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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft eine elektrische Antriebsvorrichtung mit Drehzahlreduzierung insbesondere für ein Schaltgetriebe eines Kraftfahrzeugs.
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Stand der Technik
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Bei elektrischen Antrieben zum Schalten von Schaltgetrieben wird das Antriebsmoment und die Drehzahl für das Durchführen eines Schaltvorgang durch ein Getriebe übersetzt. Die Drehzahl muss dabei erheblich verringert werden, weswegen die Drehmoment übertragenden Zahnräder erhebliche Größenunterschiede aufweisen. Deshalb werden bisher bei einigen Zahnrädern einseitig eingespannte oder verschraubte Achsen in entsprechend großen, massiven Aufnahmen gelagert, da dem Bereich der Achse dieser Zahnräder kein Platz für eine zweiseitige Lagerung vorhanden ist. Denn das mit dem Elektromotor verbundene Zahnrad des Doppelrads ist für die Untersetzung der Drehzahl größer als das zweite Zahnrad ausgebildet und überlappt daher das erste Zahnrad des Doppelrads in der Radialrichtung mit dem Ritzel des Zwischenrads und versperrt so den Zugang zum Zwischenrad. Aus diesem Grund ist die Lagerung des Zwischenrads einseitig, wobei die einseitige Aufnahme der Achse sehr massiv ausgeführt werden muss um ein Verkippen des auf der Achse gelagerten Zahnrades zu vermeiden. Eine andere bauliche Ausgestaltung, dass beispielsweise das große und kleine Zahnrad des Doppelrads vertauscht werden, lässt der begrenzte Bauraum in Längsrichtung der Achsen nicht zu.
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Darstellung der Erfindung
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Möglichkeit bereitzustellen, die eine weniger massive Ausbildung der Aufnahme der Zahnradelemente ermöglicht, ohne gleichzeitig die Stabilität der elektrischen Antriebsvorrichtung zu beeinträchtigen.
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Die Aufgabe wird gelöst durch eine elektrische Antriebsvorrichtung mit Drehzahlreduzierung nach Anspruch 1. Weitere, die Erfindung ausgestaltende Merkmale sind in den Unteransprüchen enthalten.
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Eine erfindungsgemäße elektrische Antriebsvorrichtung mit Drehzahlreduzierung insbesondere zum Antreiben eines Schaltgetriebes eines Kraftfahrzeugs, umfasst eine elektrische Motoreinheit mit einer Antriebswelle und einem Antriebsritzel auf der Antriebswelle, wobei die elektrische Motoreinheit zumindest ein Lagerschild aufweist und an einem Gehäuse befestigt ist; ein Doppelrad, das eine Welle und ein erstes und ein dazu axial benachbartes zweites Zahnrad aufweist, wobei das erste Zahnrad mit dem Antriebsritzel eingreift und größer ist als das zweite Zahnrad; und ein Zwischenrad, das benachbart zum Doppelrad angeordnet ist, wobei das Zwischenrad eine Lagerwelle und ein Ritzel aufweist und das Ritzel des Zwischenrads mit dem zweiten Zahnrad des Doppelrads und mit einem Zahnrad, insbesondere mit einem Festrad an einer Eingangswelle des Schaltgetriebes eingreift; wobei zumindest die Antriebswelle der Motoreinheit, die Welle des Doppelrads und die Lagerwelle parallel ausgebildet sind; wobei das Zwischenrad an einem ersten Ende an dem Lagerschild gelagert ist, und an einem zweiten Ende an einem Gegenhalter gelagert ist, wobei der Gegenhalter mit dem Lagerschild verbunden ist.
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Vorzugsweise ist der Gegenhalter an einer ersten Verbindungsstelle mit dem Lagerschild verschraubt. Dies gewährleistet eine stabile Verbindung bei gleichzeitiger Flexibilität bei der Montage. Die Verschraubung ist insbesondere benachbart zum ersten Zahnrad des Doppelrads angeordnet. Dadurch wird eine kompakte Bauweise ermöglicht.
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Vorzugsweise ist eine Schraube in das zu der gegenüberliegenden Seite von dem Gegenhalter angeordnete Lagerschild (motorseitig) eingeführt, wobei der Gegenhalter an einer zweiten Verbindungsstelle mit dem Lagerschild mittels der Schraube verbunden ist. Somit kann der Gegenhalter an einer weiteren, nämlich der zweiten Verbindungsstelle sicher mit dem Lagerschild axial verspannt werden, ohne dabei das benachbarte erste Zahnrad des Doppelrads zu tangieren.
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Das erste Zahnrad des Doppelrads überlappt sich vorzugsweise derart in der Radialrichtung mit dem Ritzel des Zwischenrads, so dass die Welle des Zwischenrads in einer Frontsicht komplett vom ersten Zahnrad verdeckt ist. Dadurch wird die Bauweise weiter kompakt und platzsparend gestaltet.
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Bevorzugt ist im Lagerschild eine Ölauffangtasche ausgebildet, die sich in den Gegenhalter erstreckt. Dort kann die Ölauffangtasche einen größeren Bereich und mehrere Elemente abdecken, insbesondere bei einer benachbarten Anordnung von Gegenhalter und erstem Zahnrad.
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Vorzugsweise umfasst die Lagereinrichtung des Zwischenrads einen am Lagerschild verschraubten Lagerbolzen und das Zwischenrad ist mittels Wälzlagern auf dem Lagerbolzen gelagert. Dies vermeidet eine sich Drehende Welle, die in dem Gegenstück gelagert werden müsste, weshalb das Gegenstück einfacher und kleiner ausgestaltet sein kann.
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Vorzugsweise ist der Lagerbolzen hohl ausgeführt, wobei sich die Schraube axial durch den Lagerbolzen erstreckt und an der zweiten Verbindungsstelle mit dem Gegenhalter verschraubt ist. Durch diese verschachtelte Ausgestaltung kann besonders viel Bauraum eingespart werden.
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Der Gegenhalter weist bevorzugt benachbart zum ersten Zahnrad des Doppelrads eine Krümmung auf, die der Krümmung des Umfangs des ersten Zahnrads des Doppelrads entspricht. Dies erlaubt eine stabile Befestigung des gegenhalters am Lagerschild, bei gleichzeitiger kompakter Bauweise für einen engen Bauraum.
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Vorzugsweise weist der Gegenhalter einen hohlzylindrisch geformten Lagerabschnitt mit einer Außenumfangsfläche auf, an dem der Lagerbolzen an dem Gegenhalter gelagert ist, wobei der Lagerabschnitt ferner eine Innenumfangsfläche mit einem Innengewinde aufweist, in die die Schraube geschraubt ist. Durch die Doppelnutzung des Lagerabschnitts kann Bauraum eingespart werden.
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Vorzugsweise weist der Gegenhalter einen zylindrisch oder hohlzylindrisch geformten Wandabschnitt auf, der koaxial zur Lagerwelle bzw. zum Lagerbolzen ausgerichtet ist, wobei der Wandabschnitt einen Axialendanschlag für ein Wälzlager bildet und/oder als Seitenwand zum Halten eines in das Wälzlager aufgenommenen Fluids ausgebildet ist.
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Vorzugsweise weist der Gegenhalter einen zylindrisch oder hohlzylindrisch geformten Wandabschnitt und/oder hohlzylindrisch geformten Lagerabschnitt auf, der koaxial zur Lagerwelle bzw. zum Lagerbolzen ausgerichtet ist und wobei sich der Wandabschnitt und/oder der Lagerabschnitt zumindest teilweise axial innerhalb eines Radialbereichs des Ritzels des Zwischenrads erstreckt. Durch diese verschachtelte Anordnung kann Bauraum in Axialrichtung eingespart werden.
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Vorzugsweise überlappt der zylindrisch oder hohlzylindrisch geformte Wandabschnitt in Radialrichtung derart mit dem ersten Zahnrad, dass in einer Axialrichtung gesehen der zylindrisch oder hohlzylindrisch geformte Wandabschnitt hervorsteht. Der dabei radiale hervorstehende Wandabschnitt verbindet die erste Verbindungsstelle und die zweite Verbindungsstelle bzw. den Lagerabschnitt des Gegenhalters, ohne dabei zusätzlichen Axialbauraum zwischen dem ersten Zahnrad des Doppelrads und des Zwischenrads zu benötigen.
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Vorzugsweise ist im Lagerschild eine Ölauffangtasche ausgebildet ist, die sich in den Gegenhalter erstreckt.
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Figurenliste
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- 1 zeigt eine isometrische Darstellung der erfindungsgemäßen elektrischen Antriebsvorrichtung, wobei das Lagergehäuse des Doppelrads weggelassen ist;
- 2 zeigt eine Frontansicht auf die elektrische Antriebsvorrichtung;
- 3 zeigt einen Schnitt A-A aus 2 durch die elektrische Antriebsvorrichtung; und
- 4 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt auf den Bereich der elektrischen Antriebsvorrichtung, an dem der Gegenhalter angeordnet ist.
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Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
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Im Folgenden werden die Begriffe „axial“, „radial“ und „umfänglich“ verwendet. Diese beziehen sich jeweils auf die Längsrichtungen der entsprechenden Zahnräder und Wellen, die beispielsweise in 3 von links nach rechts verlaufen (siehe gestrichelte Linien). „Axial“ bedeutet eine Richtung entlang der Linie, „radial“ eine Richtung senkrecht zur axialen Richtung und „umfänglich“ um diese Achse herum.
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In 1 ist eine isometrische Ansicht auf eine erfindungsgemäße elektrische Antriebsvorrichtung 10 gezeigt. Diese Antriebsvorrichtung weist einen elektrischen Motor 12 auf, der über eine Antriebswelle 16 ein Antriebsritzel 14 antreibt. Der elektrische Motor 12 weist ein Motorgehäuse 11 auf, das an einem Gehäuse befestigt ist, bspw. an dem Gehäuse eines Schaltgetriebes für das die Antriebsvorrichtung 10 vorzugsweise vorgesehen ist.
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Benachbart zum elektrischen Motor 12 ist ein Doppelrad 20 vorgesehen. Das Doppelrad 20 weist eine Welle 26, ein erstes Zahnrad 22 und ein zweites Zahnrad 24 auf. Das erste Zahnrad 22 ist mit dem Antriebsritzel 14 in Eingriff und größer ausgebildet als das zweite Zahnrad 24 um eine geeignete Untersetzung der Drehzahl zu erreichen. Vorzugsweise ist der Durchmesser des zweiten Zahnrads maximal 2/3 des Durchmessers des ersten Zahnrads 22, weiter vorzugsweise maximal 1/2 des Durchmessers des ersten Zahnrads.
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Die Welle 26 ist zweiseitig gelagert. Am Ende des großen ersten Zahnrads 22 weist die Welle eine Lagerung 41 auf, die bewegungsfest mit dem Gehäuse des Schaltgetriebes ausgebildet ist und die in 3 schematisch dargestellt ist. Das kleine zweite Zahnrad ist in einem Lagerschild 40 gelagert, das entweder am Motorgehäuse 11 oder am Gehäuse des Schaltgetriebes befestigt ist.
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In der bevorzugten Ausführungsform, die beispielsweise in 3 dargestellt ist, ist das Doppelrad 20 als Doppellosrad ausgebildet. Somit sind die Zahnräder relativ zur Welle bewegbar ausgebildet und die Welle kann zum Lagerschild 40 bewegungsfest vorgesehen sein. Dadurch wird die entsprechende Lagerkonstruktion des Lagerschilds 40 und in der Lagerung 41 wesentlich vereinfacht. Solch ein Doppellosrad 20 weist als Welle 26 einen feststehenden Lagerbolzen auf, der hohl ausgebildet ist. Auf diesem Lagerbolzen 26 sind dann die beiden Zahnräder 22, 24 mittels Wälzlager 28 (Kugel-, Nadel-, Rollen-, Kegellager, usw.) drehbar gelagert. In der vorliegenden Ausführungsform ist das erste Zahnrad 22 drehfest auf dem zweiten Zahnrad 24 befestigt, so dass das zweite Zahnrad 24 quasi auch als sich drehende Lagerwelle fungiert. Das zweite Zahnrad 24 treibt ein Zwischenrad 30 an, das dann das Drehmoment und die Drehzahl an ein Festrad 50 überträgt, welches diese dann wiederum über eine Eingangswelle beispielsweise in das Schaltgetriebe einleitet. Alle Zahnräder und Ritzel der elektrischen Antriebsvorrichtung 10 können mit einer Schrägverzahnung ausgestattet sein.
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Das Zwischenrad 30 ist vorhanden, da für die notwendige Untersetzung der Drehzahl das zweite Zahnrad 24 zu klein ausgeführt werden muss, um damit dann das Festrad 50 erreichen zu können. Das Zwischenrad 30 umfasst eine Welle, die wie beim Doppelrad als Drehwelle vorgesehen sein kann, jedoch vorzugsweise als ein zum Lagerschild 40 bewegungsfester Lagerbolzen ausgebildet ist, wie es in den Figuren dargestellt ist. Auf diesem Lagerbolzen 34 ist dann das Ritzel 32 des Zwischenrads 30 mittels Wälzlagern 38 drehbar montiert. Der Lagerbolzen 34 ist bevorzugt hohl ausgebildet. Eine solche Ausgestaltung erleichtert die Konstruktion der Lagerstellen der Welle 34. Die Axialen Enden der Welle bzw. des Lagerbolzens 34 des Zwischenrads 30 sind motorseitig (in den 1 und 3 auf der rechten Seite) im Lagerschild und auf der anderen Seite (in den 1 und 3 links) in einem Gegenhalter 45 gelagert.
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Der Gegenhalter 45 ist als eine asymmetrische Platte ausgebildet, die an einer ersten Verbindungsstelle 111 mit dem Lagerschild 40 befestigt wird und an einer zweiten Verbindungsstelle 112 mit dem Lagerbolzen verbunden ist, so dass die Welle bzw. der Lagerbolzen 34 an einem hohlzylindrisch geformten Lagerabschnitt 210 des Gegenhalters 45 abgestützt werden kann. Der Gegenhalter 45 wird teilweise von dem ersten Zahnrad 22 des Doppelrads 20 verdeckt. Um kompakter zu bauen ist es daher bevorzugt, wenn zumindest der Bereich, an dem der Gegenhalter 45 am Lagerschild 40 befestigt ist, etwas massiver ausgebildet, als der Teil, der von dem Doppelrad in radialer Richtung überlappt wird. Das heißt, dass der Befestigungsbereich 48 in axialer Richtung neben das große erste Zahnrad des Doppelrads hervorsteht. Bevorzugt weist dieser Bereich eine Kante 47, die bogenförmig ausgestaltet ist, so dass die Krümmung der Kante 47 an die Krümmung des Umfangs des ersten Zahnrads 22 angepasst ist.
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Der flache Bereich liegt direkt an dem Zwischenrad 30 an. Wenn die Welle 34 des Zwischenrads 30 als feststehender Lagerbolzen und insbesondere als Hohlbolzen ausgebildet ist, dann kann der Gegenhalter drehfest mit der Welle 34 verbunden sein. In 3 ist zu erkennen, dass der hohlzylindrisch geformte Lagerabschnitt 210 des Gegenlagers an einer Außenumfangsfläche in die Welle bzw. den Lagerbolzen 34 hineinragt und zentriert ist. Dies vereinfacht die Ausrichtung des Gegenhalters für die Montage erheblich. An der Innenumfangsfläche ist hingegen ein Innengewinde angebracht, in die die Schraube 35 geschraubt ist und den Gegenhalter axial mit der Welle bzw. dem Lagerbolzen 34 und dem Lagerschild 40 verklemmt.
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Zudem ist in 3 ein hohlzylindrischer Wandabschnitt 310 zu erkennen, welcher koaxial zum Lagerbolzen angeordnet ist und einen Axialendanschlag für ein Wälzlager 38a und/oder als Seitenwand zum Halten eines in das Wälzlager 38a aufgenommenen Fluids ausgebildet ist. Zudem ist der hohlzylindrische Wandabschnitt 310 im Durchmesser so gewählt, dass er radial zu dem ersten Zahnrad des Doppelrads 22 derart überlappt, dass in einer Axialrichtung gesehen der hohlzylindrische Wandabschnitt hervorsteht.
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In einer nicht gezeigten Ausführungsform kann der Gegenhalter 45 einstückig mit dem Lagerschild 40 ausgebildet sein und die Achse des Zwischenrads 30 als Steckachse ausgeführt werden. Die Steckachse wird dann innerhalb des Gegenhalters 45 und innerhalb des Lagerschilds 40 mit Wälzlagern gestützt.
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Der Lagerschild 40 ist in der bevorzugten Ausführungsform an dem elektrischen Motor 12 angebracht und erstreckt sich an der Motorkante in Richtung des Doppelrads 20 und des Zwischenrads 30 (in 1 nach unten). Der Lagerschild 40 kann einstückig mit dem Motorgehäuse 11 ausgebildet oder an das Gehäuse 11 geschraubt sein. Der Lagerschild 40 weist ferner eine Ölauffangtasche 42 auf, mittels der das Öl zu den entsprechenden Schmierstellen der elektrischen Antriebsvorrichtung geleitet wird. Diese Ölauffangtasche 42 kann auch in den Gegenhalter 40 übergehen wie es in 1 dargestellt ist.
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Bezugszeichenliste
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| Antriebsvorrichtung |
10 |
| Motorgehäuse |
11 |
| Elektrischer Motor |
12 |
| Antriebswelle |
14 |
| Antriebsritzel |
16 |
| Doppel(los)rad |
20 |
| erstes Zahnrad |
22 |
| zweites Zahnrad |
24 |
| Welle |
26 |
| Wälzlager |
28 |
| Zwischenrad |
30 |
| Ritzel |
32 |
| Welle bzw. Lagerbolzen |
34 |
| Wälzlager |
38a, 38b |
| Lagerschild |
40 |
| Ölauffangtasche |
42 |
| Gegenhalter |
45 |
| Schrauben |
46, 35 |
| Kante |
47 |
| Festrad |
50 |
| Erste Verbindungsstelle |
111 |
| Zweite Verbindungsstelle |
112 |
| Lagerabschnitt |
210 |
| Wandabschnitt |
310 |
