DE102021202995A1

DE102021202995A1 - Getriebe, insbesondere Kraftfahrzeuggetriebe

Info

Publication number: DE102021202995A1
Application number: DE102021202995.7A
Authority: DE
Inventors: Thomas Riedisser; Florian Pöhnlein; Leschek Debernitz
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2021-03-26
Filing date: 2021-03-26
Publication date: 2022-09-29

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Getriebe, insbesondere ein Kraftfahrzeuggetriebe, umfassend eine Elektromaschine und eine Welle, welche eine drehfeste Verbindung zwischen einer ersten Anschlussstelle und einer zweiten Anschlussstelle herstellt und die an einen Rotor der Elektromaschine angebunden ist. Die Welle ist über Radiallager gelagert. Um die Elektromaschine an der Welle in den Kraftfluss einzubinden und gleichzeitig die Welle auf zuverlässige Art und Weise zu lagern, ist axial in einem Bereich der Anbindung der Welle an den Rotor ein zusätzliches Radiallager (31) vorgesehen, welches erst ab einem Überwinden eines radialen Lagerspiels (37) aufgrund einer entsprechenden Durchbiegung der Welle in dem axialen Bereich eine zusätzliche radiale Lagerung der Welle an einem festgesetzten Bauelement (26) vornimmt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Getriebe, insbesondere ein Kraftfahrzeuggetriebe, umfassend eine Elektromaschine und eine Welle, welche eine drehfeste Verbindung zwischen einer ersten Anschlussstelle und einer zweiten Anschlussstelle herstellt und die an einen Rotor der Elektromaschine angebunden ist, wobei die Welle über Radiallager gelagert ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung einen Kraftfahrzeugantriebsstrang mit einem vorgenannten Getriebe.
Im Bereich der Kraftfahrzeuge sind Getriebe bekannt, bei welchen mehrere unterschiedliche Übersetzungsverhältnisse als Gänge durch Betätigung entsprechender Schaltelemente geschaltet werden können, wobei dies teilweise automatisch vollzogen wird. Das Getriebe wird dabei dazu genutzt, ein Zugkraftangebot einer Antriebsmaschine des Kraftfahrzeuges in Hinblick auf verschiedene Kriterien geeignet umzusetzen, wobei für eine Kraftflussführung innerhalb des Getriebes Wellen genutzt werden. Insbesondere für die Anwendung im Bereich von Hybridfahrzeugen sind außerdem Getriebekonzepte bekannt, bei welchen eine Elektromaschine mit in das Getriebe integriert ist. Eine Einbindung der Elektromaschine erfolgt dabei dann häufig über eine der Wellen des Getriebes, wobei insbesondere im Bereich der Einbindung aufgrund der wirkenden Kräfte eine Lagerung der rotierbaren Komponenten anzupassen ist.
Aus der DE 10 2016 225 972 A1 geht ein Getriebe hervor, bei welchem eine Antriebswelle mit einem Radsatz des Getriebes verbunden ist und antriebsseitig über eine Trennkupplung mit einer Antriebsseite des Getriebes in Verbindung gebracht werden kann. Die Antriebswelle steht außerdem permanent mit einem Rotor einer Elektromaschine in Verbindung, wobei diese Verbindung bei einer Variante über eine zwischenliegende Übersetzungsstufe in Form einer Planetenstufe vollzogen ist. An axialen Enden ist die Antriebswelle über Radiallager gelagert, wobei dazwischen weitere Radiallager vorgesehen sind.
Ausgehend von dem vorstehend beschriebenen Stand der Technik ist es nun die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Getriebe zu schaffen, bei welchem eine Elektromaschine an einer Welle in den Kraftfluss eingebunden ist, wobei die Welle auf zuverlässige Art und Weise gelagert ist.
Diese Aufgabe wird ausgehend vom Oberbegriff des Anspruchs 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Die hierauf folgenden, abhängigen Ansprüche geben jeweils vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder. Ein Kraftfahrzeugantriebsstrang, in welchem ein erfindungsgemäßes Getriebe zur Anwendung kommt, ist ferner Gegenstand von Anspruch 13.
Die Erfindung betrifft ein Getriebe, bei welchem es sich insbesondere um ein Kraftfahrzeuggetriebe handelt. Dieses Getriebe umfasst eine Elektromaschine und eine Welle, welche eine drehfeste Verbindung zwischen einer ersten Anschlussstelle und einer zweiten Anschlussstelle herstellt und die an einen Rotor der Elektromaschine angebunden ist. Ferner ist die Welle über Radiallagerungen gelagert. Bei dem Getriebe ist also eine Welle vorgesehen, die innerhalb des Getriebes zwei Anschlussstellen drehfest miteinander verbindet, wobei an der jeweiligen Anschlussstelle dabei bevorzugt je eine Komponente drehfest angebunden ist oder drehfest angebunden werden kann. Die Welle dient also einer Übertragung einer Drehbewegung zwischen den beiden Anschlussstellen.
Das Getriebe verfügt zudem über eine Elektromaschine, welche bevorzugt mit in ein Getriebegehäuse des Getriebes integriert ist. Diese Elektromaschine umfasst dabei neben dem Rotor insbesondere auch einen festgesetzten Stator, welcher radial umliegend zu dem Rotor angeordnet ist. Bevorzugt kann die Elektromaschine zum einen als Generator sowie zum anderen als Elektromotor betrieben werden.
Erfindungsgemäß ist der Rotor der Elektromaschine an der Welle angebunden, worunter im Sinne der Erfindung zu verstehen ist, dass der Rotor der Elektromaschine und die Welle unter einem festen Drehzahlverhältnis miteinander gekoppelt sind. Die Anbindung des Rotors an die Welle ist dabei bevorzugt axial zwischen den Anschlussstellen vollzogen, wobei dies insbesondere im Wesentlichen in einer axialen Mitte der Welle realisiert ist. Ferner kann der Rotor der Elektromaschine dabei starr mit der Welle verbunden sein, so dass der Rotor und die Welle stets unter der gleichen Drehzahl rotieren. Besonders bevorzugt ist der Rotor aber mit der Welle über mindestens eine zwischenliegende Übersetzungsstufe gekoppelt, wobei die mindestens eine Übersetzungsstufe hierbei als Stirnradstufe und/oder als Planetenstufe vorliegen kann. Dabei wird eine Drehbewegung über die mindestens eine Übersetzungsstufe bevorzugt ins Langsame vom Rotor auf die Welle übersetzt.
Die Welle ist bevorzugt im Bereich ihrer axialen Enden über Radiallager gelagert, wobei diese endseitigen Radiallager dabei insbesondere als Wälzlager und hierbei bevorzugt als Nadellager vorliegen. Weiter bevorzugt ist die Welle aber zudem an weiteren axialen Abschnitten zwischen ihren Enden über weitere Radiallager gelagert, die im Einzelnen insbesondere als Gleitlagerungen ausgebildet sind, ebenso gut aber im Einzelnen auch als Wälzlager vorliegen können.
Die Erfindung umfasst nun die technische Lehre, dass axial in einem Bereich der Anbindung der Welle an den Rotor der Elektromaschine ein zusätzliches Radiallager vorgesehen ist, welches erst ab einem Überwinden eines radialen Lagerspiels aufgrund einer entsprechenden Durchbiegung der Welle in dem axialen Bereich eine zusätzliche radiale Lagerung der Welle an einem festgesetzten Bauelement vornimmt. Mit anderen Worten ist also axial in dem Bereich, in welchem die Anbindung des Rotors der Elektromaschine an die Welle vorgenommen ist, ein weiteres Radiallager platziert. Dieses weitere Radiallager ist dabei mit einem radialen Lagerspiel ausgeführt, so dass dieses weitere Radiallager erst dann eine Lagerung und Abstützung der Welle vornimmt, wenn das radiale Lagerspiel aufgrund einer entsprechenden, in diesem axialen Bereich erfolgten Durchbiegung der Welle überwunden worden ist. Ab Überwinden des radialen Lagerspiels nimmt das zusätzliche Radiallager dann die zusätzliche Lagerung der Welle an einem festgesetzten Bauelement des Getriebes vor.
Eine derartige Ausgestaltung eines Getriebes hat dabei den Vorteil, dass über das zusätzliche Radiallager auf zuverlässige Art und Weise eine Lagerung der Welle dahingehend unterstützt werden kann, dass stärkere Durchbiegungen der Welle verhindert und dadurch ein Anlaufen der Welle und der mit ihr verbundenen Bauteile unterbunden werden kann. Denn hohe Magnetkräfte der Elektromaschine und/oder eine durch hohe Drehzahlen der Elektromaschine hervorgerufene Unwucht können ansonsten zu einem verstärkten Durchbiegen der Welle führen, insbesondere, wenn die Elektromaschine an der Welle über mindestens eine zwischenliegende Übersetzungsstufe angebunden ist und eine Übersetzung einer Drehbewegung des schnelllaufenden Rotors der Elektromaschine auf die Welle stattfindet.
Da das zusätzliche Radiallager in dem axialen Bereich der Anbindung des Rotors der Elektromaschine an die Welle und damit nahe an der Stelle vorgesehen ist, wo ansonsten im Betrieb eine maximale Durchbiegung auftreten würde, wird eine zusätzliche Abstützung der Welle im geeigneten Bereich realisiert. Weil das zusätzliche Radiallager aber nur dann zum Einsatz kommt, wenn das radiale Lagerspiel aufgrund einer entsprechenden Durchbiegung der Welle überschritten worden ist, verhindert das zusätzliche Radiallager als Stützlager zwar zum einen ein weiteres Durchbiegen und ein Anlaufen der Welle, sorgt aber abseits einer Überwindung des Lagerspiels nicht für ein zusätzliche Schleppmoment. Dadurch kann bei fehlender Überwindung des radialen Lagerspiels ein guter Wirkungsgrad erreicht werden. Das zusätzliche Radiallager kann dabei mit niedrigem konstruktivem Aufwand vorgesehen werden. Insgesamt kann hierdurch eine Beschädigung der Welle sowie auch der mit ihr verbundenen Bauteile verhindert werden. Insbesondere im Bereich der Elektromaschine kann hierbei ein niedriger Luftspalt zwischen Rotor und Stator vorgesehen werden, ohne hier ein Anlaufen des Rotors am Stator aufgrund einer sich einstellenden Durchbiegung befürchten zu müssen.
Besonders bevorzugt ist das radiale Lagerspiel des zusätzlichen Radiallager so gewählt, dass es in einem niedrigen Drehzahlbereich der Welle zu keinem Abstützen der Welle über das zusätzliche Radiallager kommt. Dieser niedrige Drehzahlbereich entspricht dabei insbesondere einem Drehzahlbereich, in welchem sich ein im Hinblick auf die Erreichung niedriger Emissionen (CO₂) relevanter Betriebspunkt des im Bereich eines Kraftfahrzeuges zur Anwendung kommenden Getriebes befindet.
Bei der DE 10 2016 225 972 A1 ist die Antriebswelle zwar ebenfalls über mehrere Radiallager gelagert, von denen auch Radiallager axial im Bereich der Einbindung der Elektromaschine an der Antriebswelle vorgesehen sind. Keines dieser Lager ist dabei aber mit einem radialen Lagerspiel ausgeführt, so dass diese Radiallager permanent eine Lagerung der Antriebswelle vornehmen.
Das zusätzliche Radiallager wird bevorzugt über Schmiermittel geschmiert, welches durch Leckage in den Bereich des zusätzlichen Radiallagers gelangt. Besonders bevorzugt gelangt das Schmiermittel hierbei als Leckage über einen Wellendichtring, welcher axial benachbart zu dem zusätzlichen Radiallager in einer Nut der Welle platziert ist, in den axialen Bereich des zusätzlichen Radiallagers.
Entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung sind die Welle und der Rotor der Elektromaschine über eine Planetenstufe miteinander gekoppelt, welche ein erstes Element, ein zweites Element und ein drittes Element in Form eines Sonnenrades, eines Planetenstegs und eines Hohlrades aufweist. Dabei ist das erste Element permanent festgesetzt, das zweite Element drehfest mit der Welle und das dritte Element drehfest mit dem Rotor der Elektromaschine verbunden. In diesem Fall ist also der Rotor der Elektromaschine an der Welle über eine zwischenliegende Planetenstufe angebunden, die sich aus Elementen in Form eines Sonnenrades, eines Planetenstegs und eines Hohlrades zusammensetzt. In vorteilhafter Weise kann hierdurch auf kompakte Art und Weise eine Anbindung der Elektromaschine mit Vorübersetzung verwirklicht werden.
Die Planetenstufe ist hierbei insbesondere als Minus-Planetensatz ausgebildet, bei welchem der Planetensteg mindestens ein Planetenrad drehbar gelagert führt, wobei das mindestens eine Planetenrad dabei sowohl mit dem Sonnenrad, als auch dem Hohlrad jeweils im Zahneingriff steht. In diesem Fall handelt es sich bei dem ersten Element bevorzugt um das Sonnenrad, bei dem zweiten Element bevorzugt um den Planetensteg und bei dem dritten Element bevorzugt um das Hohlrad.
Alternativ dazu wäre prinzipiell aber auch eine Ausführung als Plus-Planetensatz denkbar, bei dem der Planetensteg mindestens ein Planetenradpaar drehbar gelagert führt, von dessen Planetenrädern ein Planetenrad mit dem Sonnenrad und ein Planetenrad mit dem Hohlrad kämmt, sowie die Planetenräder untereinander im Zahneingriff stehen. Dabei wäre dann das erste Element als Sonnenrad, das zweite Element als Hohlrad und das dritte Element als Planetensteg auszuführen.
Bei der vorgenannten Ausführungsform ist das erste Element permanent festgesetzt, während das zweite Element drehfest mit der Welle und das dritte Element drehfest mit dem Rotor in Verbindung steht. Die drehfesten Verbindungen zwischen der Welle und dem zweiten Element der Planetenstufe und zwischen dem Rotor und dem dritten Element der Planetenstufe liegen dabei bevorzugt jeweils als starre Verbindungen vor, wobei die drehfest verbundenen Komponenten dabei als separate Bauteile vorliegen können, die starr miteinander verbunden sind, oder gemeinsam einstückig ausgestaltet sein können.
In Weiterbildung der vorgenannten Ausführungsform ist ein wellenseitiger Teil des zusätzlichen Radiallagers an dem zweiten Element der Planetenstufe vorgesehen. Das zusätzliche Radiallager ist also in diesem Fall radial zwischen dem zweiten Element der Planetenstufe und dem festgesetzten Bauelement vorgesehen. Besonders bevorzugt ist das zweite Element der Planetenstufe zu diesem Zweck mit einem Flanschabschnitt versehen, an welchem radial innen liegend die drehfeste Verbindung zu der Welle hergestellt und an dem radial außen der wellenseitige Teil des zusätzlichen Radiallagers aufgenommen ist.
Alternativ oder ergänzend dazu ist es eine Weiterbildung der Ausführungsform, dass eine weitere Welle, insbesondere eine Pumpenantriebswelle, radial beabstandet zu der Welle zusätzlich drehfest mit dem zweiten Element der Planetenstufe verbunden ist. In der Folge ist diese weitere Welle über das zwischenliegende, zweite Element der Planetenstufe mittelbar ebenfalls drehfest mit der Welle verbunden. Die drehfeste Verbindung zwischen dem zweiten Element der Planetenstufe und der weiteren Welle kann hierbei insbesondere als axialen Mitnahmeverzahnung realisiert sein. Im Rahmen der Erfindung ist es dabei zudem denkbar, dass der wellenseitige Teil des zusätzlichen Radiallagers an dieser weiteren Welle vorgesehen ist oder aber die weitere Welle gemeinsam mit dem zweiten Element der Planetenstufe den wellenseitigen Teil des zusätzlichen Radiallagers trägt.
Gemäß einer Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung liegt ein wellenseitiger Teil des zusätzlichen Radiallagers als gehärtete Lagerlaufhülse vor, die in einem biegefreien Zustand der Welle unter dem radialen Lagerspiel zu einem auf Seiten des festgesetzten Bauelements vorgesehenen Teil des zusätzlichen Radiallagers liegt. Durch Vorsehen der gehärteten Lagerlaufhülse wird wellenseitig eine geeignete und belastbare Lauffläche des zusätzlichen Radiallagers geschaffen.
In Weiterbildung der vorgenannten Ausgestaltungsmöglichkeit und in Kombination mit einer der Varianten der im Vorfeld beschriebenen Ausführungsform ist die gehärtete Lagerlaufhülse auf einen Flanschabschnitt des zweiten Elements und/oder auf einen Wellenabschnitt der weiteren Welle aufgepresst. Hierdurch wird jeweils ein zuverlässiger axialer Sitz der Lagerlaufhülse und damit des wellenseitigen Teils des zusätzlichen Radiallagers realisiert.
Entsprechend einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das zusätzliche Radiallager als Radialwälzlager ausgeführt, wobei es bevorzugt als Nadellager vorliegt. Die Verwendung eines Radialwälzlagers ermöglicht eine geeignete radiale Abstützung der Welle bei niedrigen Reibverlusten. Ist das zusätzliche Radiallager zudem als Nadellager ausgebildet, so kann dies auf radial sehr kompakt bauende Art und Weise stattfinden.
In Weiterbildung der vorgenannten Ausführungsform sind auf Seiten des festgesetzten Bauelements Wälzkörper des Radialwälzlagers vorgesehen, wobei die Wälzkörper axial an dem festgesetzten Bauelement gesichert sind. Letzteres ist bevorzugt dadurch realisiert, dass die Wälzkörper in einem Außenring des zusätzlichen Radialwälzlagers geführt sind, wobei der Außenring die Wälzkörper axial umgreift und axial über mindestens einen Sprengring und/oder durch Einpressen gesichert ist. Zudem können die Wälzkörper auch in einem Käfig des Radialwälzlagers aufgenommen sein.
Gemäß einer weiteren, alternativen oder ergänzenden Variante der vorgenannten Ausführungsform ist auch ein Innenring des zusätzlichen Radialwälzlagers auf Seiten des festgesetzten Bauelements vorgesehen, wobei wellenseitig des Innenrings eine Anlauffläche für den Innenring ausgebildet ist. In diesem Fall ist also auf Seiten des festgesetzten Bauelements neben sonstigen Bestandteilen, wie den Wälzkörpern und ggf. auch einem Außenring, auch der Innenring des zusätzlichen Radialwälzlagers aufgenommen, wobei ab Überschreitung des radialen Lagerspiels des zusätzlichen Radialwälzlagers der Innenring mit der Anlauffläche in Kontakt gelangt, welche auf Seiten der Welle ausgestaltet ist. Das radiale Lagerspiel ist also zwischen dem Innenring und der Anlauffläche vorhanden.
In Weiterbildung der Erfindung ist die Welle eine Antriebswelle, welche eine drehfeste Verbindung zwischen einer Antriebsseite des Getriebes und einem Radsatz des Getriebes herstellt. Besonders bevorzugt ist die Antriebsseite dabei durch eine Kupplungshälfte einer Trennkupplung gebildet, über welche die Antriebswelle drehfest mit einer koaxial liegenden Anschlusswelle verbunden werden kann, die der Verbindung des Getriebes mit einer vorgeschalteten Antriebsmaschine dient. Über die Antriebswelle wird dabei eine eingeleitete Antriebsbewegung zu einem nachfolgenden Radsatz des Getriebes übertragen.
Entsprechend einer Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung ist das festgesetzte Bauelement ein Stützelement, welches drehfest mit einem Getriebegehäuse verbunden ist und einen Teil des zusätzlichen Radiallagers aufnimmt. Bei dem Stützelement kann es sich dabei um eine festgesetzte Stützwelle oder auch einen radial nach innen geführten Stützabschnitt des Getriebegehäuses handeln. Im Falle einer Stützwelle sind dabei bevorzugt radial zwischen dieser Stützwelle und der Welle Wellendichtringe aufgenommen.
Das erfindungsgemäße Getriebe ist bevorzugt Teil eines Kraftfahrzeugantriebsstranges, welcher insbesondere für die Anwendung bei einem Hybrid- oder Elektrofahrzeug vorgesehen ist. Dabei ist die Welle, die über das zusätzliche Radiallager ab Überschreitung von dessen radialen Lagerspiel zusätzlich abgestützt werden kann, bevorzugt als Antriebswelle des Getriebes konzipiert, über die eine Antriebsbewegung einer dem Getriebe vorgeschalteten Antriebsmaschine des Kraftfahrzeuges in das Getriebe eingeleitet werden kann.
Die Erfindung ist nicht auf die angegebene Kombination der Merkmale des Hauptanspruchs oder der hiervon abhängigen Ansprüche beschränkt. Es ergeben sich darüber hinaus Möglichkeiten, einzelne Merkmale, auch soweit sie aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung oder unmittelbar aus den Zeichnungen hervorgehen, miteinander zu kombinieren. Die Bezugnahme der Ansprüche auf die Zeichnungen durch Verwendung von Bezugszeichen soll den Schutzumfang der Ansprüche nicht beschränken.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung, die nachfolgend erläutert werden, sind in den Zeichnungen dargestellt. Es zeigt:

1 eine Schnittansicht eines Teils eines erfindungsgemäßen Getriebes entsprechend einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
2 eine weitere Schnittansicht des Getriebes aus 1;
3 eine Schnittansicht eines Teils eines erfindungsgemäßen Getriebes gemäß einer zweiten Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung; und
4 eine weitere Schnittansicht des Getriebes aus 3.

Aus 1 geht eine Schnittansicht eines Teils eines Getriebes 1 hervor, bei welchem es sich insbesondere um ein Kraftfahrzeuggetriebe für ein Hybridfahrzeug handelt. Dabei umfasst dieses Getriebe 1 eine - in 1 nur teilweise zu sehende - Elektromaschine 2, welche sich aus einem Stator 3 und einem radial innenliegenden Rotor 4 zusammensetzt. Des Weiteren verfügt das Getriebe 1 über eine Antriebswelle 5, welche über eine zwischenliegende Übersetzungsstufe 6 in Form einer Planetenstufe 7 permanent mit dem Rotor 4 der Elektromaschine 2 gekoppelt ist.
Die Antriebswelle 5 ist im Bereich eines axialen Endes an einer ersten Anschlussstelle 8 über eine Mitnahmeverzahnung drehfest mit einer Nabe 9 verbunden, welche die Antriebswelle 5 drehfest mit einem Außenlamellenträger 10 einer Trennkupplung 11 verbindet, die als Lamellenkupplung ausgebildet ist. Ein Innenlamellenträger 12 der Trennkupplung 11 ist im Weiteren über einen zwischenliegenden Torsionsschwingungsdämpfer 13 mit einer Anschlusswelle 14 gekoppelt, die einer Verbindung mit einer Antriebsmaschine dient, welche dem Getriebe 1 innerhalb eines Kraftfahrzeugantriebsstranges des Hybrid- oder Elektrofahrzeuges vorgeschaltet ist. Im geschlossenen Zustand verbindet die Trennkupplung 11 die Antriebswelle 5 mittels der Nabe 9 drehfest mit der Anschlusswelle 14.
Zudem ist die Antriebswelle 5 an einer - in dem in 1 dargestellten Bereich des Getriebes 1 nicht zu sehenden - zweiten Anschlussstelle mit einem Radsatz 15 des Getriebes 1 verbunden, welcher in 1 nur angedeutet ist. Die zweite Anschlussstelle liegt bevorzugt axial im Bereich eines anderen axialen Endes der Antriebswelle 5, welches entgegengesetzt zu dem axialen Ende liegt, an dem die drehfeste Verbindung zu der Nabe 9 hergestellt ist.
Die Planetenstufe 7 umfasst ein Sonnenrad 16, einen Planetensteg 17 und ein Hohlrad 18, wobei der Planetensteg 17 dabei mehrere Planetenräder 19 drehbar gelagert führt, die im Einzelnen jeweils sowohl mit dem Sonnenrad 16, als auch mit dem Hohlrad 18 im Zahneingriff stehen. Insofern ist die Planetenstufe 7 im vorliegenden Fall als Minus-Planetensatz ausgeführt. Während das Hohlrad 18 über einen Rotorträger 20 permanent drehfest mit dem Rotor 4 der Elektromaschine 2 verbunden ist, steht das Sonnenrad 16 über eine Mitnahmeverzahnung permanent drehfest mit einem festgesetzten Bauelement 21 in Verbindung und ist damit ebenfalls ständig festgesetzt. Bei dem festgesetzten Bauelement 21 handelt es sich dabei vorliegend um einen Stützabschnitt 22, welcher im weiteren drehfest mit einem Getriebegehäuse des Getriebes 1 verbunden ist.
Der Planetensteg 17 ist an einem Flanschabschnitt 23 über eine Mitnahmeverzahnung drehfest mit der Antriebswelle 5 verbunden, so dass vorliegend die permanente Koppelung der Antriebswelle 5 mit dem Rotor 4 über das Hohlrad 18 der Planetenstufe 7 und den Planetensteg 17 der Planetenstufe 7 bei feststehendem Sonnenrad 16 vollzogen ist. Die Planetenstufe 7 fungiert dabei als Vorübersetzung, über welche eine Übersetzung einer Drehbewegung des Rotors 4 ins Langsame auf die Antriebswelle 5 stattfindet. Zudem ist der Planetensteg 17 noch drehfest mit einer Welle 38 gekoppelt, bei welcher es sich um eine Pumpenantriebswelle einer Schmiermittelpumpe des Getriebes 1 handelt und die über eine axiale Mitnahmeverzahnung drehfest mit dem Planetensteg 17 gekoppelt ist.
Die Antriebswelle 5 ist im vorliegenden Fall zum einen über zwei Radiallager 24 und 25 gelagert und radial abgestützt, die im vorliegenden Fall jeweils als Wälzlager ausgeführt sind und konkret als Nadellager vorliegen. Dabei ist das Radiallager 24 radial zwischen der Antriebswelle 5 und der Anschlusswelle 14 im Bereich des einen axialen Endes der Antriebswelle 5 vorgesehen, während das Radiallager 25 radial zwischen der Antriebswelle 5 und einem weiteren festgesetzten Bauelement 26 in Form einer Stützwelle 27 platziert ist. Das Radiallager 24 stützt die Antriebswelle 5 in radialer Richtung über die Anschlusswelle 14 an einem Lagerschild 43 ab. Das Radiallager 25 stützt die Antriebswelle 5 in radialer Richtung über die Stützwelle 27 an einem Lagerschild 44 ab. Die Lagerschilde 43, 44 bilden drehfeste Elemente des Getriebes 1, und sind mit dem in 1 nicht dargestellten Getriebegehäuse verbunden.
Zum anderen sind auf der Antriebswelle 5 noch zumindest zwei weitere Radiallager 28 und 29 angeordnet, die axial zwischen den beiden Radiallager 24 und 25 liegen und jeweils als Gleitlager ausgebildet sind. Dabei ist über die Radiallager 28 und 29 jeweils eine Lagerung und radiale Abstützung des Trägerteils 30 des Rotorträgers 20 auf der Antriebswelle 5realisiert. Die beiden Radiallager 28 und 29 dienen somit der drehbaren Lagerung des Rotors 4 auf der Antriebswelle 5.
Aufgrund hoher Magnetkräfte der Elektromaschine 2 und auch einer durch die Elektromaschine 2 sowie der Planetenstufe 7 hervorgerufenen Unwucht, welche insbesondere bei höheren Drehzahlen des Rotors 4 auftritt, kann es jedoch im Bereich der Anbindung der Elektromaschine 2 an die Antriebswelle 5 zu einer stärkeren Durchbiegung der Antriebswelle 5 kommen. Diese Durchbiegung kann dabei über die beiden Radiallager 24 und 25 nur unzureichend verhindert werden und hätte im Extremfall ein Anlaufen der Antriebswelle 5 an anderen Bauteilen sowie auch ggf. des Rotors 4 an dem Stator 3 zur Folge. Aus diesem Grund ist ein zusätzliches Radiallager 31 vorgesehen, welches insbesondere in der weiteren Schnittansicht in 2 zu erkennen ist.
Wie in 2 zu erkennen ist, ist das zusätzliche Radiallager 31 als Wälzlager nach Art eines Nadellagers ausgeführt und umfasst mehrere Wälzkörper 32, die in einem gemeinsamen Käfig 33 aufgenommen sind. Dem Radiallager 31 ist außerdem ein Außenring 34 zugeordnet, der als radial außenliegende Lauffläche für die Wälzkörper 32 dient und seitens der Stützwelle 27 in eine Bohrung 35 eingepresst ist, wobei der Außenring 34 den Käfig 33 axial beidseitig umgreift, so dass der Käfig 33 und damit auch die Wälzkörper 32 axial im Außenring 34 gesichert sind. Seitens der Antriebswelle 5 wird eine radial innenliegende Anlauffläche für die Wälzkörper 32 durch eine Lagerlaufhülse 36 gebildet, die als gehärtetes Bauteil auf den Flanschabschnitt 23 des Planetenstegs 17 aufgepresst ist.
Zwischen der Lagerlaufhülse 36 und den Wälzkörpern 32 des Radiallagers 31 ist dabei in einem biegefreien Zustand der Antriebswelle 5 ein radiales Lagerspiel 37 vorhanden, so dass ein radiales Abstützen der Antriebswelle 5 über das zusätzliche Radiallager 31 erst dann stattfindet, wenn dieses radiale Lagespiel 37 aufgrund einer entsprechenden Durchbiegung der Antriebswelle 5 in diesem Bereich überwunden worden ist. Ab diesem Zeitpunkt begrenzt das Radiallager 31 dann eine Durchbiegung der Antriebswelle 5 durch das zusätzliche Abstützen an der Stützwelle 27. Solange das radiale Lagerspiel 37 nicht überwunden ist, sorgt das zusätzliche Radiallager 31 hingegen nicht für Schleppverluste, so dass sich ein verbesserter Wirkungsgrad erzielen lässt.
Eine Schmiermittelversorgung des zusätzlichen Radiallagers 31 findet vorliegend über Schmiermittel statt, welches als Leckage über benachbart liegende Wellendichtringe 39 in den Bereich des Radiallagers 31 gelangt ist. Die Wellendichtringe 39 sind dabei zwischen der Antriebswelle 5 und einer in die Stützwelle 27 eingepresste Dichthülse 27.1 vorgesehen.
Des Weiteren geht aus 3 eine Schnittansicht eines Getriebes 1' entsprechend einer zweiten Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung hervor. Dabei entspricht diese Ausgestaltungsmöglichkeit weitestgehend der vorhergehenden Variante nach den 1 und 2, mit dem Unterschied, dass ein zusätzliches Radiallager 31', über welches die Antriebswelle 5 ab einer entsprechenden Durchbiegung zusätzlich abgestützt wird, nun an einer anderen Stelle positioniert ist. So ist das zusätzliche Radiallager 31' nun radial zwischen dem Flanschabschnitt 23' eines Planetenstegs 17' der Planetenstufe 7 und dem festgesetzten Bauelement 21 in Form des Stützabschnitts 22 platziert. Der Flanschabschnitt 23 des Planetenstegs 17' ist dabei weiter nach radial außen gezogen, wobei eine drehfeste Verbindung des Planetenstegs 17' mit einer weiteren Welle 38' in Form einer Pumpenantriebswelle radial innen liegend zu dem zusätzlichen Radiallager 31' stattfindet.
Wie insbesondere in 4 zu erkennen ist, ist das zusätzliche Radiallager 31' erneut als Wälzlager in Form eines Nadellagers ausgeführt und umfasst Wälzkörper 32, die in einem gemeinsamen Käfig 33 geführt sind. Seitens des permanent festgesetzten Stützabschnitts 22 laufen die Wälzkörper 32 dabei radial außen an einem Außenring 34, welcher in einer Bohrung 40 des Stützabschnitts 22 eingepresst ist und dort axial zwischen einer Anlageschulter 41 und einem Sprengring 42 gehalten ist. Erneut umgreift der Außenring 34 dabei die Wälzkörper 32 und den Käfig 33 beidseitig und hindert diese somit axial an einem Auswandern.
Eine radial innenliegende Anlauffläche für die Wälzkörper 34 auf Seiten des Planetenstegs 17' ist erneut durch eine gehärtete Lagerlaufhülse 36 gebildet, die radial außen auf den Flanschabschnitt 23' aufgepresst ist. Dabei liegt die Lagerlaufhülse 36 in einem biegefreien Zustand der Antriebswelle 5 wiederum unter dem radialen Lagerspiel 37 zu den Wälzkörpern 32, so dass das radiale Abstützen über das zusätzliche Radiallager 31' erst ab der entsprechenden Durchbiegung der Antriebswelle 5 und durch einen hierdurch hervorgerufenen Kontakt der Wälzkörper 32 mit der Lagerlaufhülse 36 stattfindet. Auch im Übrigen entspricht die Variante nach den 3 und 4 der vorhergehenden Ausführungsform nach den 1 und 2, so dass auf das hierzu Beschriebene Bezug genommen wird.
Bei den erfindungsgemäßen Ausführungsformen eines Getriebes kann bei dem einzelnen Getriebe eine Einbindung einer Elektromaschine bei gleichzeitig optimaler Lagerung der die Einbindung vornehmenden Welle realisiert werden.
Bezugszeichenliste

1, 1': Getriebe
2: Elektromaschine
3: Stator
4: Rotor
5: Antriebswelle
6: Übersetzungsstufe
7: Planetenstufe
8: erste Anschlussstelle
9: Nabe
10: Außenlamellenträger
11: Trennkupplung
12: Innenlamellenträger
13: Torsionsschwingungsdämpfer
14: Anschlusswelle
15: Radsatz
16: Sonnenrad
17, 17': Planetensteg
18: Hohlrad
19: Planetenräder
20: Rotorträger
21: Bauelement
22: Stützabschnitt
23, 23': Flanschabschnitt
24: Radiallager
25: Radiallager
26: Bauelement
27: Stützwelle
27.1: Dichthülse
28: Radiallager
29: Radiallager
30: Trägerteil
31, 31': Radiallager
32: Wälzkörper
33: Käfig
34: Außenring
35: Bohrung
36: Lagerlaufhülse
37: radiales Lagerspiel
38, 38': Welle
39: Wellendichtringe
40: Bohrung
41: Anlageschulter
42: Sprengring
43: Lagerschild
44: Lagerschild

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102016225972 A1 [0003, 0014]

Claims

Getriebe (1; 1'), insbesondere Kraftfahrzeuggetriebe, umfassend eine Elektromaschine (2) und eine Welle, welche eine drehfeste Verbindung zwischen einer ersten Anschlussstelle (8) und einer zweiten Anschlussstelle herstellt und die an einen Rotor (4) der Elektromaschine (2) angebunden ist, wobei die Welle über Radiallager (24, 25) gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass axial in einem Bereich der Anbindung der Welle an den Rotor (4) der Elektromaschine (2) ein zusätzliches Radiallager (31; 31') vorgesehen ist, welches erst ab einem Überwinden eines radialen Lagerspiels (37) aufgrund einer entsprechenden Durchbiegung der Welle in dem axialen Bereich eine zusätzliche radiale Lagerung der Welle an einem festgesetzten Bauelement (26; 21) vornimmt.
Getriebe (1; 1') nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der Radiallager (24, 25), welche zur Lagerung der Welle vorgesehen sind, an je einem drehfesten Element (43, 44) des Getriebes (1; 1') abgestützt sind, insbesondere an je einem Lagerschild (43, 44) des Getriebes (1; 1').
Getriebe (1; 1') nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (4) der Elektromaschine (2) über weitere Radiallager (28, 29) auf der Welle gelagert ist.
Getriebe (1; 1') nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle und der Rotor (4) der Elektromaschine (2) über eine Planetenstufe (7) miteinander gekoppelt sind, welche ein erstes Element, ein zweites Element und ein drittes Element in Form eines Sonnenrades (16), eines Planetenstegs (17; 17') und eines Hohlrades (18) aufweist, wobei das erste Element permanent festgesetzt, das zweite Element drehfest mit der Welle und das dritte Element drehfest mit dem Rotor (4) der Elektromaschine (2) verbunden ist.
Getriebe (1; 1') nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein wellenseitiger Teil des zusätzlichen Radiallagers (31; 31') an dem zweiten Element der Planetenstufe (7) angeordnet ist.
Getriebe (1; 1') nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine weitere Welle (38; 38'), insbesondere eine Pumpenantriebswelle, radial beabstandet zu der Welle zusätzlich drehfest mit dem zweiten Element der Planetenstufe (7) verbunden ist.
Getriebe (1; 1') nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein wellenseitiger Teil des zusätzlichen Radiallagers (31; 31') als gehärtete Lagerlaufhülse (36) vorliegt, die in einem biegefreien Zustand der Welle unter dem radialen Lagerspiel (37) zu einem auf Seiten des festgesetzten Bauelements (26; 21) vorgesehenen Teil des zusätzlichen Radiallagers (31; 31') liegt.
Getriebe (1; 1') nach Anspruch 5 oder 6 und Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die gehärtete Lagerlaufhülse (36) auf einen Flanschabschnitt (23; 23') des zweiten Elements und/oder auf einen Wellenabschnitt der weiteren Welle aufgepresst ist.
Getriebe (1; 1') nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zusätzliche Radiallager (31; 31') als Radialwälzlager, bevorzugt als Nadellager ausgeführt ist.
Getriebe (1; 1') nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass auf Seiten des festgesetzten Bauelements (26; 21) Wälzkörper (32) des zusätzlichen Radialwälzlagers (31; 31') vorgesehen sind, wobei die Wälzkörper (32) axial an dem festgesetzten Bauelement (26; 21) gesichert sind.
Getriebe (1; 1') nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Wälzkörper (32) in einem Außenring (34) des zusätzlichen Radialwälzlagers (31; 31') geführt sind, wobei der Außenring (34) die Wälzkörper (32) axial umgreift und axial über mindestens einen Sprengring (42) und/oder durch Einpressen gesichert ist.
Getriebe nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass auch ein Innenring des zusätzlichen Radialwälzlagers (31; 31') auf Seiten des festgesetzten Bauelements vorgesehen ist, wobei wellenseitig des Innenrings eine Anlauffläche für den Innenring ausgebildet ist.
Getriebe (1; 1') nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle eine Antriebswelle (5) ist, welche eine drehfeste Verbindung zwischen einer Antriebsseite und einem Radsatz (15) des Getriebes (1, 1') herstellt.
Getriebe (1; 1') nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das festgesetzte Bauelement (26; 21) ein Stützelement ist, welches drehfest mit einem Getriebegehäuse verbunden ist und einen Teil des zusätzlichen Radiallagers (31; 31') aufnimmt.
Kraftfahrzeugantriebsstrang, umfassend ein Getriebe (1; 1') nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 14.