DE102021113574A1 - Drehmomentübertragungsvorrichtung und Hybridvorrichtung - Google Patents

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Stephan Maienschein
Lutz Ische
Christian DINGER
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Drehmomentübertragungsvorrichtung (10) zur Drehmomentübertragung eines von einem Antriebselement (12) erzeugten Drehmoments, aufweisend ein mit dem Antriebselement (12) zur Übertragung des Drehmoments drehfest verbundenes und um eine Drehachse (18) drehbares Abtriebsbauteil (20) und ein mit einem Rotor (26) eines Elektromotors (22) verbundenes und den Rotor (26) lagerndes Rotorbauteil (28), wobei das Abtriebsbauteil (20) über eine drehmomentübertragende Steckverzahnung (38) unmittelbar mit dem Rotorbauteil (28) verbunden ist. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Hybridvorrichtung (11) mit einer derartigen Drehmomentübertragungsvorrichtung (10).

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Drehmomentübertragungsvorrichtung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Hybridvorrichtung mit einer Drehmomentübertragungsvorrichtung.
  • Eine Drehmomentübertragungsvorrichtung ist beispielsweise aus WO 2017/186227 A1 bekannt. Die Drehmomentübertragungsvorrichtung ist in einem Antriebsstrang eines Fahrzeugs angeordnet und umfasst einen Elektromotor mit einem Stator und einem gegenüber diesem um eine Drehachse drehbaren Rotor und einen Drehschwingungsdämpfer mit einem Dämpfereingangsteil, das mit einem Antriebselement verbunden ist und einem gegenüber dem Dämpfereingangsteil begrenzt verdrehbaren Dämpferausgangsteil, das über eine Trennkupplung mit dem Rotor verbunden ist.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, den Bauraum der Drehmomentübertragungsvorrichtung zu verringern. Die Lagerung des Rotors soll kostengünstiger und zuverlässiger umgesetzt werden.
  • Wenigstens eine dieser Aufgaben wird durch eine Drehmomentübertragungsvorrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Dadurch kann die Drehmomentübertragung zwischen dem Abtriebsbauteil und dem Rotorbauteil auf einem kleinen Durchmesser umgesetzt werden. Die Lagerung des Rotorbauteils kann auf einem kleinen Wirkradius erfolgen und der axiale Bauraum der Drehmomentübertragungsvorrichtung verringert werden.
  • Die Drehmomentübertragungsvorrichtung kann in einem Fahrzeug angeordnet sein. Die Drehmomentübertragungsvorrichtung kann in einem Antriebsstrang eines Fahrzeugs angeordnet sein. Die Drehmomentübertragungsvorrichtung kann in einer Hybridvorrichtung angeordnet sein.
  • Das Fahrzeug kann ein Hybridfahrzeug sein. Das Antriebselement kann ein Verbrennungsmotor sein. Das Antriebselement kann eine Kurbelwelle aufweisen, die drehfest mit dem Abtriebsbauteil verbunden ist.
  • Der Rotor kann einen Rotorwirkbereich und einen Rotorträger aufweisen, der den mit einem Statorwirkbereich des Stators elektromagnetisch wirksam gekoppelten Rotorwirkbereich trägt. Der Rotorträger kann fest mit dem Rotorwirkbereich verbunden, insbesondere einteilig ausgeführt, sein. An dem Rotorwirkbereich können Permanentmagnete und/oder elektrische leitende Spulenwicklungen angeordnet sein. Der Rotorwirkbereich kann radial innerhalb oder außerhalb von dem Statorwirkbereich angeordnet sein. Das Rotorbauteil kann mit dem Rotorträger fest verbunden, insbesondere einteilig ausgeführt, sein. Das Rotorbauteil kann als Nabe oder Welle ausgeführt sein.
  • Das Abtriebsbauteil kann axial zwischen dem Antriebselement und dem Elektromotor angeordnet sein. Das Abtriebsbauteil kann axial beabstandet zu dem Rotorwirkbereich und/oder dem Statorwirkbereich angeordnet sein. Das Abtriebsbauteil kann eine Schwungscheibe zur Erhöhung der Massenträgheit und zur Verringerung von Drehschwingungen des Antriebselements aufweisen. Das Abtriebsbauteil kann einen radialen Abschnitt aufweisen, mit dem das Antriebselement form-, kraft- und/oder stoffschlüssig verbunden ist. Das Antriebselement kann mit dem radialen Abschnitt verschraubt sein. An den radialen Abschnitt kann ein Axialabschnitt anschließen, an dem die Steckverzahnung angeordnet ist.
  • Das Abtriebsbauteil ist zur Drehmomentübertragung des von dem Antriebselement ausgehenden Drehmoments bevorzugt drehfest mit dem Antriebselement und um die Drehachse drehbar verbunden. Ein Drehschwingungsdämpfer zwischen dem Antriebselement und dem Abtriebsbauteil oder dem Rotorbauteil kann ausgelassen werden.
  • Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist es vorteilhaft, wenn das Rotorbauteil über wenigstens ein Lagerelement gelagert ist, wobei die Steckverzahnung radial innerhalb des Lagerelements angeordnet ist. Das Lagerelement kann zwischen dem Rotorbauteil und einem Gehäusebauteil angeordnet sein. Das Gehäusebauteil kann mit einem Gehäuse, beispielsweise einem Motorgehäuse oder einem Getriebegehäuse, verbunden sein. Das Gehäusebauteil kann mit dem Gehäuse einteilig ausgeführt sein.
  • Das Lagerelement kann das Rotorbauteil an dem Gehäusebauteil lagern. Das Lagerelement kann ein Wälzlager und/oder Gleitlager sein. Das Lagerelement kann das Rotorbauteil axial und/oder radial gegenüber dem Gehäusebauteil lagern.
  • Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist es vorteilhaft, wenn die Steckverzahnung und das Lagerelement zumindest teilweise axial überlappend angeordnet sind. Dadurch kann die Drehmomentübertragungsvorrichtung axial kompakter aufgebaut werden.
  • Bei einer vorzugsweisen Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Rotorbauteil einen Axialabschnitt aufweist, an dessen Innenumfang ein Verzahnungsbereich für die Steckverzahnung angeordnet ist. Der Axialabschnitt kann kreisringförmig, stufenweise oder konisch ausgeführt sein. Der Axialabschnitt kann auf einer dem Antriebselement zugewandten axialen Seite einen kleineren Aussendurchmesser aufweisen als auf der dem Antriebselement abgewandten axialen Seite.
  • Das Abtriebsbauteil kann zur Bildung der Steckverzahnung einen Gegenverzahnungsbereich zur formschlüssigen Verbindung mit dem Verzahnungsbereich des Rotorbauteils aufweisen. Der Gegenverzahnungsbereich kann an einem Aussenumfang eines axialen Abschnitts des Abtriebsbauteils angeordnet sein.
  • Auch eine umgekehrte Anordnung ist möglich, bei der der Verzahnungsbereich an einem Aussenumfang des Axialabschnitts des Rotorbauteils und der Gegenverzahnungsbereich an einem Innenumfang des Abtriebsbauteils angeordnet ist.
  • Bei einer speziellen Ausgestaltung der Erfindung ist es vorteilhaft, wenn das Lagerelement an einem Aussenumfang des Axialabschnitts aufgenommen ist. Das Lagerelement kann zumindest einseitig gegenüber dem Rotorbauteil axial gesichert sein.
  • Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist es vorteilhaft, wenn eine Bauteildicke des Axialabschnitts zwischen einem Fusskreis der Steckverzahnung und einem Aussenumfang des Axialabschnitts kleiner oder gleich 5 mm ist.
  • Bei einer vorzugsweisen Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dass ein Verhältnis aus einer axialen Verzahnungslänge der Steckverzahnung zu der Bauteildicke größer oder gleich 5 ist. Dadurch kann die Pressungsverteilung in der Steckverzahnung gleichmäßiger vorliegen.
  • Bei einer vorzugsweisen Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Steckverzahnung über eine Schraubverbindung axial gesichert ist. Die Schraubverbindung ist bevorzugt lösbar. Dadurch kann eine Reparatur der Drehmomentübertragungsvorrichtung durchgeführt werden.
  • Die Schraubverbindung kann wenigstens ein Schraubelement aufweisen. Das Schraubelement kann als Zentralschraube oder als auf einem Teilkreis um die Drehachse angeordnete Schraube ausgeführt sein. Die Schraube kann als Dehnschraube ausgeführt sein, bevorzugt um die Gesamtsteifigkeit in Bezug auf die Torsion zu verringern. Die Schraube kann durch eine Mutter gesichert sein.
  • Das Rotorbauteil kann ein Gewinde aufweisen, mit dem das Schraubelement verbunden ist. Das Abtriebsbauteil kann ein Gewinde aufweisen, mit dem das Schraubelement verbunden ist. Das Gewinde kann an einem Innenumfang des Rotorbauteils oder des Abtriebsbauteils angeordnet sein. Das Gewinde kann in einer Gewindebohrung innerhalb des Rotorbauteils oder des Abtriebsbauteils angeordnet sein. Die Gewindebohrung kann radial zwischen dem Lagerelement und der Steckverzahnung angeordnet sein. Das Schraubelement kann von einer dem Antriebselement zugewandten oder von einer dem Antriebselement abgewandten Seite eingeführt sein.
  • Das Rotorbauteil kann auch durch das Abtriebsbauteil axial gesteckt und gesichert sein. Das Rotorbauteil kann axiale Vorsprünge aufweisen, die in Öffnungen in dem Abtriebsbauteil axial durchgreifen. Auch kann das Abtriebsbauteil axiale Vorsprünge aufweisen, die in Öffnungen in dem Rotorbauteil axial durchgreifen.
  • Die Steckverzahnung kann durch einen Sprengring axial gesichert sein.
  • Bei einer speziellen Ausführung der Erfindung ist es von Vorteil, wenn unmittelbar zwischen dem Rotorbauteil und dem Abtriebsbauteil ein Dichtelement angeordnet ist. Das Dichtelement und das Lagerelement können axial nebeneinander und/oder wenigstens abschnittsweise radial überlappend angeordnet sein. Die Steckverzahnung kann wenigstens abschnittsweise axial überlappend zu dem Dichtelement angeordnet sein.
  • Weiterhin wird wenigstens eine der zuvor angegebenen Aufgaben durch eine Hybridvorrichtung gelöst, aufweisend einen Elektromotor mit einem Stator und einem gegenüber diesem um eine Drehachse drehbaren Rotor und eine Drehmomentübertragungsvorrichtung mit wenigstens einem der vorangehenden Merkmale.
  • Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Figurenbeschreibung und den Abbildungen.
  • Figurenliste
  • Die Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Abbildungen ausführlich beschrieben. Es zeigen im Einzelnen:
    • 1: Einen Halbschnitt einer Drehmomentübertragungsvorrichtung einer Hybridvorrichtung in einer speziellen Ausführungsform der Erfindung.
    • 2: Einen Ausschnitt eines Querschnitts einer Drehmomentübertragungsvorrichtung in einer weiteren speziellen Ausführungsform der Erfindung.
    • 3: Einen Ausschnitt eines Querschnitts einer Drehmomentübertragungsvorrichtung in einer weiteren speziellen Ausführungsform der Erfindung.
    • 4: Einen Ausschnitt eines Querschnitts einer Drehmomentübertragungsvorrichtung in einer weiteren speziellen Ausführungsform der Erfindung.
  • 1 zeigt einen Halbschnitt einer Drehmomentübertragungsvorrichtung einer Hybridvorrichtung in einer speziellen Ausführungsform der Erfindung. Die Drehmomentübertragungsvorrichtung 10 ist zur Drehmomentübertragung in der Hybridvorrichtung 11 angeordnet. Die Hybridvorrichtung 11 ist beispielsweise in einem Antriebsstrang eines Fahrzeugs angeordnet. Das Drehmoment kann von einem Antriebselement 12, beispielsweise einem Verbrennungsmotor erzeugt und über eine Kurbelwelle 14 ausgegeben sein. Die Kurbelwelle 14 ist über ein Verbindungselement 16 mit einem um eine Drehachse 18 drehbaren Abtriebsbauteil 20 verschraubt. Das Verbindungselement 16 kann axial elastisch ausgeführt sein und das Abtriebsbauteil 20 von dem Antriebselement 12 gegenüber axialen Schwingungen entkoppein. Das Abtriebsbauteil 20 kann als gegenüber dem Verbindungselement axial steifere Abtriebsscheibe ausgeführt sein und mit dem Verbindungselement 16 an einem radial äußeren Bereich verschraubt sein. Das Verbindungselement 16 ist mit der Kurbelwelle 14 verschraubt.
  • Ein von der Kurbelwelle 14 ausgehendes Drehmoment wird über das Verbindungselement 16 an das Abtriebsbauteil 20 übertragen. Das Abtriebsbauteil 20 ist drehfest mit dem Verbindungselement 16 und damit drehfest mit der Kurbelwelle 14 verbunden. Das Abtriebsbauteil 20 ist axial zwischen dem Antriebselement 12 und einem Elektromotor 22 angeordnet. Der Elektromotor 22 umfasst einen Stator 24 und einen gegenüber diesem um die Drehachse 18 drehbaren Rotor 26. Der Rotor 26 ist über ein Rotorbauteil 28 an einem Gehäusebauteil 29 gelagert. Das Gehäusebauteil 29 kann mit einem Gehäuse 30 verbunden, bevorzugt einteilig ausgeführt, sein.
  • Das Rotorbauteil 28 ist mit einem Rotorträger 32 fest verbunden. An einem Innenumfang des Rotorbauteils 28 ist ein Verzahnungsbereich 34 ausgeführt. Das Abtriebsbauteil 20 weist einen axialen Abschnitt 35 auf, an dessen Außenumfang ein Gegenverzahnungsbereich 36 ausgeführt ist, der zusammen mit dem Verzahnungsbereich 34 eine Steckverzahnung 38 bildet, über die das Abtriebsbauteil 20 und das Rotorbauteil 28 drehmomentübertragend unmittelbar miteinander verbunden sind.
  • Das Rotorbauteil 28 ist als Nabe ausgeführt, die einen Axialabschnitt 40 aufweist, an dessen Innenumfang der Verzahnungsbereich 34 ausgeführt ist. An einem Außenumfang des Axialabschnitts 40 ist ein Lagerelement 42 zur Lagerung des Rotors 26 über das Rotorbauteil 28 angeordnet. Das Lagerelement 42 ist als Wälzlager ausgeführt und zwischen dem Rotorbauteil 28 und dem Gehäusebauteil 29 angeordnet. Ein Dichtelement 44 ist axial neben dem Lagerelement 42 zwischen dem Außenumfang des Axialabschnitts 40 und dem Gehäusebauteil 29 zur Abdichtung angeordnet. Das Lagerelement 42 ist über Sicherungsringe 46 gegenüber dem Rotorbauteil 28 und dem Gehäusebauteil 29 axial gesichert.
  • Die Steckverzahnung 38 ist axial durch eine Schraubverbindung 48 über ein Schraubelement 50, das als Zentralschraube 52 ausgeführt ist, axial gesichert. Das Schraubelement 50 weist einen Zentrierbereich 54 zur Zentrierung gegenüber einer Zentrieröffnung 56 in der Kurbelwelle 14 auf. Das Rotorbauteil 28 weist an einem Innenumfang ein Gewinde 58 zur Aufnahme des Schraubelements 50 auf. Das Schraubelement 50 ist von einer dem Antriebselement 12 zugewandten Seite eingeführt.
  • Das Lagerelement 42 und das Dichtelement 44 sind beide axial überlappend zu der Steckverzahnung 38 angeordnet. Die Steckverzahnung 38 ist radial innerhalb des Lagerelements 42 und des Dichtelements 44 angeordnet. Dadurch kann der axiale Bauraum der Drehmomentübertragungsvorrichtung 10 verringert werden.
  • 2 zeigt einen Ausschnitt eines Querschnitts einer Drehmomentübertragungsvorrichtung 10 in einer weiteren speziellen Ausführungsform der Erfindung. Der Aufbau gleicht dem aus 1 bis auf die Anordnung des Schraubelements 50, das von einer dem Antriebselement abgewandten Seite in das an einem Innenumfang an dem Abtriebsbauteil 20 ausgeführte Gewinde 58 eingeführt ist und mit dem Schraubenkopf an dem Rotorbauteil 28 anliegt.
  • Eine Bauteildicke 60 des Axialabschnitts 40 zwischen einem Fusskreis der Steckverzahnung 38 und einem Außenumfang des Axialabschnitts 40 kann kleiner oder gleich 5 mm sein. Ein Verhältnis aus einer axialen Verzahnungslänge 62 der Steckverzahnung 38 zu der Bauteildicke 60 ist bevorzugt größer oder gleich 5.
  • 3 zeigt einen Ausschnitt eines Querschnitts einer Drehmomentübertragungsvorrichtung 10 in einer weiteren speziellen Ausführungsform der Erfindung. Der Aufbau gleicht dem aus 1 bis auf nachfolgende Unterschiede. Das Abtriebsbauteil 20 ist radial innerhalb der Steckverzahnung 38 geschlossen ausgeführt und weist radial außerhalb der Steckverzahnung 38 eine Durchgangsöffnung 64 auf, durch die das auf einem Teilkreis in Bezug auf die Drehachse 18 angeordnete Schraubelement 50 gesteckt ist. Die Bauteildicke 60 des Rotorbauteils 28 ist größer. Dadurch kann das Schraubelement 50 in einer Gewindebohrung 66 radial zwischen dem Lagerelement 42 und der Steckverzahnung 38 angeordnet werden. Der Schraubenkopf 68 des als Schraube ausgeführten Schraubelements 50 ist auf einer dem Antriebselement zugewandten Seite des Abtriebsbauteils 20 angeordnet.
  • 4 zeigt einen Ausschnitt eines Querschnitts einer Drehmomentübertragungsvorrichtung 10 in einer weiteren speziellen Ausführungsform der Erfindung. Der Aufbau gleicht dem aus 1 bis auf nachfolgende Unterschiede. Das Rotorbauteil 28 weist axiale Vorsprünge 70 auf, die in Öffnungen 72 in dem Abtriebsbauteil 20 axial durchgreifen und über einen Sicherungsring 46 das Rotorbauteil 28 gegenüber dem Abtriebsbauteil 20 axial sichern. Dadurch kann die Steckverzahnung 38 axial gesichert und ein Schraubelement entbehrlich werden.
  • Bezugszeichenliste
    • 10
    Drehmomentübertragungsvorrichtung
    11
    Hybridvorrichtung
    12
    Antriebselement
    14
    Kurbelwelle
    16
    Verbindungselement
    18
    Drehachse
    20
    Abtriebsbauteil
    22
    Elektromotor
    24
    Stator
    26
    Rotor
    28
    Rotorbauteil
    29
    Gehäusebauteil
    30
    Gehäuse
    32
    Rotorträger
    34
    Verzahnungsbereich
    35
    axialer Abschnitt
    36
    Gegenverzahnungsbereich
    38
    Steckverzahnung
    40
    Axialabschnitt
    42
    Lagerelement
    44
    Dichtelement
    46
    Sicherungsring
    48
    Schraubverbindung
    50
    Schraubelement
    52
    Zentralschraube
    54
    Zentrierbereich
    56
    Zentrieröffnung
    58
    Gewinde
    60
    Bauteildicke
    62
    axiale Verzahnungslänge
    64
    Durchgangsöffnung
    66
    Gewindebohrung
    68
    Schraubenkopf
    70
    axialer Vorsprung
    72
    Öffnung
  • 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
    • WO 2017/186227 A1 [0002]

Claims (10)

  1. Drehmomentübertragungsvorrichtung (10) zur Drehmomentübertragung eines von einem Antriebselement (12) erzeugten Drehmoments, aufweisend ein mit dem Antriebselement (12) zur Übertragung des Drehmoments drehfest verbundenes und um eine Drehachse (18) drehbares Abtriebsbauteil (20) und ein mit einem Rotor (26) eines Elektromotors (22) verbundenes und den Rotor (26) lagerndes Rotorbauteil (28), dadurch gekennzeichnet, dass das Abtriebsbauteil (20) über eine drehmomentübertragende Steckverzahnung (38) unmittelbar mit dem Rotorbauteil (28) verbunden ist.
  2. Drehmomentübertragungsvorrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Rotorbauteil (28) über wenigstens ein Lagerelement (42) gelagert ist, wobei die Steckverzahnung (38) radial innerhalb des Lagerelements (42) angeordnet ist.
  3. Drehmomentübertragungsvorrichtung (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steckverzahnung (38) und das Lagerelement (42) zumindest teilweise axial überlappend angeordnet sind.
  4. Drehmomentübertragungsvorrichtung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Rotorbauteil (28) einen Axialabschnitt (40) aufweist, an dessen Innenumfang ein Verzahnungsbereich (34) für die Steckverzahnung (38) angeordnet ist.
  5. Drehmomentübertragungsvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 2 oder 3 und Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Lagerelement (42) an einem Außenumfang des Axialabschnitts (40) aufgenommen ist.
  6. Drehmomentübertragungsvorrichtung (10) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Bauteildicke (60) des Axialabschnitts (40) zwischen einem Fusskreis der Steckverzahnung (38) und einem Außenumfang des Axialabschnitts (40) kleiner oder gleich 5 mm ist.
  7. Drehmomentübertragungsvorrichtung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verhältnis aus einer axialen Verzahnungslänge (62) der Steckverzahnung (38) zu einer Bauteildicke (60) des Axialabschnitts (40) größer oder gleich 5 ist.
  8. Drehmomentübertragungsvorrichtung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steckverzahnung (38) über eine Schraubverbindung (48) axial gesichert ist.
  9. Drehmomentübertragungsvorrichtung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass unmittelbar zwischen dem Rotorbauteil (28) und dem Abtriebsbauteil (20) ein Dichtelement (44) angeordnet ist.
  10. Hybridvorrichtung (11) aufweisend einen Elektromotor (22) mit einem Stator (24) und einem gegenüber diesem um eine Drehachse (18) drehbaren Rotor (26) und eine Drehmomentübertragungsvorrichtung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche.
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