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Die Erfindung betrifft ein elektrisches Antriebssystem für ein rein elektrisch oder hybridisch angetriebenes Kraftfahrzeug, wie einen Pkw, Lkw, Bus oder ein sonstiges Nutzfahrzeug.
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Ziel ist es prinzipiell, ein möglichst kompaktes elektrisches Antriebsmodul zur Verfügung zu stellen, das zum Umsetzen eines rein elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeuges oder eines Hybridfahrzeuges in bestehende Bauräume einfach integrierbar ist.
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Dies wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Demnach ist ein elektrisches Antriebssystem für ein rein elektrisch oder hybridisch angetriebenes Kraftfahrzeug, mit einem Scheibenläufermotor, einer Getriebeeinrichtung sowie einer, zwischen einem scheibenförmigen Rotor des Scheibenläufermotors und einem Eingang der Getriebeeinrichtung wirkend eingesetzten Schaltkupplung ausgestattet, wobei die Schaltkupplung einen ersten Kupplungsbestandteil mit einem direkt an dem Rotor angebundenen Träger und mehreren, an dem Träger drehfest und relativ zueinander entlang einer Drehachse des Rotors verschiebbar aufgenommenen Reibelementen sowie einen, mit dem Eingang der Getriebeeinrichtung verbundenen, zweiten Kupplungsbestandteil aufweist. Die Schaltkupplung ist auf übliche Weise zwischen ihrer geschlossenen Stellung, in der die beiden Kupplungsbestandteile drehmomentübertragend verbunden sind, und einer geöffneten Stellung, in der kein Drehmoment zwischen den Kupplungsbestandteilen übertragen wird, umschaltbar.
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Durch diese erfindungsgemäße Ausbildung des Scheibenläufermotors und dessen direkter Anbindung an den Träger der Schaltkupplung wird ein axial kompaktes Antriebssystem erzielt.
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Weitere vorteilhafte Ausführungen sind mit den Unteransprüchen beansprucht und nachfolgend näher erläutert.
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Ist der Träger (zerstörungsfrei) wiederabnehmbar / lösbar an dem Rotor angebracht, können die Einzelteile unabhängig voneinander geprüft werden.
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Auch ist es von Vorteil, wenn der Träger zumindest einen radial verlaufenden Stützbereich aufweist, der an einer axialen Seite des Rotors anliegt. Dadurch ist der Träger relativ zu dem Rotor möglichst stabil abgestützt.
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In diesem Zusammenhang ist es zudem zweckmäßig, wenn der Träger zumindest einen axial verlaufenden Stützbereich aufweist, der an einer radialen Innenseite des Rotors anliegt.
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Somit ist der Träger prinzipiell derart in radialer Richtung an dem Rotor abgestützt, dass der Träger relativ zu der Drehachse des Rotors zentriert ist.
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Ist der Rotor durch ein axial neben dem Träger angeordnetes Wälzlager an einem gehäusefesten Lagerbereich abgestützt, ist auch der Träger robust abgestützt.
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Hinsichtlich der Anbringung des Trägers hat es sich auch als zweckmäßig herausgestellt, wenn dieser - alternativ zu der wiederabnehmbaren Anbringung - unlösbar / nicht zerstörungsfrei abnehmbar an dem Rotor befestigt ist.
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Zudem hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn der Träger über eine stoffschlüssige Verbindung, vorzugsweise eine Schweißverbindung, an dem Rotor befestigt ist. Dadurch wird eine möglichst robuste Anbringung des Trägers seitens des Rotors realisiert.
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Des Weiteren ist es von Vorteil, wenn der Träger über eine formschlüssige Verbindung, die vorzugsweise durch eine Steckverzahnung ausgebildet ist, drehfest mit dem Rotor verbunden ist. Dadurch ist eine wiederabnehmbare Verbindung möglichst einfach montierbar.
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Alternativ oder zusätzlich zu der formschlüssigen Verbindung ist es von Vorteil, wenn der Träger über eine kraftschlüssige Verbindung, vorzugsweise in Form einer Clinch-Verbindung oder eine Stiftverbindung, an dem Rotor befestigt ist. Auch dadurch ist eine robuste Befestigung des Trägers an dem Rotor realisiert.
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Auch hat es sich als zweckmäßig herausgestellt, wenn der Träger und/oder eine der Schaltkupplung zugeordnete Betätigungseinheit zumindest teilweise radial innerhalb des Rotors angeordnet / eingeschoben sind/ist. Dadurch wird der benötigte axiale Bauraum weiter reduziert.
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Des Weiteren ist es von Vorteil, wenn zwei, vorzugsweise eine Doppelkupplung ausbildende, Schaltkupplungen vorhanden sind und diese Schaltkupplungen jeweils einen Träger aufweisen, wobei diese Träger jeweils direkt mit dem Rotor oder miteinander verbunden sind.
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Die Erfindung wird nun nachfolgend anhand von Figuren näher erläutert, in welchem Zusammenhang auch verschiedene Ausführungsbeispiele dargestellt sind.
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Es zeigen:
- 1 eine Längsschnittdarstellung eines erfindungsgemäßen elektrischen Antriebssystems nach einem ersten Ausführungsbeispiel, wobei neben der grundlegenden Anbindung eines Trägers einer Schaltkupplung an einen Rotor eines Scheibenläufermotors eine Koppelung einer auf die Schaltkupplung einwirkenden Betätigungseinheit mit einer durch einen gehäusefesten Lagerdom mit ausgebildeten Drehdurchführung zu erkennen sind,
- 2 eine Längsschnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Antriebssystems nach einem zweiten Ausführungsbeispiel, wobei ein Träger jeder der beiden vorhandenen Schaltkupplungen an dem Rotor angeschweißt ist und die Betätigungseinheiten als konzentrische Nehmerzylinder realisiert sind,
- 3 eine Detailansicht des in 3 vorhandenen Anbindungsbereiches zwischen dem Träger der jeweiligen Schaltkupplungen und dem Rotor,
- 4 eine Detailansicht eines erfindungsgemäßen Antriebssystems nach einem dritten Ausführungsbeispiel im Verbindungsbereich zwischen dem Rotor und einem Träger einer ersten Schaltkupplung, wobei dieser Träger über eine Steckverzahnung drehfest mit dem Rotor verbunden ist,
- 5 bis 7 mehrere Detaildarstellungen von Verbindungsbereichen unterschiedlicher Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Antriebssystems, ähnlich zu 4, wobei jeweils Befestigungsstifte auf unterschiedliche Weise zum Befestigen des Trägers an dem Rotor eingesetzt sind, sowie
- 8 eine Längsschnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Antriebssystems nach einem weiteren Ausführungsbeispiel, in dem, wie in 2, eine Schweißverbindung zwischen einem Träger einer Schaltkupplung und dem Rotor vorhanden ist.
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Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen ausschließlich dem Verständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen. Auch sind die verschiedenen Merkmale dieser unterschiedlichen Ausführungsbeispiele prinzipiell frei miteinander kombinierbar.
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Der grundlegende Aufbau eines erfindungsgemäßen Antriebssystems 1 ist mit 1 anhand eines ersten Ausführungsbeispiels gut zu erkennen. Das Antriebssystem 1 ist als eine sogenannte elektrische Achse / elektrische Antriebsachse ausgebildet. Das Antriebssystem 1 dient folglich zum Antrieb eines rein elektrisch oder hybridisch angetriebenen Kraftfahrzeuges.
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Das Antriebssystem 1 weist einen als Antriebsmaschine schaltbaren Elektromotor in Form eines Scheibenläufermotors 2 auf. Der Übersichtlichkeit halber ist lediglich ein Rotor 4 des Scheibenläufermotors 2 detailliert dargestellt. Ein Stator des Scheibenläufermotors 2 ist auf übliche Weise in einem Gehäuse 30 des Antriebssystems 1 fest aufgenommen.
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Der Rotor 4 ist relativ zu diesem Gehäuse 30 verdrehbar gelagert. In diesem ersten Ausführungsbeispiel ist der Rotor 4 über ein Wälzlager 19, das als doppelreihiges Kugellager realisiert ist, an dem Gehäuse 30 abgestützt. Der Rotor 4 ist über dieses Wälzlager 19 sowohl in seiner radialen Richtung (in Bezug auf seine Drehachse 9) als auch in seiner axialen Richtung (in Bezug auf seine Drehachse 9) relativ zu einem gehäusefesten Lagerbereich 20 gelagert.
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Des Weiteren verfügt das Antriebssystem 1 auf typische Weise über eine, der Übersichtlichkeit halber lediglich hinsichtlich ihrer Eingänge 5a, 5b dargestellte Getriebeeinrichtung 3, die vorzugsweise als ein Planetengetriebe realisiert ist oder ein Planetengetriebe aufweist. Die Getriebeeinrichtung 3 weist in dieser Ausführung zwei konzentrisch zueinander angeordnete Eingangswellen 31a, 31b auf, die jeweils einen Eingang 5a, 5b der Getriebeeinrichtung 3 ausbilden.
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Das Antriebssystem 1 verfügt daher weiterhin über zwei Schaltkupplungen 6, 21, die jeweils zwischen dem Rotor 4 und der jeweiligen Eingangswelle 31 a, 31 b wirkend eingesetzt sind. Die Schaltkupplungen 6, 21 sind im wesentlichen Aufbau und in der Funktion gleich umgesetzt. Jede Schaltkupplung 6, 21 ist in dieser Ausführung als Reiblamellenkupplung umgesetzt.
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Jede Schaltkupplung 6, 21 weist folglich zwei Kupplungsbestandteile 7, 11 und 23, 25 auf, die in einer geschlossenen Stellung drehmomentübertragend (über einen Reibkraftschluss) miteinander verbunden sind und in einer geöffneten Stellung frei relativ zueinander verdrehbar sind. Jeder erste Kupplungsbestandteil 7, 23 der Schaltkupplungen 6, 21 weist einen ersten Träger 8, 22 auf, der als Außenträger umgesetzt ist und mehrere erste Reibelemente 10, 24 drehfest sowie axial relativ zueinander verschiebbar aufnimmt. Jeder zweite Kupplungsbestandteil 11, 25 der Schaltkupplungen 6, 21 weist einen zweiten Träger 26, 32 auf, der als Innenträger umgesetzt ist und mehrere zweite Reibelemente 27, 33 drehfest sowie axial relativ zueinander verschiebbar aufnimmt.
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Die mit dem Bezugszeichen 6 gekennzeichnete erste Schaltkupplung ist erfindungsgemäß mit ihrem ersten Kupplungsbestandteil 7 direkt an dem Rotor 4 angebracht. Der erste Kupplungsbestandteil 7 der ersten Schaltkupplung 6 ist mit seinem ersten Träger 8 direkt an dem Rotor 4 angebracht / befestigt. In dieser Ausführung ist der erste Kupplungsbestandteil 23 / der erste Träger 22 der zweiten Schaltkupplung 21 über den ersten Träger 8 indirekt an dem Rotor 4 befestigt.
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Des Weiteren weist der erste Kupplungsbestandteil 7 der ersten Schaltkupplung 6, wie bereits erwähnt, mehrere in axialer Richtung relativ zueinander verschiebbare sowie drehfest an dem ersten Träger 8 aufgenommene erste Reibelemente 10 auf. Der zweite Kupplungsbestandteil 11 weist den zweiten Träger 26 sowie mehrere drehfest und axial relativ zueinander verschiebbar an diesem zweiten Träger 26 aufgenommene zweite Reibelemente 27 auf. Der erste Träger 8 bildet einen Außenlamellenträger und der zweite Träger 26 bildet einen Innenlamellenträger.
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Auf ähnliche Weise weist die zweite Schaltkupplung 21 einen ersten Träger 22 auf, an dem mehrere erste Reibelemente 24 verdrehfest sowie axial relativ zueinander verschiebbar aufgenommen sind. Der zweite Kupplungsbestandteil 25 der zweiten Schaltkupplung 21 weist wiederum den zweiten Träger 32 und mehrere zweite Reibelemente 33 auf, die an dem zweiten Träger 32 verdrehfest sowie axial relativ zueinander verschiebbar aufgenommen sind.
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Zum Betätigen der ersten Schaltkupplung 6 ist eine erste Betätigungseinheit 18 vorhanden; zum Betätigen der zweiten Schaltkupplung 21 ist eine zweite Betätigungseinheit 28 vorhanden. Die jeweilige hydraulische Betätigungseinheit 18, 28 weist axial verschiebbare Kolben 29a, 29b auf, die die Kupplungen 6, 21 zwischen ihren geöffneten und geschlossenen Stellungen verstellen.
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Aus 1 geht auch hervor, dass der erste Träger 8 der ersten Schaltkupplung 6 einen mehrstufigen Topf bildet. Der erste Träger 8 weist dabei zwei axial und radial zueinander versetzte, zur axialen Abstützung ausgebildete Stützbereiche 12a, 12b sowie zwei axial und radial zueinander versetzte, zur radialen Abstützung ausgebildete Stützbereiche 12c, 12d auf. Mit einem ersten Stützbereich 12a liegt der erste Träger 8 unmittelbar an einem axialen Fortsatz 34 des Rotors 4 an. Dieser erste Stützbereich 12 schließt an einen die ersten Reibelemente 10 aufnehmenden Hülsenbereich 35 des ersten Trägers 8 an und erstreckt sich von dem Hülsenbereich 35 aus in radialer Richtung nach innen. Neben dem ersten Stützbereich 12a ist radial innerhalb dessen ein weiterer zweiter Stützbereich 12b vorhanden, über den der erste Träger 8 ebenfalls axial an dem Rotor 4 anliegt. Radial zwischen den beiden Stützbereichen 12a, 12b verläuft ein dritter Stützbereich 12c, der an einer radialen Innenseite 14 des Rotors 4 abgestützt ist. Des Weiteren ist ein vierter Stützbereich 12d vorhanden, der ebenfalls radial von innen an dem Rotor 4 abgestützt ist.
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Somit ist der erste Träger 8 der ersten Schaltkupplung 6 mit seinem Hülsenbereich 35 axial versetzt zu dem Rotor 4 angeordnet, jedoch mit seinen Stützbereichen 12a, 12b, 12c, 12d direkt in Anlage sowie teilweise radial innerhalb des Rotors 4 angeordnet. Der erste Träger 8 ist in dieser Ausbildung weiter mit einer Fluidleithülse 36, die weiter auf dem Lagerdom 37, unter Ausbildung einer Drehdurchführung, gelagert ist, verbunden. Der Lagerdom 37 ist unmittelbarer Bestandteil des Gehäuses 30.
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Nachfolgend werden in Verbindung mit den verschiedenen Ausführungsbeispielen des erfindungsgemäßen Antriebssystems 1 die unterschiedlichen Verbindungsarten zwischen dem ersten Träger 8 und dem Rotor 4 beschrieben. Es sei darauf hingewiesen, dass die weiteren Ausführungsbeispiele der 2 bis 8 in ihrem Aufbau und ihrer Funktion im Wesentlichen dem ersten Ausführungsbeispiel nach 1 entsprechen, weshalb der Kürze wegen nachfolgend lediglich die Unterschiede zwischen diesen Ausführungsbeispielen beschrieben sind.
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Gemäß den 1 bis 8 sind unterschiedliche stoffschlüssige, formschlüssige und kraftschlüssige Verbindungen 15, 16, 17 zwischen dem ersten Träger 8 und dem Rotor 4 umsetzbar.
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In 1 ist eine kraftschlüssige Verbindung17 dargestellt, in der mehrere in Umfangsrichtung verteilte Verbindungsstifte / Befestigungsstifte 38 den ersten Träger 8 direkt an dem Rotor 4 festlegen. Die Befestigungsstifte 38 sind jeweils in dem axialen Fortsatz 34 des Rotors 4 verankert und an dem ersten Träger 8, hier an dem ersten Stützbereich 12a, fixiert/ abgestützt.
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Weitere Verbindungen mit Befestigungsstiften 38 sind mit den Ausführungsbeispielen der 5 bis 7 veranschaulicht. In 5 ist der Befestigungsstift 38, ähnlich wie in 1, in einem (ersten) Aufnahmeloch 40a des ersten Träger 8 sowie einem (zweiten) Aufnahmeloch 40b des Rotors 4 eingepresst und folglich als Pressstift umgesetzt. Die beiden Aufnahmelöcher 40a, 40b sind als Sacklöcher umgesetzt.
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In 6 ist, im Vergleich zu 5, das erste Aufnahmeloch 40a als Durchgangsloch umgesetzt. Der Befestigungsstift 38 ragt dabei derart weit aus diesem ersten Aufnahmeloch 40a hinaus, dass er in diesem Bereich bevorzugt umgeformt ist, unter Ausbildung eines Nietstiftes.
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In 7 schließt der Befestigungsstift 38, im Vergleich zu 6, bündig mit einem Ende des ersten Aufnahmelochs 40a ab und steht somit nicht über dieses hinaus.
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Mit den 2 und 3 ist wiederum zu erkennen, dass es auch von Vorteil ist, den ersten Träger 8 an den Rotor 4 stoffschlüssig anzubringen, nämlich anzuschweißen. Der erste Träger 8 ist an der axialen Seite 13 des Rotors 4 unmittelbar über die stoffschlüssige Verbindung 15 / Verschweißung angebracht.
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Alternativ zu der stoffschlüssigen Verbindung 15 oder kraftschlüssigen Verbindung 17 ist auch eine formschlüssige Verbindung 16 gemäß 4 umsetzbar. Hierbei ist eine Steckverzahnung zwischen dem ersten Träger 8 und dem Rotor 4 vorhanden, um den ersten Träger 8 drehfest mit dem Rotor 4 zu verbinden.
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Auch sind in weiteren erfindungsgemäßen Ausführungen form- und kraftschlüssige Verbindungen umgesetzt, bevorzugt als Clinch-Verbindungen.
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Wie aus den 1 und 2 hervorgeht, ist der erste Träger 22 der zweiten Schaltkupplung 21 auf unterschiedliche Weise bei Vergleich der Ausführungsbeispiele angebracht. Während dieser erste Träger 22 in 1 mit dem ersten Träger 8 der ersten Schaltkupplung 6 über eine Formschlussverbindung 39 (Verzahnung) und folglich indirekt mit dem Rotor 4 verbunden ist, ist dieser erste Träger 22 in 2 alternativ direkt an dem Rotor 4 angebracht.
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In 2 ist für die Anbringung des ersten Trägers 22 der zweiten Schaltkupplung 21 an dem Rotor 4 eine stoffschlüssige Verbindung 15 gewählt, es sei jedoch darauf hingewiesen, dass dieser erste Trägers 22 auch auf andere Weise, nämlich wie der erste Träger 8 der ersten Schaltkupplung 6 formschlüssig oder kraftschlüssig anbringbar ist.
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Des Weiteren sei prinzipiell darauf hingewiesen, dass in weiteren Ausführungen auch lediglich die erste Schaltkupplung 6 als alleinige Schaltkupplung vorgesehen ist.
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Des Weiteren geht auch aus den 2 und 8 hervor, dass die Betätigungseinheiten 18, 28 als Doppelnehmerzylinder, d.h. jeweils als ein (konzentrischer) Nehmerzylinder realisiert sind. Dabei ist stets ein Teil des jeweiligen Kolbens 29a, 29b radial innerhalb sowie axial auf gleicher Höhe mit dem Rotor 4 angeordnet.
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In anderen Worten ausgedrückt, werden verschiedene erfindungsgemäße Anbindungsarten umgesetzt, die es ermöglichen eine Drehmomentenmitnahme des Scheibenläufers 2 direkt an die Schaltkupplung 6 zu gewährleisten. Hier werden lösbare und unlösbare Verbindungen 15, 16, 17 dargestellt. Lösbare Verbindungen 16, 17 werden dann bevorzugt, wenn die Einzelteile unabhängig voneinander gestaltet und geprüft werden sollen. Als Verbindungsart kommen alle Verbindungen in Frage, die eine Drehmomentenmitnahme gewährleisten. Dies können u.a. Stiftverbindungen, Verzahnungen, Clinch-Verbindungen, Schweißverbindungen darstellen. Bei den lösbaren, gesteckten Verbindungen 17 ist darauf zu achten, dass diese auch eine axiale Scherung aufweisen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Antriebssystem
- 2
- Scheibenläufermotor
- 3
- Getriebeeinrichtung
- 4
- Rotor
- 5a
- erster Eingang
- 5b
- zweiter Eingang
- 6
- Schaltkupplung
- 7
- erster Kupplungsbestandteil der ersten Schaltkupplung
- 8
- erster Träger der ersten Schaltkupplung
- 9
- Drehachse
- 10
- erstes Reibelement der ersten Schaltkupplung
- 11
- zweiter Kupplungsbestandteil der ersten Schaltkupplung
- 12a
- erster Stützbereich
- 12b
- zweiter Stützbereich
- 12c
- dritter Stützbereich
- 12d
- vierter Stützbereich
- 13
- axiale Seite
- 14
- Innenseite
- 15
- stoffschlüssige Verbindung
- 16
- formschlüssige Verbindung
- 17
- kraftschlüssige Verbindung
- 18
- erste Betätigungseinheit
- 19
- Wälzlager
- 20
- Lagerbereich
- 21
- zweite Schaltkupplung
- 22
- erster Träger der zweiten Schaltkupplung
- 23
- erster Kupplungsbestandteil der zweiten Schaltkupplung
- 24
- erstes Reibelement der zweiten Schaltkupplung
- 25
- zweiter Kupplungsbestandteil der zweiten Schaltkupplung
- 26
- zweiter Träger der ersten Schaltkupplung
- 27
- zweites Reibelement der ersten Schaltkupplung
- 28
- zweite Betätigungseinheit
- 29a
- erster Kolben
- 29b
- zweiter Kolben
- 30
- Gehäuse
- 31a
- erste Eingangswelle
- 31b
- zweite Eingangswelle
- 32
- zweiter Träger der zweiten Schaltkupplung
- 33
- zweites Reibelement der zweiten Schaltkupplung
- 34
- Fortsatz
- 35
- Hülsenbereich
- 36
- Fluidleithülse
- 37
- Lagerdom
- 38
- Befestigungsstift
- 39
- Formschlussverbindung
- 40a
- erstes Aufnahmeloch
- 40b
- zweites Aufnahmeloch
