DE102017210571A1 - Getriebe für ein Kraftfahrzeug - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Getriebe für ein Kraftfahrzeug, mit einer Rotorwelle, die von einer elektrischen Maschine antreibbar ist, und einem Planetenradsatz, wobei die Rotorwelle in einem Hohlradaufnahmeabschnitt eine Innenverzahnung aufweist, die in Eingriff mit einer Außenverzahnung eines Hohlrads des Planetenradsatzes ist und die Rotorwelle einen Rotoraufnahmeabschnitt zur Aufnahme eines Rotors aufweist. Das Getriebe ist dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorwelle zwischen dem Rotoraufnahmeabschnitt und dem Hohlradaufnahmeabschnitt gebogen ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Getriebe für ein Kraftfahrzeug, mit einer Rotorwelle, die von einer elektrischen Maschine antreibbar ist und einem Planetenradsatz, wobei die Rotorwelle in einem Hohlradaufnahmeabschnitt eine Innenverzahnung aufweist, die in Eingriff mit einer Außenverzahnung eines Hohlrads des Planetenradsatzes ist und die Rotorwelle einen Rotoraufnahmeabschnitt zur Aufnahme des Rotors aufweist. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit dem erfindungsgemäßen Getriebe.
  • Aus dem Stand der Technik ist eine Vielzahl von unterschiedlich ausgeführten Getrieben bekannt, die in Kraftfahrzeugen eingesetzt werden. So sind Getriebe bekannt, die eine elektrische Maschine zum Ermöglichen eines hybriden Fahrbetriebs aufweisen. Die elektrische Maschine kann mittels eines Übersetzungsgetriebes mit einer Getriebeeingangswelle triebtechnisch verbunden sein.
  • Aus DE 10 2008 040 495 A1 ist ein Getriebe bekannt, das eine elektrische Maschine und einen mit dem Rotor der elektrischen Maschine verbundenen Planetenradsatz aufweist. Bei dem Getriebe fungiert ein Rotorträger als Hohlrad des Planetenradsatzes. Das Getriebe weist den Nachteil auf, dass keine standardisierten Bauteile für den Planetenradsatz verwendet werden können und daher die Fertigung der Einzelbauteile des Getriebes umständlich ist.
  • Aus JP 2012 037 016 A ist eine Antriebseinheit eines Kraftfahrzeugs mit einer elektrischen Maschine und einem Übersetzungsgetriebe bekannt. Ein Rotor der elektrischen Maschine ist an einer Außenseite der Rotorwelle angebracht. Eine Rotorwelle des Getriebes weist an einer Innenseite eine Innenverzahnung auf, die mit einer Außenverzahnung eines Hohlrads in Eingriff ist. Nachteilig bei der Antriebseinheit ist, dass die Rotorwelle massiv ausgeführt ist, und daher eine vergleichsweise hohe Masse aufweist.
  • Die Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, ein Getriebe anzugeben, eine konstruktive einfache Anbindung zwischen Hohlrad und Rotor darzustellen, welche einen geringen Materialeinsatz sowie einen geringen Bauraumbedarf erfordert.
  • Die Aufgabe wird durch ein Getriebe der eingangs genannten Art gelöst, das dadurch gekennzeichnet ist, dass die Rotorwelle zwischen dem Rotoraufnahmeabschnitt und dem Hohlradaufnahmeabschnitt gebogen ist. Unter „gebogen“ wird hierbei eine Kontur verstanden, welche beispielsweise mittels Tiefziehen herstellbar ist.
  • Das erfindungsgemäße Getriebe weist den Vorteil auf, dass durch die Biegung zwischen dem Rotoraufnahmeabschnitt und dem Hohlradaufnahmeabschnitt ein radialer Abstand bezogen auf eine Getriebemittelachse zwischen dem Hohlrad und dem Rotor überbrückt werden kann. Dadurch weist die Rotorwelle eine hohe Steifigkeit bei gleichzeitig geringem Materialeinsatz auf. So kann die Einhaltung des Luftspalts zwischen Rotor und Stator der elektrischen Maschine mit geringem Materialeinsatz gewährleistet werden.
  • Darüber hinaus besteht ein Vorteil des Getriebes darin, dass das Hohlrad und die Rotorwelle nicht einstückig, sondern als separate Bauteile ausgeführt sind. Dadurch kann in dem Getriebe ein Planetenradsatz eingesetzt werden, der aus standardisierten Radsatzelementen besteht. Dadurch vereinfacht sich die Fertigung des Getriebes. Durch die Einbringung einer Profilverzahnung, insbesondere der Innenverzahnung, in die Rotorwelle kann ein in axialer und radialer Richtung bezogen auf die Getriebemittelachse kleiner Verbindungsbereich zwischen dem Hohlrad und der Rotorwelle realisiert werden. Die Innenverzahnung wird dabei bevorzugt mittels Innenschlagstempeln hergestellt.
  • Unter einer Welle ist nicht ausschließlich ein beispielsweise zylindrisches, drehbar gelagertes Maschinenelement zur Übertragung von Drehmomenten zu verstehen, sondern vielmehr sind hierunter auch allgemeine Verbindungselemente zu verstehen, die einzelne Elemente miteinander verbinden, insbesondere Verbindungselemente, die mehrere Elemente drehfest miteinander verbinden.
  • Als drehfeste Verbindung wird eine Verbindung zwischen zwei Elementen verstanden, die derart ausgebildet ist, dass die beiden, miteinander verbundenen Elemente stets die gleiche Drehzahl aufweisen. Dies ist nicht der Fall, wenn beispielsweise zwischen den beiden miteinander verbundenen Elementen ein Schaltelement angeordnet ist, das sich im geöffneten Zustand befindet. Die drehfeste Verbindung kann beispielsweise durch eine Steckverzahnung realisiert werden.
  • Die elektrische Maschine besteht zumindest aus einem Stator und einem drehbar gelagerten Rotor und ist in einem motorischen Betrieb dazu eingerichtet, elektrische Energie in mechanische Energie in Form von Drehzahl und Drehmoment zu wandeln, sowie in einem generatorischen Betrieb mechanische Energie in elektrische Energie in Form von Strom und Spannung zu wandeln.
  • Bei einer besonderen Ausführung kann die Rotorwelle einen Biegeabschnitt aufweisen, der mit dem Hohlradaufnahmeabschnitt und dem Rotoraufnahmeabschnitt drehfest verbunden ist. Der Hohlradaufnahmeabschnitt und der Rotoraufnahmeabschnitt können mittels des Biegeabschnitts in radialer Richtung bezogen auf die Getriebemittelachse voneinander getrennt sein. Somit können sich der Hohlradaufnahmeabschnitt und der Rotoraufnahmeabschnitt nicht unmittelbar berühren und/oder sind in radialer Richtung zueinander beabstandet angeordnet. Der Hohlradaufnahmeabschnitt kann parallel zu dem Rotoraufnahmeabschnitt verlaufen. Im Ergebnis kann durch eine entsprechende Ausbildung des Biegeabschnitts der radiale Abstand zwischen dem Hohlrad und dem Rotor überbrückt werden.
  • Die Rotorwelle kann einen Stützabschnitt aufweisen, der sich an einer Getriebeeingangswelle des Getriebes unmittelbar, insbesondere in radialer Richtung, abstützt. Dabei kann sich die Rotorwelle an einem Ende mittels des Stützabschnitts an der Getriebeeingangswelle abstützen. An einem anderen Ende der Rotorwelle kann der Rotor mit dem Rotoraufnahmeabschnitt drehfest verbunden sein.
  • Die Rotorwelle kann außerdem einen Radialabschnitt aufweisen, der den Stützabschnitt und den Hohlradaufnahmeabschnitt drehfest miteinander verbindet. Insbesondere kann der Radialabschnitt den Stützabschnitt und den Hohlradaufnahmeabschnitt in radialer Richtung bezogen auf die Getriebemittelachse voneinander trennen. Der Radialabschnitt kann mittels eines ersten Axiallagers und eines zweiten Axiallagers in axialer Richtung gelagert sein. Dabei kann sich der Radialabschnitt mittels des ersten Axiallagers an einem Bauteil einer Trennkupplung, insbesondere unmittelbar, abstützen. Bei einer Ausführung der Trennkupplung als Lamellenkupplung kann sich der Radialabschnitt mittels des ersten Axiallagers an einem Lamellenträger der Lamellenkupplung abstützen. Darüber hinaus kann sich der Radialabschnitt mittels des zweiten Axiallagers an einem Steg des Planetenradsatzes, insbesondere unmittelbar, abstützen.
  • Bei einer besonderen Ausführung kann das Getriebe die elektrische Maschine aufweisen, wobei der Rotor der elektrischen Maschine mit dem Rotoraufnahmeabschnitt der Rotorwelle drehfest verbunden ist und/oder an der Rotorwelle, insbesondere dem Rotoraufnahmeabschnitt, angebracht ist.
  • Der Steg des Planetenradsatzes kann mit der Getriebeeingangswelle drehfest verbunden sein. Ein Sonnenrad des Planetenradsatzes kann mit einem Gehäuse, insbesondere einem Gehäuse des Getriebes, drehfest verbunden sein. Dies bedeutet, dass sich das Sonnenrad beim Betrieb des Getriebes nicht dreht. Der Planetenradsatz kann koaxial zu der Getriebemittelachse angeordnet sein.
  • Das Getriebe kann ein Hauptgetriebe aufweisen. Bei dem Hauptgetriebe kann es sich um ein automatisiertes Schaltgetriebe handeln, das mehrere Radsätze, insbesondere Planetenradsätze und/oder Zahnräder, insbesondere Stirnräder, und Schaltelemente aufweist. Die Getriebeeingangswelle kann mit wenigstens einem Radsatz des Hauptgetriebes triebtechnisch verbunden oder triebtechnisch verbindbar sein. Durch Schließen von wenigstens einem, insbesondere mehreren, Schaltelementen lassen sich mehrere Gänge mit unterschiedlichen Übersetzungen zwischen der Getriebeeingangswelle und einer Getriebeausgangswelle realisieren.
  • Die Rotorwelle kann einen Anschlag aufweisen, an dem das Hohlrad anliegt. Der Anschlag kann das Hohlrad in axialer Richtung bezogen auf die Getriebemittelachse begrenzen. Darüber hinaus kann der Anschlag einstückig mit der restlichen Rotorwelle ausgebildet sein. Insbesondere kann der Anschlag dadurch hergestellt werden, dass, auf einer von dem Hohlrad entfernten Seite der Rotorwelle, eine zum Hohlrad gerichtete Kraft ausgeübt wird. Alternativ oder zusätzlich kann ein abtriebsseitiger Axialanschlag für das Hohlrad über eine Verstemmung realisiert werden.
  • Das Getriebe kann Bestandteil eines Kraftfahrzeugs sein, wobei das Kraftfahrzeug durch die elektrische Maschine des Getriebes antreibbar ist. Durch den im Kraftfluss zwischen elektrischer Maschine und Getriebeeingangswelle angeordneten Planetenradsatz kann die elektrische Maschine auf höhere Drehzahlen hin ausgelegt werden. Dies erlaubt eine kleinere Ausgestaltung der elektrischen Maschine.
  • In den Figuren ist der Erfindungsgegenstand schematisch dargestellt und wird anhand der Figuren nachfolgend beschrieben, wobei gleiche oder gleichwirkende Elemente zumeist mit denselben Bezugszeichen versehen sind. Dabei zeigen:
    • 1 eine Schnittansicht eines Abschnitts des erfindungsgemäßen Getriebes,
    • 2 eine vergrößerte Darstellung des Verbindungsbereichs zwischen dem Hohlrad und der Rotorwelle,
    • 3 ein Kraftfahrzeug mit dem erfindungsgemäßen Getriebe,
  • Der in 1 gezeigte Abschnitt des Getriebes 10 weist eine Rotorwelle 1, die von einer elektrischen Maschine EM angetrieben wird, und einen Planetenradsatz PS auf. Die Rotorwelle 1 weist in einem Hohlradaufnahmeabschnitt 21 eine Innenverzahnung 2 auf, die in Eingriff mit einer Außenverzahnung 16 eines Hohlrads 3 des Planetenradsatzes PS ist. Die Rotorwelle 1 weist außerdem einen Rotoraufnahmeabschnitt 22 zur Aufnahme eines Rotors 4 auf. Insbesondere ist der Rotor 4 mit dem Rotoraufnahmeabschnitt 22 drehfest verbunden. Darüber hinaus ist die Rotorwelle 1 zwischen dem Rotoraufnahmeabschnitt 22 und dem Hohlradaufnahmeabschnitt 21 gebogen. In 1 ist nur eine Schnitthälfte des Getriebes 10 dargestellt.
  • Die Rotorwelle 1 weist außerdem einen Biegeabschnitt 23 auf, der zwischen dem Rotoraufnahmeabschnitt 22 und dem Hohlradaufnahmeabschnitt 21 angeordnet ist. Der Biegeabschnitt 23 ist mit dem Hohlradaufnahmeabschnitt 21 und dem Rotoraufnahmeabschnitt 22 drehfest verbunden. Insbesondere ist der Rotoraufnahmeabschnitt 22 mit einem Ende des Biegeabschnitts 23 drehfest verbunden und der Hohlradaufnahmeabschnitt 21 ist mit einem anderen Ende des Biegeabschnitts 23 drehfest verbunden. Sowohl der Rotoraufnahmeabschnitt 22 als auch der Hohlradaufnahmeabschnitt 21 erstrecken sich vom Biegeabschnitt 23 in die gleiche axiale Richtung bezogen auf die Getriebemittelachse M und verlaufen parallel zueinander. Der Rotoraufnahmeabschnitt 22 und der Hohlradaufnahmeabschnitt 21 sind in radialer Richtung bezogen auf die Getriebemittelachse M zueinander beabstandet angeordnet.
  • Die Rotorwelle 1 weist an einem Ende einen Stützabschnitt 24 auf, der sich an einer Getriebeeingangswelle 5 des Getriebes 10 unmittelbar abstützt. Dabei ist der Rotoraufnahmeabschnitt 22 an einem Ende der Rotorwelle 1 angeordnet. Die Rotorwelle 1 weist außerdem einen Radialabschnitt 25 auf, der zwischen dem Stützabschnitt 24 und dem Hohlradaufnahmeabschnitt 21 angeordnet ist. Dabei ist der Stützabschnitt 24 mit einem Ende des Radialabschnitts 25 drehfest verbunden und der Hohlradaufnahmeabschnitt 21 ist mit einem anderen Ende des Radialabschnitts 25 verbunden. Der Stützabschnitt 24 und der Hohlradaufnahmeabschnitt 21 erstrecken sich vom Radialabschnitt 25 in unterschiedliche axiale Richtungen.
  • Ein Sonnenrad 17 des Planetenradsatzes PS ist mit einem Gehäuse G des Getriebes drehfest verbunden. Ein Steg 6 des Planetenradsatzes PS ist mit der Getriebeeingangswelle 5 drehfest verbunden.
  • Das Getriebe 10 weist ein Hauptgetriebe HG auf, das in 1 nur schematisch dargestellt ist. Die Getriebeeingangswelle 5 ist mit wenigstens einem nicht dargestellten Radsatz des Hauptgetriebes HG triebtechnisch verbunden oder triebtechnisch verbindbar. Das Hauptgetriebe HG weist darüber hinaus nicht dargestellte Schaltelemente auf. Mittels der Radsätze und der Schaltelemente lassen sich unterschiedliche Gänge mit unterschiedlichen Übersetzungen realisieren.
  • Das Getriebe 10 ist mittels einer Trennkupplung K0 mit einer in 1 nicht dargestellten Kraftfahrzeug-Antriebseinheit VM triebtechnisch verbindbar. Die Trennkupplung K0 ist als Lamellenkupplung ausgeführt, wobei ein erster Lamellenträger 7 mit der Getriebeeingangswelle 5 drehfest verbunden ist. Ein zweiter Lamellenträger 8 ist über einen Torsionsschwingungsdämpfer mit der in 1 nicht dargestellten Kraftfahrzeug-Antriebseinheit VM wirkverbunden. Der Radialabschnitt 25 stützt sich mittels eines ersten Axiallagers 26 unmittelbar an dem ersten Lamellenträger 7 ab. Darüber hinaus stützt sich der Radialabschnitt 25 mittels eines zweiten Axiallagers 15 unmittelbar am Steg 6 ab.
  • 2 zeigt eine vergrößerte Darstellung des Verbindungsbereichs zwischen dem Hohlrad 3 des Planetenradsatzes PS und der Rotorwelle 1, insbesondere des Hohlradaufnahmeabschnitts 21. Wie aus 2 ersichtlich ist, stützt sich das Hohlrad 3 in axialer Richtung an einem Anschlag 9 ab. Der Anschlag 9 wird durch Ausübung einer Kraft auf eine vom Hohlrad 3 abgewandte Seite 13 der Rotorwelle 1 hergestellt, wobei die Kraft zum Hohlrad 3 gerichtet ist. Infolge der Kraftausübung wird ein Materialabschnitt der Rotorwelle 1, der dem Anschlag 9 entspricht, in Richtung zum Hohlrad 3 bewegt. Nach Herstellung des Anschlags 9 weist die Rotorwelle 1 eine Aussparung 14 auf.
  • 3 zeigt ein Kraftfahrzeug 12, dessen Antriebsstrang das erfindungsgemäße Getriebe 10 aufweist. Wie aus 3 ersichtlich ist, ist die Getriebeeingangswelle 5 mittels der Trennkupplung K0 mit der Kraftfahrzeug-Antriebseinheit VM triebtechnisch verbindbar. Die Kraftfahrzeug-Antriebseinheit VM kann als Verbrennungsmotor ausgeführt sein. Das Getriebe 10 kann mittels einer Getriebeausgangswelle 11 mit anderen nicht dargestellten Bauteilen des Kraftfahrzeugs, wie beispielsweise einem Achsdifferential, triebtechnisch verbunden sein.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Rotorwelle
    2
    Innenverzahnung
    3
    Hohlrad
    4
    Rotor
    5
    Getriebeeingangswelle
    6
    Steg
    7
    erster Lamellenträger
    8
    zweiter Lamellenträger
    9
    Anschlag
    10
    Getriebe
    11
    Getriebeausgangswelle
    12
    Kraftfahrzeug
    13
    Seite von Rotorwelle
    14
    Aussparung
    15
    zweites Axiallager
    16
    Außenverzahnung
    17
    Sonnenrad
    21
    Hohlradaufnahmeabschnitt
    22
    Rotoraufnahmeabschnitt
    23
    Biegeabschnitt
    24
    Stützabschnitt
    25
    Radialabschnitt
    26
    erstes Axiallager
    G
    Gehäuse
    L
    Mittelachse der Rotorwelle
    M
    Getriebemittelachse
    K0
    Trennkupplung
    EM
    elektrische Maschine
    HG
    Hauptgetriebe
    PS
    Planetenradsatz
    VM
    Kraftfahrzeug-Antriebseinheit
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102008040495 A1 [0003]
    • JP 2012037016 A [0004]

Claims (11)

  1. Getriebe (10) für ein Kraftfahrzeug (12), mit einer Rotorwelle (1), die von einer elektrischen Maschine (EM) antreibbar ist, und einem Planetenradsatz (PS), wobei die Rotorwelle (1) in einem Hohlradaufnahmeabschnitt (21) eine Innenverzahnung (2) aufweist, die in Eingriff mit einer Außenverzahnung (16) eines Hohlrads (3) des Planetenradsatzes (PS) ist und die Rotorwelle (1) einen Rotoraufnahmeabschnitt (22) zur Aufnahme eines Rotors (4) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorwelle (1) zwischen dem Rotoraufnahmeabschnitt (22) und dem Hohlradaufnahmeabschnitt (21) gebogen ist.
  2. Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorwelle (1) einen Biegeabschnitt (23) aufweist, der mit dem Hohlradaufnahmeabschnitt (21) und dem Rotoraufnahmeabschnitt (22) drehfest verbunden ist und den Hohlradaufnahmeabschnitt (21) und den Rotoraufnahmeabschnitt (22) in radialer Richtung voneinander trennt.
  3. Getriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlradaufnahmeabschnitt (21) parallel zu dem Rotoraufnahmeabschnitt (22) verläuft.
  4. Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorwelle (1) einen Stützabschnitt (24) aufweist, der sich an einer Getriebeeingangswelle (5) des Getriebes (10) unmittelbar abstützt.
  5. Getriebe (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Rotorwelle (1) an einem Ende mittels des Stützabschnitts (24) an der Getriebeeingangswelle (5) abstützt und dass an einem anderen Ende der Rotorwelle (1) der Rotor (4) mit dem Rotoraufnahmeabschnitt (22) drehfest verbunden ist.
  6. Getriebe nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorwelle (1) einen Radialabschnitt (25) aufweist, der mit dem Stützabschnitt (24) und dem Hohlradaufnahmeabschnitt (21) drehfest verbunden ist, wobei der Radialabschnitt (25) mittels eines ersten Axiallagers (26) und eines zweiten Axiallagers (15) in axialer Richtung gelagert ist.
  7. Getriebe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Radialabschnitt (25) mittels des ersten Axiallagers (26) an einem Bauteil einer Trennkupplung (KO) abstützbar ist.
  8. Getriebe (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch die elektrische Maschine (EM), wobei der Rotor (4) der elektrischen Maschine (EM) mit dem Rotoraufnahmeabschnitt (22) der Rotorwelle (1) drehfest verbunden ist.
  9. Getriebe (10) nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Steg (6) des Planetenradsatzes (PS) mit der Getriebeeingangswelle (5) des Getriebes (10) drehfest verbunden ist.
  10. Getriebe (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorwelle (1) einen Anschlag (9) aufweist, an dem das Hohlrad (3) anliegt.
  11. Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug mit einem Getriebe (15) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftfahrzeug mittels der elektrischen Maschine (EM) des Getriebes (G) antreibbar ist.
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