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Technisches Gebiet
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Wellenverbindung zwischen einer Rotorwelle einer E-Maschine und einer Eingangswelle einer Getriebeanordnung mittels einer Steckverzahnung. Des Weiteren bezieht sich die Erfindung auf die Verwendung der Wellenverbindung in einem E-Achsen-Modul im Antriebsstrang eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs.
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Stand der Technik
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DE 10 2014 215 564 A1 bezieht sich auf eine Verspannanordnung für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs. Es ist eine Steckverzahnung zwischen einer ersten Scheibe und einer zweiten Scheibe und einer Gegenverzahnung vorgesehen. Die erste Scheibe weist eine erste Profilierung auf, die zweite Scheibe eine zweite Profilierung. Beide Profilierungen weisen abstehende Zähne auf, die in eine geeignete Verzahnung der jeweiligen Gegenprofilierung eingreifen. Dabei weisen die Zwischenräume der Gegenprofilierung für die Zähne der ersten Profilierung und der zweiten Profilierung eine Spielpassung auf.
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DE 10 2016 212 815 A1 bezieht sich auf eine Wellenverbindung einer Kraftfahrzeuglenkung sowie eine Lenkung für Kraftfahrzeuge, insbesondere für Nutzfahrzeuge. Zwischen einer Abtriebswelle und einem Abtriebselement ist eine Steckverzahnung vorgesehen. Im Bereich der Steckverzahnung sind an der Abtriebswelle Zähne und an dem Abtriebselement weitere Zähne ausgebildet. Zwischen den Zähnen des Abtriebselements und den Zähnen der Abtriebswelle ist ein geringfügiges Spiel vorhanden. Die Steckverzahnung ist somit als Spielpassung ausgelegt.
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DE 10 2012 218 277 A1 bezieht sich auf eine Handwerkzeugmaschine. Es sind eine Werkzeugaufnahme und eine Antriebsspindel getrennt voneinander ausgebildet und über eine Formschlussverbindung miteinander verbunden. Die Formschlussverbindung ist von miteinander korrespondierenden Passverzahnungen gebildet. Eine Passung der Passverzahnung ist als Gleitsitz ausgeführt. Darunter ist insbesondere eine Spielpassung oder eine Übergangspassung zu verstehen.
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Bei überbestimmt ausgebildeten Lagerungen mit beispielsweise vier Lagern kommt es zu einer Verspannung innerhalb einer Welle-Nabe-Verbindung. Durch sich ungünstig addierende Toleranzen und auftretende Verformungen, zum Beispiel eine Wellendurchbiegung, kommt es zum Auftreten von Radialkräften und Relativbewegungen, beispielsweise in einer Steckverzahnung. Diese Kräfte in Verbindung mit Relativbewegungen der miteinander verbundenen Komponenten führen zu Reibung und damit zu einem sich über die Lebensdauer einstellenden erhöhten Verschleiß.
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Darstellung der Erfindung
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Erfindungsgemäß wird eine Wellenverbindung vorgeschlagen zwischen einer Rotorwelle einer E-Maschine und einer Eingangswelle einer Getriebeanordnung mittels einer Steckverzahnung, wobei die Eingangswelle einen Wellenhohlraum umfasst. Die Steckverzahnung zwischen der Rotorwelle und der Eingangswelle ist in einer Spielpassung ausgeführt.
In vorteilhafter Weiterbildung der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Wellenverbindung umfasst die Steckverbindung eine radiale Stützfläche. Die radiale Stützfläche im Bereich der Steckverbindung ist entweder am Außenumfang der Rotorwelle oder an einer Innenmantelfläche der Eingangswelle ausgeführt, die miteinander über die erfindungsgemäß vorgeschlagene Wellenverbindung verbunden sind.
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In vorteilhafter Weiterbildung der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung ist die radiale Stützfläche im Bereich der Steckverzahnung in einer Minimalspielpassung ausgelegt. Insbesondere erfolgt die Auslegung der Minimalspielpassung derart, dass unter Berücksichtigung einer Toleranzkette des gesamten Systems ein Mindestspiel von 1 µm eingehalten wird. In vorteilhafter Weise wird das Spiel der radialen Stützfläche möglichst gering ausgeführt und das Spiel in der Steckverzahnung so gewählt werden, dass das Auftreten einer Verspannung in vorteilhafter Weise unterbunden wird.
In Weiterbildung der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Wellenverbindung sind die miteinander über die Steckverzahnung mit Spielpassung verbundene Rotorwelle und die Eingangswelle in einer Dreifachlagerung aufgenommen.
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Im Rahmen der Dreifachlagerung ist eine angestellte Lagerung zwischen dem ersten Lager und dem zweiten Lager oder zwischen dem ersten Lager und dem dritten Lager oder zwischen dem zweiten Lager und dem dritten Lager ausgeführt. Es besteht zudem in vorteilhafter Weise die Möglichkeit, eine zusätzliche Anstellung durch mindestens ein Federelement oder ein oder mehrere Shim-Scheiben des dritten Lagers gegen die angestellte Lagerung vorzunehmen.
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Bei der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Wellenverbindung liegen die im Rahmen der angestellten Lagerung ausgebildeten Anstellwinkel vorzugsweise im Bereich zwischen 0°und 45° und besonders bevorzugt zwischen 0° und 20°.
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Darüber hinaus bezieht sich die Erfindung auf die Verwendung der Wellenverbindung in einem E-Achsen-Modul eines elektrisch angetriebenen Personenfahrzeugs, eines elektrisch angetriebenen Nutzfahrzeugs oder eines elektrisch angetriebenen Lastwagens.
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Vorteile der Erfindung
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Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung verbessert die Festigkeit und damit die Dauerhaltbarkeit der Steckverzahnung zwischen der Rotorwelle und der Eingangswelle sowie innerhalb der an diese angrenzenden Bereiche. Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung wird der Transport von Schmierstoff in den Bereich der Steckverzahnung erheblich verbessert. Dadurch kann eine Schädigung, ein höchst unerwünschter Materialabtrag an der Steckverzahnung, vermindert werden, was nicht zuletzt seine Ursache darin hat, dass eine Dreifachlagerung zwischen der Rotorwelle einerseits und der mit dieser über die Steckverzahnung gekoppelten Eingangswelle andererseits vorliegt. Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung kann eine nicht unbedeutende Gewichtsersparnis erreicht werden, ferner wird die Laufruhe erheblich verbessert. Durch die durch die erfindungsgemäße Lösung verbesserte Zugänglichkeit für das Schmiermedium kann ein übermäßiger Verschleiß signifikant verringert und damit die Lebensdauer signifikant erhöht werden. Wird eine angestellte Lagerung sowie eine Spielpassung, insbesondere eine Minimalspielpassung, im Rahmen der Steckverzahnung verwirklicht, so ergibt sich eine äußerst einfache Montagemöglichkeit, eine sehr hohe Lebensdauer und gute Noise-Vibration-Harshness-Eigenschaften. Bei der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lagerung erfolgt eine Steigerung der Effizienz durch den Entfall eines Lagers im Vergleich zu einer Vierfach-Lagerung. Durch den Entfall eines Lagers kann die Verlustleistung reduziert werden. Durch die Reduzierung der Verspannung von Rotorwelle und Eingangswelle durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Wellenverbindung ergibt sich eine drastische Herabsetzung der Reibung und damit eine Verminderung des Verschleißes im System, was mit einer Steigerung der Laufruhe über die Lebensdauer gesehen verbunden ist.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Ausführungsformen der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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Die einzige Figur zeigt einen Schnitt durch eine E-Maschine, die mit einer seitlich an diese angeflanschten Getriebeanordnung gekoppelt ist.
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Figurenliste
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In der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsformen der Erfindung werden gleiche oder ähnliche Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente in Einzelfällen verzichtet wird. Die Figuren stellen den Gegenstand der Erfindung nur schematisch dar.
- 1 zeigt eine E-Maschine 10 mit einem Lagerschild 12. Im Lagerschild 12 der E-Maschine 10 ist ein Ende einer Rotorwelle 14 in einem ersten Lager 16 aufgenommen. Bei dem ersten Lager 16 kann es sich um ein Kugellager handeln oder auch um eine andere Lagerbauart mit einem anderen Wälzkörper, beispielsweise ein Rollen- oder ein Kegelrollenlager oder dergleichen.
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Des Weiteren geht aus 1 hervor, dass das erste Lager 16 in axiale Richtung von mindestens einer Tellerfeder 20 beaufschlagt ist. Anstelle der hier dargestellten einzelnen Tellerfeder 20 kann auch ein Tellerfedernpaket vorgesehen sein. Die Rotorwelle 14 der E-Maschine 10 ist des Weiteren in einem zweiten Lager 22 abgestützt, welches sich in einem Getriebegehäuse 24 befindet. Das zweite Lager 22 ist als Wälzlager ausgeführt und kann beispielsweise - wie in 1 dargestellt - als Kugellager beschaffen sein. Es besteht jedoch analog zur Ausbildung des ersten Lagers 16 die Möglichkeit, das zweite Lager auch mit einer anderen Wälzkörpergeometrie auszustatten, beispielsweise als Kegelrollenlager oder Zylinderlager oder dergleichen.
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Auf der Rotorwelle 14 ist zwischen dem ersten Lager 16 und dem zweiten Lager 22 ein Radialwellendichtring 26 aufgenommen. Dieser kapselt eine E-Maschinenseite 28 von einer Getriebeseite 30 und verhindert, dass Schmiermedium aus dem Getriebegehäuse 24 auf die E-Maschinenseite 28 übertritt.
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1 zeigt des Weiteren, dass ein Zapfen der Rotorwelle 14 in eine Eingangswelle 32 eingeschoben ist. Die Eingangswelle 32 umfasst einen Wellenhohlraum 58 und ist an ihrem Außenumfang mit einem Ritzel 34 versehen. Die Eingangswelle 32 ist über ein drittes Lager 36, das in einen Getriebedeckel 38 aufgenommen ist, abgestützt. Mithin ist die Anordnung aus Rotorwelle 14 und mit dieser gekoppelter Eingangswelle 32 durch eine Dreifachlagerung im Lagerschild 12 der E-Maschine 10 beziehungsweise im Getriebegehäuse 24 und im Getriebedeckel 38 abgestützt.
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Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Wellenverbindung zwischen der Rotorwelle 14 der E-Maschine 10 einerseits und der als Hohlwelle ausgebildeten Eingangswelle 32 der Getriebeanordnung andererseits ist mit einer Steckverzahnung 42 versehen. Die Steckverzahnung 42, durch welche die Rotorwelle 14 und die Eingangswelle 32 über die erfindungsgemäß vorgeschlagene Wellenverbindung miteinander verbunden sind, umfasst eine Spielpassung 50. Insbesondere ist die Spielpassung 50 als eine Minimalspielpassung ausgelegt. Dies bedeutet, dass im vorliegenden Zusammenhang unter Berücksichtigung der Toleranzkette des gesamten Systems ein Mindestspiel von 1 µm eingehalten wird. In vorteilhafter Weise ist das Spiel einer radialen Stützfläche 44 an der Steckverzahnung 42 möglichst minimal ausgeführt und das Spiel in der Steckverzahnung 42 so gewählt, dass eine Verspannung der miteinander gekoppelten Rotorwelle 14 und der Eingangswelle 32 vermieden werden kann. Anstelle der hier beispielsweise dargestellten Steckverzahnung 42 ließe sich auch eine andere Wellenverbindung einsetzen, so zum Beispiel eine Mehrkantwellenverbindung mit ebenfalls einer sehr eng tolerierten Spielpassung zur Erhöhung der Laufruhe. Im Rahmen der Steckverzahnung 42 zwischen der Rotorwelle 14 und der Eingangswelle 32 ist eine radiale Stützfläche 44 ausgeführt. Die radiale Stützfläche 44 kann entweder an einer Innenmantelfläche 40 der als Hohlwelle ausgebildeten Eingangswelle 32 ausgebildet sein; alternativ besteht die Möglichkeit, die radiale Stützfläche 44 auch am Außenumfang des Zapfens der Rotorwelle 14 auszuführen, die durch die Steckverbindung 42 in den Wellenhohlraum 58 im Rahmen der Spielpassung 50 in die Eingangswelle 32 hineinragt.
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1 zeigt des Weiteren, dass im Bereich des dritten Lagers 36 an der Außenseite des Getriebedeckels 38 ein Shim-Ring 46 ausgeführt ist.
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Der Vollständigkeit halber sei erwähnt, dass auf dem Außenumfang der Eingangswelle 32 neben dem zweiten Lager 22 ein Parksperrenrad 48 ausgeführt ist, welches drehfest auf der Eingangswelle 32 angeordnet ist und mit einem in 1 nicht näher dargestellten Parksperrenmechanismus zum Verhindern des Wegrollens des Fahrzeugs im abgestellten Zustand zusammenwirkt. Der hier dargestellte Parksperrenmechanismus stellt eine optional ausführbare Gestaltungsmöglichkeit dar.
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Die Anordnung aus E-Maschine 10 und Getriebeanordnung ist des Weiteren von Kühlkanälen 54 umgeben, welche die Rotor-/Statoranordnung der E-Maschine 10 umschließen. Im Getriebegehäuse 24 ist ein Kanalanschnitt 56 in perspektivischer Wiedergabe dargestellt, über welchen die Kühlkanäle 54, die mäanderförmig entlang des Umfangs des Gehäuses verlaufen, mit Kühlmedium beaufschlagt werden.
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Die Dreifachlagerung der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Wellenverbindung aus Rotorwelle 14 und Eingangswelle 32 mit dem ersten Lager 16, dem zweiten Lager 22 sowie dem dritten Lager 36 ist als angestellte Lagerung 60 ausgebildet. Dadurch wird die Laufruhe der Kombination aus E-Maschine 10 und Getriebeanordnung entscheidend verbessert. Durch die angestellte Lagerung 60, die zwischen dem ersten Lager 16 und dem zweiten Lager 22 ausgebildet wird, lässt sich die Laufruhe der vorgeschlagenen Getriebeanordnung verbessern. Der Anstellwinkel, der im Rahmen der angestellten Lagerung 60 gewählt wird, liegt zwischen 0° und 45° und besonders bevorzugt zwischen 0° und 20°. Zusätzlich zur angestellten Lagerung 60 zwischen dem ersten Lager 16 und dem zweiten Lager 22 kann das dritte Lager 36 beispielsweise über mindestens ein Federelement oder ein oder mehrere Shim-Scheiben 46 gegen die angestellte Lagerung 60 verspannt werden.
Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Wellenverbindung zwischen der Rotorwelle 14 einerseits und der den Wellenhohlraum 58 aufweisenden Eingangswelle 32 andererseits kann eine erhebliche Verbesserung der Festigkeit an der Steckverzahnung 42 und in angrenzenden Bereichen der Antriebskomponenten erreicht werden. Es lässt sich eine erhebliche Verminderung des Verschleißes an der Steckverzahnung 42, welcher durch die statische Überbestimmung bedingt ist, erreichen. Des Weiteren kann durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Wellenverbindung eine erhebliche Gewichtsersparnis durch entsprechende Anordnung der Komponenten erreicht werden. Schließlich zeichnet sich die erfindungsgemäß vorgeschlagene Wellenverbindung dadurch aus, dass diese eine erhebliche Effizienzsteigerung der E-Maschine 10 mit angeflanschtem Getriebe durch einen sehr ruhigen Lauf ermöglicht. Durch die eng tolerierte Spielpassung 50 an der Steckverzahnung 42 kann darüber hinaus eine erhebliche Verbesserung der Zugänglichkeit der Steckverzahnung 42 zuzüglich der radialen Stützfläche 44 für das Schmiermedium erreicht werden. Die Spielpassung 50 an der Steckverzahnung 42 und die Ausbildung der radialen Stützfläche 44 entweder an der Innenmantelfläche 40 der Eingangswelle 32 oder am Außenumfang des Zapfens der Rotorwelle 14 sorgt bei geringem Drehmoment für eine Selbstzentrierung und somit auch bei hohen Drehzahlen für einen sehr ruhigen Lauf der Rotorwelle 14 sowie der Eingangswelle 32. Durch die verbesserte Zugänglichkeit für das Schmiermedium wird ein übermäßiger mechanischer Verschleiß verhindert und die Lebensdauer der Kombination aus E-Maschine 10 und Getriebe erheblich verbessert. Durch die angestellte Lagerung 60 sowie die eng tolerierte Spielpassung 50 an der Steckverzahnung 42 kann eine sehr einfache Montage ermöglicht werden. Des Weiteren können hohe Standzeiten der miteinander verbundenen Komponenten erreicht werden und schließlich sind die Noise-Vibration-Harshness-Eigenschaften der Anordnung aus E-Maschine 10 und angeflanschtem Getriebe durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Wellenverbindung zwischen der Rotorwelle 14 und der Eingangswelle 32 erheblich verbessert. Durch den Entfall eines vierten Lagers kann die Verlustleistung erheblich reduziert werden. Durch die Reduzierung der Verspannung von Rotorwelle 14 und Eingangswelle 32 in Bezug aufeinander stellt sich eine Reduzierung der Reibung und damit verbunden eine Reduzierung des auftretenden Verschleißes über die Lebensdauer ein.
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Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele und die darin hervorgehobenen Aspekte beschränkt. Vielmehr ist innerhalb des durch die Ansprüche angegebenen Bereichs eine Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachmännischen Handelns liegen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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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.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102014215564 A1 [0002]
- DE 102016212815 A1 [0003]
- DE 102012218277 A1 [0004]
