfür insbesondere mit endseitigen Lagerzapfen ausgebildet ist. Durch die relativ große Entfernung zwischen den beiden Wellenenden ist die Welle auch robuster gegen Toleranzen, die Auswirkungen auf die Verzahnungsausrichtung haben können.
  • Eine Auswuchtung, vorzugsweise Feinauswuchtung, des Rotors und insbesondere der gesamten Welle einschließlich des Rotors ist vor allem hinsichtlich einer zweifachen Wellenlagerung (s. o.) von Vorteil.
  • Die Welle kann bei einstückiger Ausbildung ein integriertes Stirnzahnrad aufweisen, welches zusammen mit einem (anderen) Stirnzahnrad des Getriebes eine Stirnradstufe bildet. Anstatt eines einstückig mit der Welle ausgebildeten Stirnzahnrands kann auch ein auf die Welle aufgefügtes Stirnzahnrad vorgesehen sein.
  • Bei dem Getriebe kann es sich um ein Differentialgetriebe handeln. Die erfindungsgemäße Getriebeeinrichtung ist dann bspw. Bestandteil eines elektrischen Antriebssystems und insbesondere eines elektrischen Achsantriebssystems. Bei dem Getriebe kann es sich auch um ein Automatikschaltgetriebe handeln. Die erfindungsgemäße Getriebeeinrichtung ist dann bspw. Bestandteil eines Hybridantriebssystems.
  • Bevorzugt sind das Getriebe und die elektrische Maschine in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet. Das Gehäuse ist insbesondere mehrteilig ausgebildet.
  • Die Erfindung wird nachfolgend beispielhaft und in nicht einschränkender Weise mit Bezug auf die Zeichnung näher erläutert. Die in der Zeichnung gezeigten und/oder nachfolgend erläuterten Merkmale können, auch unabhängig von konkreten Merkmalskombinationen, allgemeine Merkmale der Erfindung sein und die Erfindung weiterbilden.
    • 1 zeigt in einer schematisch Schnittdarstellung einen Ausschnitt einer erfindungsgemäßen Kraftfahrzeuggetriebeeinrichtung.
  • Die nur ausschnittsweise gezeigte Kraftfahrzeuggetriebeeinrichtung 100 weist ein mehrteiliges Gehäuse 110 auf, in dem eine elektrische Maschine 120 mit einem Stator 121 und einem Rotor 122 angeordnet ist. Im gezeigten Ausschnitt ist der Aufbau im Wesentlichen rotationssymmetrisch zur Rotationsachse R, weswegen einige Komponenten nur in Teilansichten dargestellt sind.
  • Der Rotor 122 ist drehfest auf einer Welle 130 angeordnet. Mit A und B sind gestufte Zentriersitze für den Rotor bzw. das Rotorpaket 122 bezeichnet, wobei der Zentriersitz B einen kleineren Wellendurchmesser als der Zentriersitz A aufweist. Die einstückige Welle 130 ist zugleich Getriebeeingangswelle eines im Gehäuse 110 angeordneten Getriebes. (Das Getriebe, wobei es sich bspw. um ein Differential- oder Automatikschaltgetriebe handelt, ist in der Figur nicht gezeigt.) Die einstückige Welle 130 ist mit einem Stirnzahnrad 135 ausgebildet, welches sich mit einem Stirnzahnrad 140 des Getriebes im Kämmeingriff befindet. Die Zahnräder 135 und 140 bilden eine Stirnradstufe, über die die elektrische Maschine 120 in einen Kraft- bzw. Drehmomentfluss zum Getriebe und/oder vom Getriebe eingebunden ist. Die Stirnradstufe 135/140 kann mit einer Übersetzung ausgebildet sein.
  • Die Welle 130 ist an ihren beiden axialen Enden jeweils mit einem ersten Wälzlager 151 und einem zweiten Wälzlager 152 im Gehäuse 110 gelagert. Die Welle 130 ist mit endseitigen Wellen- bzw. Lagerzapfen 131 und 132 ausgebildet, auf denen die inneren Wälzlagerringe aufsitzen. Eines der Wälzlager 151 oder 152 kann als Loslager und das andere Wälzlager als Festlager ausgebildet sein. Optional kann eine weitere Wellenlagerung mittels eines dritten, zwischen dem Stirnzahnrad 135 und dem Rotor 122 angeordneten Wälzlagers 153 vorgesehen sein, über die Rotorrestunwuchten und/oder Verzahnungskräfte aufgefangen werden können. Bei den Wälzlagern 151, 152 und 153 handelt es sich insbesondere um Kugellager oder dergleichen.
  • Zwischen dem Rotor 122 und dem Stirnzahnrad 135 befindet sich wenigstens eine Dichtung 160, welche innerhalb des Gehäuses 110 den nasslaufenden Getrieberaum zum trockenen Statorraum abdichtet. Die Dichtung 160 ist insbesondere ein Radial-Wellendichtring.
  • Das Gehäuse 110 weist ferner einen mit Kühlfluid (bspw. Öl oder Wasser) durchströmbaren Kühlmantel 170 auf, der den Stator 121 umgibt und eine aktive Kühlung des Stators 121 bzw. der gesamten elektrischen Maschine 120 ermöglicht.
  • Das Gehäuse 110 ist mehrteilig ausgebildet und weist mehrere Gehäusetrennstellen (GTS) auf. Bevorzugt ist das Gehäuse 110 mit den Gehäusetrennstellen I und III oder II und III ausgebildet.
  • Durch die einteilige und insbesondere einstückige Ausführung der Welle 130 als Rotorwelle und als Getriebeeingangswelle entfallen die mit dem Stand der Technik einhergehenden Akustik- und Schwingungsprobleme.
  • Außerdem wird eine günstigere Herstellung ermöglicht. Die in der 1 gezeigte Kraftfahrzeuggetriebeeinrichtung 100 kann unter Ausnutzung der Gehäusetrennstellen I und III oder II und III bspw. wie folgt hergestellt werden: Zunächst wird die Welle 130 in das noch offene Gehäuse 110 vormontiert, einschließlich des ersten Wälzlagers 151, des Dichtrings 160 und gegebenenfalls auch des mittleren bzw. dritten Wälzlagers 153. Anschließend wird der Stator 121 montiert und der Rotor bzw. das Rotorpaket 122 wird auf die Welle 130 gepresst, wobei die gestuften Zentriersitze A und B erst am Ende des Prozesses verpresst werden. Abschließend wird an der Gehäusetrennstelle III der Gehäusedeckel 110a mit dem zweiten Wälzlager 152 montiert.
  • Wie oben bereits erwähnt, kann anstatt des einstückig mit der Welle 130 ausgebildeten Zahnrads 135 auch ein separates Zahnrad 180 vorgesehen sein, welches auf der Welle 130 befestigt ist. Dadurch kann die Montage in einer anderen Abfolge vorgenommen werden, wobei das Zahnrad 180 auch erst nach dem Rotorpaket 122 auf der Welle130 befestigt und abschließend das Gehäuse 110 linksseitig an der Gehäusetrennstelle I verschlossen werden kann.
  • Bezugszeichenliste
    • 100
    Kraftfahrzeuggetriebeeinrichtung
    110
    Gehäuse
    110a
    Gehäusedeckel
    120
    E-Maschine
    121
    Stator
    122
    Rotor
    130
    Welle
    131
    Lagerzapfen
    132
    Lagerzapfen
    135
    Zahnrad
    140
    Zahnrad
    151
    Wälzlager
    152
    Wälzlager
    153
    Wälzlager
    160
    Dichtung
    170
    Kühlmantel
    180
    Zahnrad
    I
    Gehäusetrennstelle
    II
    Gehäusetrennstelle
    III
    Gehäusetrennstelle
    A
    Zentriersitz
    B
    Zentriersitz
    R
    Rotationsachse
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102015008835 A1 [0003, 0004]
    • DE 102012011002 A1 [0004]

Claims (7)

  1. Kraftfahrzeuggetriebeeinrichtung (100) mit einem Getriebe und einer elektrischen Maschine (120), deren Rotor (122) über eine Getriebeeingangswelle mit dem Getriebe verbunden ist, gekennzeichnet durch eine einteilige Welle (130), die sowohl die Rotorwelle der elektrischen Maschine (120) als auch die Getriebeeingangswelle des Getriebes bildet.
  2. Kraftfahrzeuggetriebeeinrichtung (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (130) nur zweifach gelagert ist, insbesondere an ihren Wellenenden (131, 132).
  3. Kraftfahrzeuggetriebeeinrichtung (100) nach Anspruch 1 und insbesondere nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (122) der elektrischen Maschine (120) feinausgewuchtet ist.
  4. Kraftfahrzeuggetriebeeinrichtung (100) nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (130) bei einstückiger Ausbildung ein integriertes Stirnzahnrad (135) aufweist, welches zusammen mit einem Stirnzahnrad (140) des Getriebes eine Stirnradstufe bildet.
  5. Kraftfahrzeuggetriebeeinrichtung (100) nach einem der vorausgehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe ein Differentialgetriebe ist.
  6. Kraftfahrzeuggetriebeeinrichtung (100) nach einem der vorausgehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe ein Automatikschaltgetriebe ist.
  7. Kraftfahrzeuggetriebeeinrichtung (100) nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe und die elektrische Maschine (120) in einem gemeinsamen Gehäuse (110) angeordnet sind, welches insbesondere mehrteilig ausgebildet ist.
DE102016223964.3A 2016-12-01 2016-12-01 Kraftfahrzeuggetriebeeinrichtung mit einer elektrischen Maschine und einer einteiligen Rotor-Getriebeeingangswelle Ceased DE102016223964A1 (de)

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