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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Haltevorrichtung für ein Fahrzeuggetriebe sowie ein Elektrofahrzeuggetriebe mit einer solchen Haltevorrichtung.
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Stirnradgetriebe haben Vorteile in der relativ einfachen Bauweise, da wenig bewegte Teile zum Einsatz kommen und die außenverzahnten Stirnräder vergleichsweise einfach herzustellen sind. Ein Nachteil liegt in der kleinen Übersetzung, die in einer Stufe realisierbar ist. Zudem ist ein Stirnradgetriebe größer und damit auch schwerer als beispielsweise ein Planetengetriebe bei gleicher Übertragungsleistung. Um große Übersetzungen mit einem Stirnradpaar darzustellen, wird der Umfang wenigstens eines Zahnrads klein gehalten, wohingegen der Umfang des zweiten Zahnrads groß gehalten wird. Der Überdeckungsgrad, also die Anzahl der in Eingriff befindlichen Zähne, wird umso kleiner, je kleiner mindestens eines der in Eingriff befindlichen Zahnräder ist. Es muss daher dafür Sorge getragen werden, dass die einzelnen Zähne stets in Eingriff gelangen.
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Zahnräder, die zur Übertragung von Drehbewegungen und Drehmomenten (Leistungsübertragung) von einer Antriebswelle auf eine Abtriebswelle dienen, müssen formstabil gegenüber radialen Kräften sein, die insbesondere bei der Leistungsübertragung auf ein Zahnrad wirken. Es ist daher bekannt, größere Übersetzungen mit wenigstens zwei Zahnradpaaren darzustellen. Derartige Getriebe weisen jedoch relativ hohe Getriebeverluste auf. Ferner sind derartige Getriebe für gewichtsrelevante Anwendungen, wie zum Beispiel den Rennsport, weniger geeignet, da die Darstellung mittels wenigstens zweier Zahnradpaare gewichtsintensiv ist.
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Generell ist es wünschenswert, Getriebezahnräder leicht auszuführen, um das Gesamtgewicht des Getriebes gering zu halten. Eine Gewichtsreduzierung geht meistens mit einer Einbuße an Formstabilität einher. Besonders bei hochbelasteten Leichtbau-Getrieben ist es bekannt, dass sich alle an der Kraftübertragung beteiligten Teile elastisch verformen, wodurch Zahneingriffsstörungen hervorgerufen werden können. Insbesondere beim Einsatz von elektrischen Antriebsmaschinen, die sehr hohe Drehzahlen erreichen können, beispielsweise im Bereich von 20.000 Umdrehungen pro Minute, sind die Getriebe enormen Belastungen ausgesetzt.
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Beim Betrieb eines Elektrofahrzeugs kommt es unter anderem aufgrund der hohen mechanischen Belastung im Getriebe zu einer Temperaturerhöhung, die eine Spanne von mehreren 10°C bis zu 100°C aufweisen kann. Bei Leichtbaugetrieben ist es bekannt, verschiedene Werkstoffe zu kombinieren, um Gewicht einzusparen. Die verschiedenen Werkstoffe im Getriebe können verschiedene Ausdehnungskoeffizienten aufweisen, sodass sich die Abstände der einzelnen Getriebebauteile mit steigender bzw. sinkender Temperatur verändern können. Wenn sich ein Achsabstand zwischen zwei miteinander in Eingriff stehenden Zahnrädern vergrößert, kann dies zu Zahneingriffsstörungen führen. Eine relative Achsabstandsänderung pro Temperaturhub kann sich dabei aus der Differenz zwischen dem Ausdehnungskoeffizienten des Getriebegehäusematerials (bspw. Leichtmetall) und dem Ausdehnungskoeffizienten des Zahnradmaterials (bspw. Stahl) ergeben.
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Um dem entgegenzuwirken ist es bekannt, eine Verzahnung mittels großer Zähne und eine sogenannte Evolventenverzahung vorzusehen, die Abweichungen im Achsabstand tolerieren kann. Getriebe dieser Art weisen jedoch relativ hohe Getriebeverluste auf.
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Vor diesem Hintergrund stellt sich die vorliegende Erfindung die Aufgabe, einen Ansatz zur Gewichtsreduktion bzw. zur Minimierung von Getriebeverlusten bereitzustellen. Insbesondere soll ein Getriebe bzw. ein Elektrofahrzeuggetriebe geschaffen werden, das sich aufgrund seiner Eigenschaften hinsichtlich geringem Gewicht und hoher Stabilität auch bei sehr hohen Drehzahlen und Antriebsleistungen für den Einsatz im Elektro-Motorsport eignet.
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Zum Lösen dieser Aufgabe betrifft die Erfindung in einem ersten Aspekt eine Haltevorrichtung zum Festlegen eines maximalen Abstands zwischen zwei Getriebewellen, an die jeweils ein Stirnrad einer Gangstufe in einem Fahrzeuggetriebe angekoppelt ist, mit:
- einem ersten Lagersitz und einem zweiten Lagersitz zum Aufnehmen von Lagerungen der Getriebewellen; und
- einem starren Verbindungssteg zum Verbinden der beiden Lagersitze und zum Festlegen des maximalen Abstands zwischen den Getriebewellen, wobei ein Ausdehnungskoeffizient eines Materials der Haltevorrichtung einem Ausdehnungskoeffizienten eines Materials der beiden Stirnräder entspricht.
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In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Elektrofahrzeuggetriebe, mit:
- zwei Stirnrädern, die zusammen eine Gangstufe bilden;
- zwei Getriebewellen, an die jeweils ein Stirnrad angekoppelt ist;
- zwei Lagerungen zum Lagern der Getriebewellen; und
- einer Haltevorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche.
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Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung werden in den abhängigen Ansprüchen beschrieben. Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Durch das Aufnehmen der Lagerungen der Getriebewellen in einer erfindungsgemäßen Haltevorrichtung wird ein maximaler Abstand zwischen den Getriebewellen festgelegt. Ein Ausdehnungskoeffizient eines Materials der Haltevorrichtung entspricht einem Ausdehnungskoeffizienten eines Materials der beiden Stirnräder. Hierdurch kann zuverlässig gewährleistet werden, dass die Zahnräder einer Gangstufe auch bei Temperaturänderungen in Eingriff bleiben. Insbesondere auch dann, wenn Temperaturhübe von bis zu über 100° durchlaufen werden. Ferner kann durch die Wahl eines Ausdehnungskoeffizienten des Materials der Haltevorrichtung, der einem Ausdehnungskoeffizienten des Materials der beiden Stirnräder entspricht, verhindert werden, dass die Stirnräder aufgrund einer Ausdehnung verkanten bzw. blockieren. Die Zuverlässigkeit und die Stabilität eines derartigen Fahrzeuggetriebes sind erhöht. Es wird möglich, sehr kleine Zähne zu verwenden und große Übersetzungen zu realisieren. Verluste werden reduziert. Ein hocheffizientes Getriebe kann geschaffen werden. Ferner kann durch eine derartige Haltevorrichtung das Material eines Getriebegehäuses nahezu frei gewählt werden, sodass das Getriebegehäuse gewichtsoptimiert ausgeführt sein kann, ohne dabei auf einen Ausdehnungskoeffizienten des Materials für das Getriebegehäuse Rücksicht nehmen zu müssen. Das gesamte Getriebe kann dadurch gewichtsoptimiert sein. Die vorstehend genannten Vorteile sind besonders ausgeprägt bei der Verwendung der Haltevorrichtung in einem Elektrofahrzeuggetriebe.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung sind der erste Lagersitz und der zweite Lagersitz als Hohlzylinder ausgebildet. Ergänzend oder alternativ dazu weisen die Durchmesser der Hohlzylinder vorzugsweise ein Verhältnis im Bereich von 1,5 bis 2,5, bevorzugt im Bereich von 1,9 bis 2,1, und besonders bevorzugt von 2 auf. Durch die Ausgestaltung des ersten und des zweiten Lagersitzes als Hohlzylinder können die Lagersitze technisch einfach und kosteneffizient in hoher Stückzahl produziert werden. Durch die Wahl eines Verhältnisses der Hohlzylinderdurchmesser im Bereich von 1,5 bis 2,5 kann die Haltevorrichtung für Wellen von Gangstufen mit einer hohen Übersetzung verwendet werden, die insbesondere in Elektrofahrzeuggetrieben für den Rennsport Anwendung finden. Durch die Wahl eines Verhältnisses der Durchmesser der Hohlzylinder im Bereich von 1,9 bis 2,1 kann bei einer hohen Übersetzung zusätzlich ausreichend Stabilität gewährleistet sein. Bei einer hohen Übersetzung wirken hohe Kräfte auf die Wellen und insbesondere auf die Wellenlagerungen, sodass ausreichend große und widerstandsfähige Wellenlagerungen eingesetzt werden müssen. Durch die Wahl eines Verhältnisses der Durchmesser der Hohlzylinder von 2 kann bei einer großen Übersetzung ein Kompromiss zwischen Gewicht und Stabilität gefunden werden, da ausreichend große und stabile Wellenlagerungen Anwendung finden, ohne dabei die Wellenlagerungen zu groß zu dimensionieren.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung liegt ein radialer Abstand von Lagersitzmitten der Lagersitze im Bereich von 14,5 cm bis 20,0 cm, bevorzugt im Bereich von 17,0 cm bis 18,5 cm, und besonders bevorzugt im Bereich von 17,5 cm bis 18,0 cm. Durch die Wahl eines Radialabstands im Bereich von 14,5 cm bis 20,0 cm kann eine hohe Übersetzung in der Gangstufe erreicht werden. Insbesondere bei hohen Übersetzungen und großen radialen Abständen ist die Wahrscheinlichkeit von Zahnangriffsstörungen erhöht, sodass die Haltevorrichtung gerade hier vorteilhaft angewendet werden kann. Durch die Wahl eines radialen Abstands im Bereich von 17,0 cm bis 18,0 cm kann eine hohe Übersetzung in der Gangstufe erreicht werden, wobei die Haltevorrichtung kleiner dimensioniert und damit im Gewicht optimiert sein kann. Durch die Wahl eines radialen Abstands im Bereich von 17,5 cm bis 18,0 cm kann ein optimaler Kompromiss zwischen Übersetzung in einer Gangstufe und Stabilität bzw. Gewicht der Haltevorrichtung gefunden werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sind der erste Lagersitz und der zweite Lagersitz koplanar zueinander angeordnet. Ergänzend oder alternativ sind der Verbindungssteg und die Lagersitze aus Metall, insbesondere aus einsatzgehärtetem Stahl ausgebildet. Weiterhin ergänzend oder alternativ ist die Haltevorrichtung als integrales Bauteil ausgebildet. Durch die koplanare Anordnung kann der starre Verbindungssteg kurz ausgeführt werden, sodass Material und damit Gewicht eingespart werden kann. Zudem ergibt sich eine hohe Stabilität. Durch das Ausbilden des Verbindungsstegs und der Lagersitze aus Metall, insbesondere aus einsatzgehärtetem Stahl, kann auf einfache Weise gewährleistet werden, dass der Ausdehnungskoeffizient dem Ausdehnungskoeffizienten eines Materials der beiden Stirnräder entspricht. Ferner kann hierdurch die Haltevorrichtung mechanisch stabil ausgeführt werden. Durch das Ausbilden der Haltevorrichtung als integrales Bauteil kann die Fertigung der Haltevorrichtung weiter vereinfacht und kosteneffizient sein.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Haltevorrichtung einen weiteren starren Verbindungssteg zum Verbinden der Lagersitze und zum Festlegen des maximalen Abstands zwischen den Getriebewellen auf. Die beiden Verbindungsstege sind vorzugsweise an unterschiedlichen Punkten an den Lagersitzen befestigt. Zudem verlaufen die beiden Verbindungsstege vorzugsweise im Winkel zueinander, wobei ein Winkel zwischen den beiden Verbindungsstegen im Bereich von 17° bis 29°, bevorzugt im Bereich von 20° bis 26°, und besonders bevorzugt im Bereich von 22° bis 24° liegt. Durch das Vorsehen eines weiteren starren Verbindungsstegs kann die Stabilität der Haltevorrichtung weiter verbessert werden. Ferner ist es denkbar, anstelle eines großen Verbindungsstegs zwei kleine Verbindungsstege vorzusehen. Auf diese Weise kann das Gewicht der Haltevorrichtung verringert werden. Durch das Befestigen der Verbindungsstege an unterschiedlichen Punkten an den Lagersitzen kann eine auf die Haltevorrichtung wirkende Kraft auf zwei Teilkräfte aufgeteilt werden, wobei je ein Verbindungssteg eine Teilkraft aufnimmt. Die Stabilität der Haltevorrichtung kann weiter verbessert werden. Durch die Wahl des Winkels der beiden Verbindungsstege im Bereich von 17° bis 29° kann die Stabilität der Haltevorrichtung weiter verbessert werden. Durch die Wahl des Winkels im Bereich von 20° bis 26° kann ein Kompromiss zwischen Verbesserung der Stabilität bzw. Starrheit der Haltevorrichtung und Gewicht gefunden werden, da die Verbindungsstege kürzer ausgeführt sein können. Durch die Wahl eines Winkels im Bereich von 22° bis 24° kann ein Kompromiss zwischen Starrheit der Haltevorrichtung und Gewicht der Haltevorrichtung gefunden werden, der insbesondere im Bereich des Elektro-Motorsports Anwendung finden kann.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist die Haltevorrichtung eine Ansetzkante zum Verbinden der Haltevorrichtung mit einem Getriebegehäuse durch Kleben, Verschrauben, Einpressen und/oder Schweißen auf. Die Ansetzkante erstreckt sich dabei an einem axialen Ende der Haltevorrichtung und ist umlaufend um ein axiales Ende der Haltevorrichtung angeordnet. Hierdurch kann ein sicherer Sitz der Haltevorrichtung im Getriebegehäuse gewährleistet sein. Ferner kann eine Abdichtung der Haltevorrichtung durch die mittels der Ansetzkante vergrößerte Fläche verbessert sein.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung bezüglich des zweiten Aspekts der Erfindung ist eine Übersetzung der Gangstufe größer als 5,5, insbesondere größer als 8,0, und besonders bevorzugt gleich 8,9. Alternativ oder ergänzend weisen die zwei Stirnräder ein Modul im Bereich von 1,0 mm bis 1,8 mm, bevorzugt im Bereich von 1,0 mm bis 1,53 mm, und besonders bevorzugt von 1,51 mm auf. Durch die Wahl einer Übersetzung der Gangstufe von größer als 5,5 kann ein hohes Übersetzungsverhältnis mit nur einem Zahnradpaar realisiert werden. Durch eine Übersetzung von größer als 8,0 kann eine Drehmoment- bzw. Drehzahlübersetzung in einem weiten Bereich mit nur einer Zahnradanordnung dargestellt werden. Beispielsweise kann eine hohe Übersetzung des Drehmoments einer drehmomentstarken elektrischen Maschine erreicht werden. Ferner kann eine hohe Untersetzung der Drehzahl einer elektrischen Maschine erfolgen. Eine hohe Untersetzung ist insbesondere vorteilhaft für Rennwagen, die auf Höchstgeschwindigkeit und Leichtbau ausgelegt sind. Rennwagen werden bevorzugt mit leichten elektrischen Maschinen ausgestattet, die hohe Drehzahlen erreichen. Eine Übersetzung von 8,9 stellt einen Kompromiss zwischen einem zügigen Anfahren und einer erreichbaren Höchstgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Drehzahl der elektrischen Maschine dar. Ferner ergibt sich aus einem Übersetzungsverhältnis von 8,9 ein vorteilhaftes Verhältnis von Gewicht und Übersetzung. Durch die Wahl eines Moduls im Bereich von 1,0 mm bis 1,8 mm können die Rollverluste auf den Zahnradzähnen und damit die Getriebeverluste geringgehalten werden. Durch eine Wahl des Moduls im Bereich von 1,0 mm bis 1,53 mm kann ein bevorzugter Bereich gefunden werden, der erlaubt, mittels der Zahnradzähne ausreichend Leistung zu übertragen, ohne dabei hohe Getriebeverluste in Kauf nehmen zu müssen. Durch die Wahl eines Moduls von 1,51 mm kann ein bevorzugter Kompromiss zwischen Fertigbarkeit des Zahnrads, Übertragung von ausreichend Antriebskraft/Drehmoment und Reduktion der Getriebeverluste gefunden werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist das Elektrofahrzeuggetriebe ein Getriebegehäuse aus Leichtmetall auf. Die Haltevorrichtung ist dabei in das Getriebegehäuse eingepresst. Alternativ oder ergänzend ist die Haltevorrichtung in einen Guss des Getriebegehäuses eingegossen. Alternativ oder ergänzend ist die Haltevorrichtung mit Leichtbaumaterialien, insbesondere Kunststoff und/oder Faserverbund, umspritzt. Durch ein Einpressen der Haltevorrichtung in das Getriebegehäuse kann die Fertigung eines Getriebegehäuses inklusive Haltevorrichtung vereinfacht sein. Ferner kann beispielsweise das Getriebegehäuse zugekauft oder in einer anderen Werkhalle vorbereitet werden, was eine Logistik vereinfachen kann. Durch ein Eingießen der Haltevorrichtung in einen Guss des Getriebegehäuses kann die Fertigung des Getriebegehäuses vereinfacht sein, da auf Einpress- oder Verschraubwerkzeuge verzichtet werden kann. Durch das Umspritzen der Haltevorrichtung mit Leichtbaumaterialien, insbesondere Kunststoff und/oder Faserverbund, kann der Sitz der Haltevorrichtung im Getriebegehäuse verbessert werden. Ferner kann hier technisch einfach und effizient eine Abdichtung der Haltevorrichtung bzw. des Getriebegehäuses realisiert werden. Eine Abdichtung zwischen Haltevorrichtung und Gehäuse kann mittels O-Ringen oder einer Flächendichtung erfolgen.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist das Elektrofahrzeuggetriebe eine weitere oben beschriebene Haltevorrichtung auf. Die Haltevorrichtungen sind zum Aufnehmen von Lagerungen der Getriebewellen auf beiden axialen Seiten der Stirnräder ausgebildet. Durch das Vorsehen einer weiteren Haltevorrichtung kann die Stabilität der Zahnradanordnung für die Gangstufe weiter verbessert werden. Ferner ist es denkbar, die beiden Haltevorrichtungen entsprechend kleiner auszuführen, sodass das Elektrofahrzeuggetriebe im Gewicht optimiert sein kann.
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Der Modul m ist das Verhältnis zwischen dem Teilkreisdurchmesser des Zahnrads und der Zähnezahl des Zahnrads. Der Teilkreisdurchmesser ist der Durchmesser eines unsichtbaren Zylinders, der durch die Mitte der Zähne verläuft. Der Teilkreis ist als Kreis definiert, dessen Mittelpunkt auf der Zahnradachse liegt, die durch den Wälzpunkt der Zahnradzähne verläuft. Dieser Wälzpunkt befindet sich zwischen dem Fuß des Zahnradzahns (Fußkreisdurchmesser) und dem Kopf des Zahnradzahns (Kopfkreisdurchmesser). Der Modul ist also ein Maß für den Abstand zweier benachbarter Zahnradzähne. Der Zahnraddurchmesser ist vorliegend insbesondere als Kopfkreisdurchmesser zu verstehen. Der Ausdehnungskoeffizient ist ein Maß für eine Veränderung der Abmessungen eines Materials oder Bauteils in Reaktion auf eine Temperaturänderung. Der Ausdehnungskoeffizient ist stoffspezifisch. Bei den meisten Materialien kommt es zu einer Zunahme der Abmessungen mit steigender Temperatur.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand einiger ausgewählter Ausführungsbeispiele im Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben und erläutert. Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung eines Elektrofahrzeugs mit einem Elektrofahrzeuggetriebe;
- 2 eine schematische Darstellung eines Antriebsstrangs für ein Elektrofahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Haltevorrichtung;
- 3 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Haltevorrichtung und eine Zahnradanordnung mit einem Zahnrad und einem Ritzel, die an Getriebewellen angeordnet sind;
- 4 einen schematischen Ausschnitt eines Antriebsstrangs mit einer erfindungsgemäßen Haltevorrichtung;
- 5 eine perspektivische Ansicht einer Haltevorrichtung gemäß der vorliegenden Anmeldung; und
- 6 eine perspektivische Ansicht einer Haltevorrichtung mit Ansetzkante gemäß der vorliegenden Anmeldung.
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In der 1 ist schematisch ein Elektrofahrzeug 10 mit Antriebsrädern 12, einer mit den Antriebsrädern 12 in Wirkverbindung stehenden Antriebswelle 14 und einem Antriebsstrang 15 gezeigt. Die Darstellung entspricht dabei einem Schnitt in einer Draufsicht. Die relevanten Komponenten sind vergrößert und nicht maßstabsgetreu dargestellt.
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Der Antriebsstrang 15 weist ein Elektrofahrzeuggetriebe 16 mit einem Zahnradpaar, eine elektrische Maschine 18 und ein Differential 20 auf. Die elektrische Maschine 18 steht in Wirkverbindung mit einem Ritzel 22, das in Eingriff mit einem Abtriebszahnrad 23 steht und das Zahnradpaar bildet. Ritzel 22 und Abtriebszahnrad 23 sind als Stirnräder ausgebildet. Das Ritzel 22 kann auch als Antriebszahnrad bezeichnet werden. Das Abtriebszahnrad 23 ist am Zahnradfuß 24 drehfest mit dem Differential 20 verbunden. Durch das Differential 20 kann eine Antriebskraft an die Antriebsräder 12 weitergeleitet werden. Das Ritzel 22, das Abtriebszahnrad 23 und das Differential 20 sind in einem Getriebegehäuse 26 aufgenommen.
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Während eines Beschleunigungsvorgangs in einem Antriebsbetrieb wird im Antriebsstrang Antriebsleistung von der elektrischen Maschine 18 bereitgestellt und zu den Antriebsrädern 12 geleitet, um das Elektrofahrzeug 10 zu beschleunigen. Es wird also ein Leistungsübertragungspfad von der elektrischen Maschine 18 über das Ritzel 22, das Abtriebszahnrad 23 und das Differential 20 zu den Antriebsrädern 12 bereitgestellt. Der Leistungsübertragungspfad kann den Antriebsrädern 12 Antriebsleistung von der elektrischen Maschine 18 bereitstellen.
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In einem Schubbetrieb, also wenn das Elektrofahrzeug 10 abgebbremst werden soll, kann zumindest ein Teil der kinetischen Energie des Elektrofahrzeugs 10 über den Leistungsübertragungspfad im Antriebsstrang 15 der elektrischen Maschine 18 zur Verfügung gestellt werden. Die elektrische Maschine 18 wird über den Leistungsübertragungspfad zur Rekuperation angetrieben. Die elektrische Maschine 18 wird als Dynamo verwendet und wandelt die kinetische Energie des Elektrofahrzeugs 10 in elektrische Energie um. Die umgewandelte Energie kann in hier nicht gezeigten Batterien, Kondensatoren oder anderen Mitteln zur Speicherung von Energie vorgehalten werden und bei Bedarf, also wenn das Elektrofahrzeug 10 beschleunigt werden soll, wieder der elektrischen Maschine 18 zugeführt werden.
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In einem Segelbetrieb, also wenn das Elektrofahrzeug 10 weder beschleunigt noch abgebremst werden soll, wird im Wesentlichen keine Leistung durch den Leistungsübertragungspfad übertragen.
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In der 2 ist eine schematische Darstellung des Antriebsstrangs 15 für ein Elektrofahrzeug 10 mit einer erfindungsgemäßen Haltevorrichtung 28 gezeigt. Der Antriebsstrang 15 entspricht dabei im Wesentlichen dem in 1 gezeigten Antriebsstrang. Die Abtriebswelle 30 der elektrischen Maschine 18 und die Antriebswelle 14 werden gemeinsam als Getriebewellen bezeichnet. Im dargestellten Beispiel weist der Antriebsstrang 15 nur eine Gangstufe auf, die mittels dem Ritzel 22 und dem Abtriebszahnrad 23 gebildet ist. Hierbei wirken hohe Kräfte, insbesondere wenn der Antriebsstrang 15 für ein Elektro-Motorsportfahrzeug verwendet werden soll. Ferner kann eine hohe Übersetzung in der einen Gangstufe erreicht werden. Hierdurch können der Antriebsstrang 15, und insbesondere die verschiedenen Materialien, die im Antriebsstrang 15 verbaut sind, eine hohe Temperaturspanne während des Betriebs durchlaufen.
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Das Elektrofahrzeuggetriebe 16, insbesondere wenn es für den Einsatz im Motorsport ausgelegt wurde, ist dabei gewichtsoptimiert, sodass das Getriebegehäuse 26 aus einem Leichtmetall gefertigt ist, beispielsweise Aluminium oder Magnesium. Die stark belasteten Stirnräder, also das Ritzel 22 und das Abtriebszahnrad 23, sind vorzugsweise aus einsatzgehärtetem Stahl gefertigt. Durch die Haltevorrichtung 28 kann gewährleistet werden, dass eine Ausdehnung des Getriebegehäuses 26 nicht dazu führt, dass sich die beiden Stirnräder so weit voneinander wegbewegen, dass die Zähne der Verzahnung schlecht oder gar nicht mehr ineinandergreifen.
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Hierzu sind in der Haltevorrichtung 28 Lagerungen 32 angeordnet, um die Abtriebswelle 30 und die Antriebswelle 14 zu lagern und um einen maximalen Achsabstand zwischen der Abtriebswelle 30 und der Antriebswelle 14 zu bestimmen. Insbesondere weist die Haltevorrichtung 28 einen Längenausdehnungskoeffizienten auf, der einem Längenausdehnungskoeffizienten des Materials des Ritzels 22 und des Abtriebszahnrads 23 entspricht. Die Haltevorrichtung 28 wächst bei einem Temperaturanstieg sozusagen mit. Die Ausdehnung bzw. auch die Schrumpfung sind gleich. Die Verzahnungen des Ritzels 22 bzw. des Abtriebszahnrads 23 bleiben in Eingriff. Die Verwendung der Haltevorrichtung 28 ist insbesondere vorteilhaft, wenn das Ritzel 22 und das Abtriebszahnrad 23 geringe Module, beispielsweise im Bereich von 1,0 mm bis 1,8 mm, bevorzugt im Bereich von 1,0 mm bis 1,53 mm, und besonders bevorzugt von 1,51 mm aufweisen. Die Zahnhöhe, also der Abstand zwischen einem Zahnfuß und einem Zahnkopf, ist gering im Vergleich zu einem Zahnraddurchmesser des Abtriebszahnrads 23.
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Es ist ferner auch denkbar, dass das Ritzel 22 ein von dem Abtriebszahnrad 23 verschiedenes Material aufweist, wobei der Längenausdehnungskoeffizient des Materials der Haltevorrichtung 28 derart gewählt ist, dass sich ein Abstand der Lagersitzmitten der Haltevorrichtung 28 bei einem Temperaturschritt in gleicher Weise ändert wie der Abstand der Abtriebswelle 30 und der Antriebswelle 14.
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In der 3 ist schematisch eine Haltevorrichtung 28 gemäß der vorliegenden Anmeldung und eine Zahnradanordnung mit einem Abtriebszahnrad 23 und einem Ritzel 22 gezeigt, wobei das Ritzel 22 an der Abtriebswelle 30 angeordnet ist. Das Abtriebszahnrad 23 ist an der Antriebswelle 14 angeordnet. Die Abtriebswelle 30 und die Antriebswelle 14 können in diesem Beispiel auch als Getriebewellen aufgefasst werden. Die Zahnradanordnung aus dem Ritzel 22 und dem Abtriebszahnrad 23 weist in der gezeigten Ausführungsform eine hohe Übersetzung auf, insbesondere eine Übersetzung in den oben genannten Bereichen. Ferner weist die Zahnradanordnung, insbesondere im Verhältnis zum Durchmesser des Abtriebszahnrads 23, einen geringen Modul, insbesondere einen Modul in dem oben genannten Bereich auf.
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Durch die Haltevorrichtung 28 kann verhindert werden, dass die Zähne der Verzahnung der Zahnradanordnung nicht mehr ineinandergreifen. Insbesondere kann durch eine entsprechende Wahl des Ausdehnungskoeffizienten des Materials der Haltevorrichtung 28 auch ein Blockieren der Zahnradanordnung verhindert werden, da die Haltevorrichtung 28 bei Erwärmung „mitwächst“. Ferner kann zudem gewährleistet sein, dass bei einer Abkühlung, also wenn sich das Ritzel 22 bzw. das Abtriebszahnrad 23 aufgrund des Ausdehnungskoeffizienten zusammenziehen, die Zähne in Eingriff bleiben.
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In der 4 ist schematisch ein Ausschnitt eines Antriebsstrangs 15 mit einer Haltevorrichtung 28 gemäß der vorliegenden Anmeldung gezeigt. Die Darstellung ist schematisch zu verstehen. Insbesondere ist die Haltevorrichtung vergrößert bzw. das Ritzel 22 und das Abtriebszahnrad 23 nicht maßstabsgetreu dargestellt. Die Haltevorrichtung 28 weist Lagerungen 32 (Getriebewellenlagerungen) auf, an denen die Abtriebswelle 30 bzw. die Antriebswelle 14 gelagert sind. Die Abtriebswelle 30 und die Antriebswelle 14 werden als Getriebewellen bezeichnet. Es ist ein Antriebskraftübertragungspfad von der elektrischen Maschine 18 über die Abtriebswelle 30 zu dem drehfest mit der Abtriebswelle 30 verbundenen Ritzel 22 weiter zu dem Abtriebszahnrad 23, das drehfest mit der Antriebswelle 14 verbunden ist, eingerichtet.
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Die Antriebswelle 14 kann Antriebsleistung auf ein nicht gezeigtes Differential 20 oder direkt auf die nicht gezeigten Antriebsräder 12 übertragen. Ferner ist es zudem denkbar, dass das Abtriebszahnrad 23 drehfest an einer Außenseite des Differentials 20 angeordnet ist, wobei das Differential 20 Antriebsleistung über die Antriebswelle 14 auf die nicht gezeigten Antriebsräder 12 überträgt.
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Beim Übertragen von Antriebsleistung über den oben beschriebenen Antriebskraftübertragungspfad wirkt auf die Getriebewellen 30, 14 eine Kraft, die in diesem Beispiel nach oben auf die Abtriebswelle 30 und nach unten auf die Antriebswelle 14 wirkt. Die Wellen 14, 30 sind in Lagerungen 32 aufgenommen, um der oben beschriebenen Kraft entgegenwirken zu können, so dass das Ritzel 22 und das Abtriebszahnrad 23 in Eingriff bleiben. Durch das Vorsehen der Haltevorrichtung 28 kann die Widerstandsfähigkeit gegen diese oben beschriebene Kraft verbessert werden. insbesondere kann einem Zurückweichen des Ritzels 22 bzw. des Abtriebszahnrads 23 aufgrund dieser Kraft entgegengewirkt werden.
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5 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Haltevorrichtung 28 gemäß der vorliegenden Anmeldung. Die Haltevorrichtung 28 weist einen ersten Lagersitz 34 in Form eines Hohlzylinders und einen zweiten Lagersitz 36 in Form eines Hohlzylinders auf. Die beiden Lagersitze 34, 36 sind dabei über einen ersten Verbindungssteg 38 und einen zweiten Verbindungssteg 40 miteinander verbunden. Die Verbindungsstege 38, 40 sind dabei an verschiedenen Punkten der Lagersitze 34, 36 mit den Lagersitzen 34, 36 verbunden. In der gezeigten Ausführungsform sind die Lagersitze 34, 36 koplanar zueinander angeordnet. Es versteht sich, dass auch andere Geometrien vorgesehen sein können. Das Verhältnis der Durchmesser der Lagersitze 34, 36 sowie die Längen der Verbindungsstege 38, 40 und der Winkel, den die Verbindungsstege 38, 40 miteinander bilden, sind für eine bessere Darstellbarkeit gewählt und nicht einschränkend zu verstehen.
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In 6 ist eine perspektivische Ansicht einer Haltevorrichtung 28 gemäß der vorliegenden Anmeldung gezeigt. Die Haltevorrichtung 28 entspricht im Wesentlichen der in 5 gezeigten Haltevorrichtung 28. Die Haltevorrichtung 28 weist zusätzlich eine Ansetzkante 42 auf. Die Ansetzkante 42 erstreckt sich in radialer Richtung und ist umlaufend um die Haltevorrichtung 28 angeordnet. Durch die Ansetzkante 42 kann die Haltevorrichtung 28 vorteilhaft an oder in einem Getriebegehäuse 26 angeordnet sein. In der gezeigten Ausführungsform weist die Ansetzkante 42 Bohrungen 44 auf.
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Hierdurch kann beispielsweise bei einem Eingießen der Haltevorrichtung 28 in ein Getriebegehäuse 26 aus Leichtmetall der Sitz der Haltevorrichtung 28 verbessert werden, da beim Guss Material durch die Bohrungen 44 hindurchtreten kann. Ferner können diese Bohrungen 44 verwendet werden, um die Haltevorrichtung 28 mit dem Getriebegehäuse 26 zu verschrauben. Hierbei bildet die Ansetzkante 42 zudem eine Fläche zur besseren Abdichtung der Haltevorrichtung 28 an dem Gehäuse 26. Es ist auch denkbar, dass die Ansetzkante 42 zum Verschweißen oder Verkleben der Haltevorrichtung 28 mit dem Getriebegehäuse 26 ausgebildet ist. Ferner können die Bohrungen 44 auch zum Vorsehen einer Nietverbindung zwischen Haltevorrichtung 28 und Getriebegehäuse 26 ausgebildet sein.
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Die Erfindung wurde anhand der Zeichnungen und der Beschreibung umfassend beschrieben und erklärt. Die Beschreibung und Erklärung sind als Beispiel und nicht einschränkend zu verstehen. Die Erfindung ist nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt. Andere Ausführungsformen oder Variationen ergeben sich für den Fachmann bei der Verwendung der vorliegenden Erfindung sowie bei einer genauen Analyse der Zeichnungen, der Offenbarung und der nachfolgenden Patentansprüche.
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In den Patentansprüchen schließen die Wörter „umfassen“ und „mit“ nicht das Vorhandensein weiterer Elemente oder Schritte aus. Der undefinierte Artikel „ein“ oder „eine“ schließt nicht das Vorhandensein einer Mehrzahl aus. Ein einzelnes Element oder eine einzelne Einheit kann die Funktionen mehrerer der in den Patentansprüchen genannten Einheiten ausführen. Die bloße Nennung einiger Maßnahmen in mehreren verschiedenen abhängigen Patentansprüchen ist nicht dahingehend zu verstehen, dass eine Kombination dieser Maßnahmen nicht ebenfalls vorteilhaft verwendet werden kann.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Elektrofahrzeug
- 12
- Antriebsrad
- 14
- Antriebswelle
- 15
- Antriebsstrang
- 16
- Elektrofahrzeuggetriebe
- 18
- elektrische Maschine
- 20
- Differential
- 22
- Ritzel
- 23
- Abtriebszahnrad
- 24
- Zahnradfuß
- 26
- Getriebegehäuse
- 28
- Haltevorrichtung
- 30
- Abtriebswelle
- 32
- Lagerung
- 34
- erster Lagersitz
- 36
- zweiter Lagersitz
- 38
- erster Verbindungssteg
- 40
- zweiter Verbindungssteg
- 42
- Ansetzkante
- 44
- Bohrung
