DE102019207786A1

DE102019207786A1 - Elektrischer Antrieb für ein Fahrzeug in einem Gehäuse

Info

Publication number: DE102019207786A1
Application number: DE102019207786.2A
Authority: DE
Inventors: Andreas Jung; Matthias WESA
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2019-05-28
Filing date: 2019-05-28
Publication date: 2020-12-03
Also published as: WO2020239549A1

Abstract

Es wird ein elektrischer Antrieb für ein Fahrzeug in einem Gehäuse (1), mit zumindest einer elektrischen Maschine mit einem Stator (2) und einem Rotor (3), welcher über zumindest ein Übersetzungsgetriebe und ein Differentialgetriebe (4) mit Abtriebswellen (5, 6) zum Antrieb des Fahrzeuges in Wirkverbindung steht, wobei der Rotor (3) der elektrischen Maschine koaxial zu den Abtriebswellen (5, 6) angeordnet ist und über ein zentrales erstes Festlager (7) sowie über weitere Loslager (8, 9) gelagert ist vorgeschlagen, wobei als Übersetzungsgetriebe zumindest ein erster mit dem Rotor (3) verbundener Planetengetrieberadsatz (PS1) und zumindest ein zweiter mit dem Differentialgetriebe (4) verbundener Planetengetrieberadsatz (PS2) vorgesehen ist, wobei zur rotorseitigen Axialkraftabstützung der beiden miteinander gekoppelten Planetengetrieberadsätze (PS1, PS2) zumindest ein erstes Axiallager (10) axial gesehen vor dem zentralen Festlager (7) angeordnet ist. Ferner wird ein Verfahren zur Montage eines elektrischen Antriebes für ein Fahrzeug in einem Gehäuse (1) vorgeschlagen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektrischen Antrieb für ein Fahrzeug in einem Gehäuse gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher definierten Art. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Montage des elektrischen Antriebes.
Beispielsweise aus der Druckschrift DE 198 41 159 A1 ist eine Antriebsanordnung in einem Gehäuse für ein Kraftfahrzeug bekannt. Die Antriebsanordnung umfasst einen Elektromotor mit einem Stator und einem Rotor, der über ein nachgeschaltetes, Antriebswellen umfassendes Ausgleichsgetriebe mit Antriebsrädern eines Kraftfahrzeuges in Wirkverbindung steht. Bei der bekannten Antriebsanordnung ist der Rotor koaxial zu den Abtriebswellen angeordnet. Der Rotor ist über ein Planetengetriebe mit dem Differentialgetriebe bzw. Ausgleichsgetriebe verbunden.
Es hat sich gezeigt, dass bei der bekannten Antriebsanordnung ein sehr komplex aufgebautes Gehäuse mit einer Vielzahl von Lagerstellen erforderlich ist, die zur Spieleinstellung jeweils separat eingemessen und eingebaut werden müssen. Ferner sind mehrere Schrägkugellager beziehungsweise Kegelrollenlager vorgesehen. Es ergibt sich eine sehr aufwändige Montage sowie eine aufgrund ihres komplexen Aufbaus kostenintensive Antriebsanordnung.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen elektrischen Antrieb und ein Montageverfahren der eingangs beschriebenen Gattung vorzuschlagen, sodass ein möglichst kostengünstiger und einfach zu montierender elektrischer Antrieb realisiert wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruche 1 bzw. 10 gelöst. Vorteilhafte Ausführungen ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen und der Beschreibung sowie den Zeichnungen.
Somit wird ein elektrischer Antrieb für ein Fahrzeug in einem Gehäuse mit zumindest einer elektrischen Maschine mit einem Stator und einem Rotor vorgeschlagen, welcher über ein Übersetzungsgetriebe und ein Differentialgetriebe mit Abtriebswellen zum Antrieb des Fahrzeuges in Wirkverbindung steht. Der Rotor der elektrischen Maschine ist bauraumgünstig koaxial zu den Abtriebswellen angeordnet und über ein zentrales Festlager sowie über weitere Loslager gelagert. Um einen besonders kostengünstigen und montagefreundlichen elektrischen Antrieb vorzuschlagen, ist vorgesehen, dass als Übersetzungsgetriebe zumindest ein erster mit dem Rotor verbundener Planetengetrieberadsatz und zumindest ein zweiter mit dem Differentialgetriebe verbundener Planetengetrieberadsatz vorgesehen ist, wobei zur Axialkraftabstützung der beiden miteinander gekoppelten Planetengetrieberadsätze zumindest ein erstes axial gesehen vor dem zentralen Festlager angeordnetes Axiallager vorgesehen ist.
Auf diese Weise werden Bauteile, wie zum Beispiel der Rotor und Teile des ersten Planetengetrieberadsatzes, welche besonders hohe Drehzahlen und Belastungen erfahren, gehäuseseitig axial abgestützt, sodass das zentral angeordnete erste Festlager des Rotors möglichst frei von Axialkräften der beiden Planetengetrieberadsätze ist. Demzufolge sind sämtliche Lagerungen kostengünstig und effizient ausführbar und es ergeben sich zudem Montagevorteile, insbesondere bei der Spieleinstellung.
Um das zentrale erste Festlager des Rotors vor Axialkraftbeanspruchungen zu schützen, ist im Rahmen einer Weiterbildung vorgesehen, dass das erste Axiallager einen mit einem Sonnenrad des zweiten Planetengetrieberadsatz verbundenen Planetenradträger des ersten Planetengetrieberadsatzes im Bereich des Rotors an dem Gehäuse abstützt. Diese Anordnungsposition des ersten Axiallagers ist ideal, um die durch die Verzahnung bei den beiden gekoppelten Planetengetrieberadsätzen entstehenden Axialkräfte in das Gehäuse einzuleiten, sodass keine Axialkrafteinleitung in das zentrale erste Festlager des Rotors erfolgt.
Auf der dem Rotor abgewandten Seite der beiden Planetengetrieberadsätze ist zur Axialkraftabstützung ein zweites Axiallager vorgesehen. Da die mit dem Differentialgetriebe verbundenen Teile des zweiten Planetengetrieberadsatzes deutlich geringere Drehzahlen aufweisen, ergeben sich für das zweite Axiallager nur geringe Belastungen, sodass ein kostengünstiges Lager eingesetzt werden kann. Demzufolge können die auftretenden Axialkräfte von den beiden miteinander gekoppelten Planetengetrieberadsätzen auf der rotorabgewandten Seite auch auf einfachste Weise aufgenommen werden.
Um diese Axialkraftabstützung besonders konstruktiv einfach zu gestalten, ist vorgesehen, dass das zweite Axiallager ein Sonnenrad des zweiten Planetengetrieberadsatzes an einem Planetenradträger des zweiten Planetengetrieberadsatzes abstützt, wobei der Planetenradträger des zweiten Planetengetrieberadsatzes schließlich an einem zweiten Festlager zur Lagerung der Abtriebswellen abgestützt ist. Somit ergibt sich eine konstruktiv einfache und kostengünstige Einleitung der auftretenden Axialkräfte in das Gehäuse über das bereits vorhandene Festlager der Abtriebswelle.
Vorzugsweise können die vorbeschriebenen Festlager durch sogenannte Rillenkugellager realisiert werden. Es ist jedoch auch denkbar, dass andere sowohl Radial- als auch Axialkräfte aufnehmende Lagerungen eingesetzt werden können. Hinsichtlich der Axiallager zum Lagern der Planetenradsätze und auch der vorgesehenen Loslager zum Lagern des Rotors können vorzugsweise kostengünstige Rollen- oder Nadellager verwendet werden. Es sind jedoch auch andere kosten- und bauraumgünstige Lagerarten einsetzbar.
Eine konstruktiv einfache Gestaltung des Gehäuses kann dadurch realisiert werden, dass ein zentrales Gehäuse zur Aufnahme des kompletten elektrischen Antriebes einschließlich der Abtriebswellen vorgesehen ist, wobei das Gehäuse einen ersten Deckel zur axialen Durchführung der ersten Abtriebswelle und einen zweiten Deckel zur axialen Durchführung der zweiten Abtriebswelle aufweist. Hierdurch wird auch eine besonders einfache Montage des elektrischen Antriebes von beiden Seiten durch die anschraubbaren Deckel ermöglicht. Zudem können die deckelseitig vorgesehenen Lager besonders einfach montiert werden, da der Rotor auf der dem ersten Deckel zugewandten Seite über ein erstes Loslager gehäuseseitig und über ein zweites Loslager abtriebswellenseitig gelagert ist und wobei der Rotor auf der dem zweiten Deckel zugewandten Seite über das erste Festlager gelagert ist.
Eine besonders bauraumsparende Anordnung kann dadurch realisiert werden, dass das Differentialgetriebe radial innerhalb des Rotors der elektrischen Maschine angeordnet ist, sodass sich eine radial geschachtelte Bauweise von Rotor und Differentialgetriebe ergibt. Ferner ergibt sich ein weiterer Bauraumvorteil, wenn beispielsweise die beiden miteinander gekoppelten Planetengetrieberadsätze axial zwischen dem ersten Festlager des Rotors und einem zweiten Festlager angeordnet sind. Es ist jedoch auch möglich, dass je nach Einsatzgebiet andere Anordnungsmöglichkeiten des Differentialgetriebes realisiert werden. Insbesondere wenn ausreichend axialer Bauraum vorhanden ist, ist es denkbar, dass das Differentialgetriebe axial neben den Planetengetrieberadsätzen und dem Rotor der elektrischen Maschine angeordnet wird, um dadurch radialen Bauraum einzusparen.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung liegt darin, dass ein Verfahren zur Montage des vorbeschriebenen elektrischen Antriebes beansprucht wird. Hieraus ergeben sich die vorbeschriebenen und weitere Vorteile.
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand der Zeichnungen weiter erläutert. Es zeigen:

1 eine schematische Ansicht einer ersten Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen elektrischen Antriebes;
2 eine schematische Ansicht einer zweiten Ausführungsvariante des elektrischen Antriebes;
3 eine geschnittene Ansicht der ersten Ausführungsvariante gemäß 1; und
4 eine Explosionsdarstellung des elektrischen Antriebes zur Erläuterung der Montage.

In den 1 bis 4 sind verschiedene Ansichten und Ausführungsvarianten eines elektrischen Antriebes für ein Fahrzeug in einem Gehäuse 1 mit einer elektrischen Maschine mit einem Stator 2 und einem Rotor 3 beispielhaft dargestellt.
Der Rotor 3 ist über einen ersten Planetengetrieberadsatz PS1 und einen mit diesem gekoppelten zweiten Planetengetrieberadsatz PS2 mit einem Differentialgetriebe 4 gekoppelt, wobei das Differentialgetriebe 4 eine erste Abtriebswelle 5 und eine zweite Abtriebswelle 6 antreibt, die jeweils Fahrzeugräder des Fahrzeuges antreiben. Der Rotor 3 der elektrischen Maschine ist koaxial zu den Abtriebswellen 5, 6 angeordnet und über ein zentrales Festlager 7, welches als Rillenkugellager zum Aufnehmen von Radial- und Axialkräften ausgeführt ist sowie über weitere Loslager 8, 9 in dem Gehäuse 1 gelagert.
Um eine besonders bauraumfreundliche und lagerfreundliche Ausgestaltung bei dem elektrischen Antrieb zu realisieren, ist vorgesehen, dass zur gehäuseseitigen Axialkraftabstützung der beiden miteinander gekoppelten Planetengetrieberadsätzen PS1, PS2 zumindest ein erstes axial gesehen vor dem zentralen ersten Festlager 7 angeordnetes Axiallager 10 vorgesehen ist. Demzufolge erfolgt keine Axialkraftabstützung der Planetengetrieberadsätze PS1, PS2 an dem zentralen Festlager 7.
Wie insbesondere aus den 1 bis 4 ersichtlich ist, ist das erste Axiallager 10 axialgesehen zwischen dem zentralen ersten Festlager 7 und dem ersten Planetengetrieberadsatz PS1 angeordnet. Demzufolge stützt das erste Axiallager 10 einen mit einem Sonnenrad SR2 des zweiten Planetengetrieberadsatz PS2 verbundenen Planetenradträger PT1 des ersten Planetengetrieberadsatzes PS1 vor dem Rotor 3 an dem Gehäuse 1 ab. Zur Axialkraftabstützung der beiden miteinander gekoppelten Planetengetrieberadsätze PS1, PS2 in eine vom Rotor 3 abgewandte Richtung ist ein zweites Axiallager 11 angeordnet. Das zweite Axiallager 11 stützt ein Sonnenrad SR2 des zweiten Planetengetrieberadsatzes PS2 an einem Planetenradträger PT2 des zweiten Planetengetrieberadsatzes PS2 ab, wobei der Planetenradträger PT2 des zweiten Planetengetrieberadsatzes PS2 an einem zweiten Festlager 12 zur Lagerung der Abtriebswellen 5, 6 abgestützt ist
Ein Hohlrad HR2 des zweiten Planetengetrieberadsatz PS2 ist mit dem Gehäuse 1 verbunden und der Planetenradträger PTR2 als Ausgang des zweiten Planetengetrieberadsatzes PS2 ist mit dem Differentialgetriebe 4 verbunden. Das Sonnenrad SR2 des zweiten Planetengetrieberadsatzes PS2 ist zur Kopplung mit einem Planetenradträger PT1 als Ausgang des ersten Planetengetrieberadsatzes PS1 verbunden. Ein Hohlrad HR1 des ersten Planetengetrieberadsatzes PS1 ist mit dem Gehäuse 1 verbunden, wobei ein Sonnenrad SR1 als Eingang des ersten Planetengetrieberadsatzes PS1 mit dem Rotor 3 verbunden ist.
Wie insbesondere in 3 zu sehen ist, weist das Gehäuse 1 einen ersten Deckel 13 zur axialen Durchführung der ersten Abtriebswelle 5 und einen zweiten Deckel 14 zur axialen Durchführung der zweiten Abtriebswelle 6 auf. Neben dem zentralen ersten Festlager 7 ist der Rotor 3 auf der dem ersten Deckel 13 zugewandten Seite über ein erstes Loslager 8 gehäuseseitig und über ein zweites Loslager 9 abtriebswellenseitig gelagert, während der Rotor 3 auf der dem zweiten Deckel 14 zugewandten beziehungsweise dem ersten Deckel 13 abgewandten Seite über das zentrale erste Festlager 7 gelagert ist.
Unabhängig von den jeweiligen Ausführungsvarianten sind der erste Planetengetrieberadsatz PS1 und der zweite Planetengetrieberadsatz PS2 axial nebeneinander angeordnet und axial zwischen dem ersten Festlager 7 des Rotors 3 und dem zweiten Festlager 12 angeordnet. Bei dem ersten Festlager 7 und dem zweiten Festlager 12 handelt es sich um Rillenkugellager, während die beiden Loslager 8, 9 als Rollen- beziehungsweise Nadellager ausgeführt sind.
Die erste Ausführungsvariante gemäß 1, 3 und 4 unterscheidet sich von der zweiten Ausführungsvariante gemäß 2 dadurch, dass das Differentialgetriebe 4 radial innerhalb des Rotors 3 der elektrischen Maschine angeordnet ist, während bei der zweiten Ausführungsvariante das Differentialgetriebe 4 axial neben dem Rotor 3 und neben den beiden Planetengetrieberadsätzen PS1, PS2 angeordnet ist.
Gemäß 4 ist eine Explosionsdarstellung zur Erläuterung der Montagereihenfolge dargestellt. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Montage des elektrischen Antriebes ist ein hoher Vormontagegrad der einzelnen Baugruppen möglich. Im Rahmen der Montage wird zunächst der Rotor 3 auf der Seite des ersten Deckels 13 in den gehäusefesten Stator 2 der elektrischen Maschine axialseitig montiert. Das Differentialgetriebe 4 wird in den vormontierten Rotor 3 axial eingesetzt. Die erste Abtriebswelle 5 des Differentialgetriebes 4 wird mit dem ersten Deckel 13 axialseitig in das Gehäuse 1 vormontiert. Anschließend wird der erste Planetengetrieberadsatz PS1 auf der Seite des zweiten Deckels 14 axialseitig in das Gehäuse montiert. Danach wird der zweite Planetengetrieberadsatz PS2 in das Gehäuse 1 axialseitig montiert. Die zweite Abtriebswelle 6 wird mit dem zweiten Deckel 14 axialseitig montiert und anschließend wie auch der erste Deckel 13 an dem Gehäuse 1 verschraubt.
Zum Einstellen des Axialspiels wird bei der Montage lediglich eine Einstellscheibe 16 z. B. bei dem ersten Axiallager 10 vorgesehen. Mit der Einstellscheibe 16 kann das axiale Spiel entsprechend eingestellt werden. Es ist möglich, dass weitere Einstellscheiben bei den anderen Lagern vorgesehen werden. Die Montagereihenfolge ist in 4 durch entsprechende Pfeile angedeutet.
Bezugszeichenliste

1: Gehäuse
2: Stator
3: Rotor
4: Differentialgetriebe
5: erste Abtriebswelle
6: zweite Abtriebswelle
7: zentrales erstes Festlager
8: erstes Loslager
9: zweites Loslager
10: erstes Axiallager
11: zweites Axiallager
12: zweites Festlager
13: erster Deckel
14: zweiter Deckel
16: Einstellscheibe
PS1: erster Planetengetrieberadsatz
PS2: zweiter Planetengetrieberadsatz
HR1: Hohlrad des ersten Planetengetrieberadsatzes
HR2: Hohlrad des zweiten Planetengetrieberadsatzes
PT1: Planetenradträger des ersten Planetengetrieberadsatzes
PT2: Planetenradträger des zweiten Planetengetrieberadsatzes
SR1: Sonnenrad des ersten Planetengetrieberadsatzes
SR2: Sonnenrad des zweiten Planetengetrieberadsatzes

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 19841159 A1 [0002]

Claims

Elektrischer Antrieb für ein Fahrzeug in einem Gehäuse (1), mit zumindest einer elektrischen Maschine mit einem Stator (2) und einem Rotor (3), welcher über zumindest ein Übersetzungsgetriebe und ein Differentialgetriebe (4) mit Abtriebswellen (5, 6) zum Antrieb des Fahrzeuges in Wirkverbindung steht, wobei der Rotor (3) der elektrischen Maschine koaxial zu den Abtriebswellen (5, 6) angeordnet ist und über ein zentrales erstes Festlager (7) sowie über zumindest ein Loslager (8, 9) gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass als Übersetzungsgetriebe zumindest ein erster mit dem Rotor (3) verbundener Planetengetrieberadsatz (PS1) und zumindest ein zweiter mit dem Differentialgetriebe (4) verbundener Planetengetrieberadsatz (PS2) vorgesehen ist, wobei zur Axialkraftabstützung der beiden miteinander gekoppelten Planetengetrieberadsätze (PS1, PS2) zumindest ein erstes axial gesehen vor dem zentralen Festlager (7) angeordnetes Axiallager (10) vorgesehen ist.
Elektrischer Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Axiallager (10) einen mit einem Sonnenrad (SR2) des zweiten Planetengetrieberadsatz (PS2) verbundenen Planetenradträger (PT1) des ersten Planetengetrieberadsatzes (PS1) an dem Gehäuse (1) abstützt.
Elektrischer Antrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Axialkraftabstützung der beiden miteinander gekoppelten Planetengetrieberadsätze (PS1, PS2) in eine vom Rotor (3) abgewandte Richtung ein zweites Axiallager (11) angeordnet ist.
Elektrischer Antrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Axiallager (11) ein Sonnenrad (SR2) des zweiten Planetengetrieberadsatzes (PS2) an einem Planetenradträger (PT2) des zweiten Planetengetrieberadsatzes (PS2) abstützt, wobei der Planetenradträger (PT2) des zweiten Planetengetrieberadsatzes (PS2) an einem zweiten Festlager (12) zur Lagerung der Abtriebswellen (5, 6) abgestützt ist.
Elektrischer Antrieb nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Festlager (7) und ein zweites Festlager (12) jeweils als Rillenkugellager ausgeführt sind.
Elektrischer Antrieb nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes Loslager (8) und ein zweites Loslager (9) jeweils als Rollen- oder Nadellager ausgeführt ist.
Elektrischer Antrieb nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (1) einen ersten Deckel (13) zur axialen Durchführung der ersten Abtriebswelle (5) und einen zweiten Deckel (14) zur axialen Durchführung der zweiten Abtriebswelle (6) aufweist, wobei der Rotor (3) auf der dem ersten Deckel (13) zugewandten Seite über ein erstes Loslager (8) gehäuseseitig und über ein zweites Loslager (9) abtriebswellenseitig gelagert ist und wobei der Rotor (3) auf der dem zweiten Deckel (14) zugewandten Seite über das erste Festlager (7) gelagert ist.
Elektrischer Antrieb nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Planetengetrieberadsatz (PS1) und der zweite Planetengetrieberadsatz (PS2) axial nebeneinander und axial zwischen dem ersten Festlager (7) des Rotors (3) und einem zweiten Festlager (12) zur Lagerung der zweiten Abtriebwelle (6) angeordnet sind.
Elektrischer Antrieb nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Differentialgetriebe (4) radial innerhalb des Rotors (3) der elektrischen Maschine angeordnet ist.
Verfahren zur Montage eines elektrischen Antriebes für ein Fahrzeug in einem Gehäuse (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (3) auf der Seite des ersten Deckels (13) in den gehäusefesten Stator (2) axial montiert wird, dass das Differentialgetriebe (4) in den Rotor (3) axial montiert wird, dass die erste Abtriebswelle (5) mit dem ersten Deckel (13) axial in das Gehäuse (1) montiert wird, dass der erste Planetengetrieberadsatz (PS1) auf der Seite des zweiten Deckels (14) in das Gehäuse (1) axial montiert wird, dass der zweite Planetengetrieberadsatzes (PS2) in das Gehäuse (1) axial montiert wird und dass die zweite Abtriebswelle (6) mit dem zweiten Deckel (14) axial montiert wird und dass der erste Deckel (13) und der zweite Deckel (14) mit dem Gehäuse (1) verschraubt werden.
Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Montage eine Einstellscheibe (16) bei dem ersten Axiallager (10) und/oder dem zweiten Axiallager (11) zum Einstellen des Axialspiels montiert wird.