DE102021204062A1

DE102021204062A1 - Elektrischer Antrieb für ein Fahrzeug

Info

Publication number: DE102021204062A1
Application number: DE102021204062.4A
Authority: DE
Inventors: Matthias WESA
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2021-04-23
Filing date: 2021-04-23
Publication date: 2022-10-27
Also published as: WO2022223763A1

Abstract

Es wird ein elektrischer Antrieb für ein Fahrzeug mit zumindest einer elektrischen Maschine vorgeschlagen, wobei eine Rotorwelle (1) der elektrischen Maschine mit einer Getriebewelle (3) über eine Steckverzahnung (2) gekoppelt ist, wobei die Rotorwelle (1) über die Steckverzahnung (2) und über ein erstes Festlager (5) an dem der Steckverzahnung (2) abgewandten Ende der Rotorwelle (1) gelagert ist und wobei die Getriebewelle (3) über ein zweites Festlager (6) und ein Loslager (7) gelagert ist. Ferner wird ein Fahrzeug mit dem elektrischen Antrieb vorgeschlagen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektrischen Antrieb für ein Fahrzeug mit zumindest einer elektrischen Maschine. Ferner betrifft die Erfindung ein Fahrzeug mit einem elektrischen Antrieb.
Beispielsweise aus der Druckschrift DE 10 2016 209 409 A1 ist eine Antriebseinheit für ein Kraftfahrzeug mit einer elektrischen Maschine mit einem basisfesten Stator und einem radial innerhalb des Stators drehbaren Rotor bekannt, der von einer Rotorwelle getragen wird. Die Rotorwelle ist einerseits mittels eines Rotorwellenlagers und andererseits über ein an der Basis abgestütztes Planetengetriebe drehbar gelagert. Hierbei sind die Rotorwelle und eine als Sonnenradwelle ausgeführte Getriebewelle einteilig ausgeführt. Aufgrund der einteiligen Ausführung von Rotorwelle und Getriebewelle ergibt sich ein notwendigerweise großer Außendurchmesser. Hierdurch ergeben sich nicht nur höhere Verluste, sondern auch höhere Herstellungskosten.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen elektrischen Antrieb und ein Fahrzeug mit einem elektrischen Antrieb vorzuschlagen, welche möglichst geringe Verluste und geringe Herstellungskosten gewährleisten.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches 1 bzw. 11 gelöst, wobei sich vorteilhafte und beanspruchte Weiterbildungen aus den Unteransprüchen und der Beschreibung sowie den Zeichnungen ergeben.
Somit wird ein elektrischer Antrieb für ein Fahrzeug mit zumindest einer elektrischen Maschine vorgeschlagen. Um möglichst geringe Verluste und geringe Herstellungskosten zu gewährleisten, ist vorgesehen, dass eine Rotorwelle der elektrischen Maschine mit einer Getriebewelle über eine Steckverzahnung gekoppelt ist, wobei die Rotorwelle über die Steckverzahnung und über ein erstes Festlager an dem der Steckverzahnung abgewandten Ende der Rotorwelle gelagert ist und wobei die Getriebewelle über ein zweites Festlager und ein Loslager gelagert ist.
Demzufolge ergibt sich bei dem vorgeschlagenen elektrischen Antrieb eine besonders effiziente Lagerung, da insbesondere die Rotorwelle über die Steckverzahnung an der Getriebewelle abgestützt wird, ohne dass ein zusätzliches Lager erforderlich ist. Hierdurch reduzieren sich auch die Verluste bei dem elektrischen Antrieb insbesondere bei niedrigen Temperaturen. Zudem kann eine axiale Vorspannung entfallen und insgesamt die Leistungsdichte bei dem elektrischen Antrieb erhöht werden. Ferner ergibt sich eine kostengünstige und einfachere Montage, sodass nicht nur der Wirkungsgrad erhöht wird, sondern auch die Herstellungskosten bei dem elektrischen Antrieb verringert werden.
Besonders vorteilhaft ist es bei dem vorgeschlagenen elektrischen Antrieb, dass der Außendurchmesser vorzugsweise im Bereich der Los- und Festlager der Getriebewelle kleiner als der Außendurchmesser vorzugsweise im Bereich des Festlagers der Rotorwelle ist. Da die Lager der Rotorwelle im Gegensatz zu den Lagern der Getriebewelle geringer dimensioniert werden können, ergibt sich insgesamt ein geringerer Durchmesser der elektrischen Maschine, welches den Bauraumbedarf reduziert. Zugleich steht für die größer zu dimensionierenden Lager der Getriebewelle mehr Bauraum zur Verfügung. Darüber hinaus werden die Herstellungskosten reduziert, weil durch die im Gegensatz zur Rotorwelle notwendigerweise aus höherwertigem Werkstoff bestehende Getriebewelle durch den geringeren Außendurchmesser die Werkstoffkosten insgesamt reduziert werden.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist bei dem elektrischen Antrieb eine Steckverzahnung an den einander zugewandten Enden der Getriebewelle und der Rotorwelle zur drehfesten Verbindung vorgesehen. Es sind verschiedene konstruktive Ausführungen der Steckverzahnung denkbar. Besonders vorteilhaft zur Reduzierung des Außendurchmessers ist es, wenn beispielsweise das der Getriebewelle zugewandte Ende der Rotorwelle einen Zapfenabschnitt mit Außenverzahnung als Teil der Steckverzahnung aufweist und wenn das der Rotorwelle zugewandte Ende der Getriebewelle einen Nabenabschnitt oder dergleichen mit Innenverzahnung als Teil der Steckverzahnung aufweist, wobei der Zapfenabschnitt der Rotorwelle durch eine Durchmesserstufe oder dergleichen an der Rotorwelle gebildet wird. Ebenso ist es möglich, dass der Zapfenabschnitt an der Getriebewelle und der Nabenabschnitt an der Rotorwelle ausgeführt werden. Als Innen- und Außenverzahnung können beliebig gestaltete Verzahnungen eingesetzt werden, die es ermöglichen, dass die Rotorwelle und die Getriebewelle drehfest miteinander verbunden werden.
Unabhängig von der jeweiligen Ausführung der Steckverzahnung an der Rotorwelle und der Getriebewelle kann in besonders vorteilhafter Weise die Durchmesserstufe mit dem reduzierten Außendurchmesserbereich an der Rotorwelle oder der Getriebewelle genutzt werden, um diesem Bereich zumindest ein Dichtelement oder dergleichen zuzuordnen. Demzufolge wird die Dichtfunktion zwischen dem Getriebebereich und dem Rotorbereich auf einem möglichst geringen Durchmesser kostengünstig ermöglicht. Als Dichtelement kann beispielsweise ein Radialwellendichtring oder dergleichen eingesetzt werden, mit dem radial gedichtet wird.
Hinsichtlich der Festlager und der Loslager können beliebige Lager eingesetzt werden. Beispielsweise können für die Festlager kostengünstigere Kugellager bzw. Rillenkugellager eingesetzt werden, während für das Loslager zum Beispiel ein Zylinderrollenlager eingesetzt wird.
Im Rahmen der Erfindung kann bei dem elektrischen Antrieb aufgrund der bauraumsparenden Lagerung zumindest ein Stirnrad oder eine Stirnradstufe z. B. als Teil einer Übersetzung oder dergleichen zum Verbinden mit einem Abtrieb vorzugsweise zwischen dem Loslager und dem Festlager der Getriebewelle zugeordnet werden. Das Stirnrad als Getriebebauteil kann beispielsweise eine Übersetzungsstufe oder dergleichen bilden.
Ferner ist es bei dem vorgeschlagenen elektrischen Antrieb möglich der Getriebewelle oder der Rotorwelle ein Parksperrenrad einer Parksperrenanordnung zuzuordnen, sodass der Antrieb und damit auch der Abtrieb des Fahrzeuges bei eingelegter Parksperre blockiert werden kann.
Besonders vorteilhaft hinsichtlich der Lebensdauer ist es, wenn bei dem vorgeschlagenen elektrischen Antrieb die Steckverzahnung mit einer Schmiermittel- bzw. Ölversorgung verbunden ist. Vorzugsweise kann hierzu die Getriebewelle eine Axialbohrung oder dergleichen zur Schmiermittelversorgung der Steckverzahnung aufweisen.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung sieht vor, dass auch ein Fahrzeug mit dem vorbeschriebenen elektrischen Antrieb beansprucht wird. Hieraus ergeben sich die bereits beschriebenen Vorteile und weitere Vorteile.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnungen weiter erläutert.
Es zeigen:

1 eine schematische Teilansicht einer ersten Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen elektrischen Antriebes;
2 eine schematische Teilansicht einer zweiten Ausführungsvariante des elektrischen Antriebes mit einer veränderten Lageranordnung;
3 eine schematische Teilansicht einer dritten Ausführungsvariante des elektrischen Antriebes mit einer alternativ ausgeführten Steckverzahnung;
4 eine schematische Teilansicht einer vierten Ausführungsvariante des elektrischen Antriebes mit einem Radialwellendichtring im Bereich der Steckverzahnung;
5 eine schematische Teilansicht einer fünften Ausführungsvariante des elektrischen Antriebes mit einem Parksperrenrad an einer Getriebewelle;
6 eine schematische Teilansicht einer sechsten Ausführungsvariante des elektrischen Antriebes mit einer alternativen Anordnungsposition des Parksperrenrades an der Getriebewelle;
7 eine schematische Teilansicht einer siebenten Ausführungsvariante des elektrischen Antriebes mit einer weiteren alternativen Anordnungsposition des Parksperrenrades an der Getriebewelle;
8 eine schematische Teilansicht einer achten Ausführungsvariante des elektrischen Antriebes mit einer nächsten alternativen Anordnungsposition des Parksperrenrades an der Getriebewelle;
9 eine schematische Teilansicht einer neunten Ausführungsvariante des elektrischen Antriebes mit dem Parksperrenrad an einer Rotorwelle; und
10 eine schematische Teilansicht einer zehnten Ausführungsvariante des elektrischen Antriebes mit einer alternativen Anordnungsposition des Parksperrenrades an der Rotorwelle.

In den 1 bis 10 sind verschiedene Ausführungsvarianten eines elektrischen Antriebes für ein Fahrzeug mit zumindest einer elektrischen Maschine beispielhaft dargestellt.
Unabhängig von den jeweiligen Ausführungsvarianten umfasst der elektrische Antrieb unter anderem eine Rotorwelle 1, die einen Rotor trägt, der koaxial zu einem nicht weiter dargestellten Stator der elektrischen Maschine in einem Gehäuse angeordnet ist. Die Rotorwelle 1 ist über eine Steckverzahnung 2 mit einer Getriebewelle 3 verbunden. Die Getriebewelle 3 ist beispielsweise über ein Stirnrad 4 letztendlich mit einem nicht weiter dargestellten Abtrieb verbunden, wobei das Stirnrad 4 beispielsweise Teil einer Übersetzungs- bzw. einer Getriebestufe sein kann.
Über die Steckverzahnung 2 sind die Rotorwelle 1 und die Getriebewelle 3 drehfest miteinander verbunden, wobei die Rotorwelle 1 einerseits über die Steckverzahnung 2 und andererseits über ein erstes Festlager 5 an dem der Steckverzahnung 2 abgewandten Ende der Rotorwelle 1 gelagert ist. Ferner ist bei dem vorgeschlagenen elektrischen Antrieb die Getriebewelle 3 einerseits über ein zweites Festlager 6 und andererseits über ein Loslager 7 gelagert. Hierdurch ergibt sich eine besonders kostengünstige und effiziente Lagerung bei der elektrischen Maschine.
Dadurch, dass der Außendurchmesser der Getriebewelle 3 kleiner als der Außendurchmesser der Rotorwelle 1 ist, ergeben sich weitere Vorteile hinsichtlich Herstellungskosten und Montage bei dem vorgeschlagenen elektrischen Antrieb.
Gemäß der 1 und 2 sowie 4 bis 10 ist vorgesehen, dass das der Getriebewelle 3 zugewandte Ende der Rotorwelle 1 einen Zapfenabschnitt 8 mit einer Außenverzahnung als Teil der Steckverzahnung 2 aufweist und dass das der Rotorwelle 1 zugewandte Ende der Getriebewelle 3 einen Nabenabschnitt 9 mit einer Innenverzahnung als Teil der Steckverzahnung 2 aufweist, wobei der Zapfenabschnitt 8 der Rotorwelle 1 durch eine Durchmesserstufe 10 an der Rotorwelle 1 gebildet wird.
1 zeigt eine erste Ausführungsvariante des elektrischen Antriebes bei der beispielhaft dem der Steckverzahnung 2 abgewandten Ende der Getriebewelle 3 ein Zylinderrollenlager als Loslager 7 und dem der Steckverzahnung 2 zugewandten Ende der Getriebewelle 3 ein Rillenkugellager als zweites Festlager 6 zugeordnet sind. Ferner ist dem der Steckverzahnung 2 abgewandten Ende der Rotorwelle 1 ein Rillenkugellager als erstes Festlager 5 zugeordnet. Zudem ist beispielhaft eine zentral angeordnete Axialbohrung 14 zur Ölversorgung der Steckverzahnung 2 in der Getriebewelle 3 angedeutet.
In 2 wird bei einer zweiten Ausführungsvariante des elektrischen Antriebes im Unterschied zur ersten Ausführungsvariante vorgesehen, dass die Anordnungsposition von dem zweiten Festlager 6 und dem Loslager 7 an der Getriebewelle 3 vertauscht wird.
In 3 ist im Rahmen einer dritten Ausführungsvariante im Unterschied zur ersten Ausführungsvariante dargestellt, dass das der Getriebewelle 3 zugewandte Ende der Rotorwelle 1 einen Nabenabschnitt 9A mit einer Innenverzahnung als Teil der Steckverzahnung 2 aufweist und dass das der Rotorwelle 1 zugewandte Ende der Getriebewelle 3 einen Zapfenabschnitt 8A mit einer Außenverzahnung als Teil der Steckverzahnung 2 aufweist, wobei der Zapfenabschnitt 8A der Getriebewelle 3 durch eine Durchmesserstufe 11 der Getriebewelle vorgesehen ist.
4 zeigt eine vierte Ausführungsvariante des elektrischen Antriebes, bei der im Unterschied zur ersten Ausführungsvariante vorgesehen ist, dass dem reduzierten Außendurchmesserbereich der Durchmesserstufe 10 an der Rotorwelle 1 ein Dichtelement zum Beispiel als Radialwellendichtring 12 zugeordnet ist.
Die 5 bis 10 zeigen verschiedene Anordnungsvarianten eines Parksperrenrades 13 an der Rotorwelle 1 oder an der Getriebewelle 3 des elektrischen Antriebes.
5 zeigt eine fünfte Ausführungsvariante des elektrischen Antriebes, bei der das Parksperrenrad 13 an der Getriebewelle 3 zwischen dem Loslager 7 und dem zweiten Festlager 6 angeordnet ist.
6 zeigt eine sechste Ausführungsvariante des elektrischen Antriebes, bei der das Parksperrenrad 13 an der Getriebewelle 3 axial gesehen außerhalb des Loslagers 7 und des zweiten Festlagers 6 angeordnet ist. Das Parksperrenrad 13 ist dem der Steckverzahnung 2 abgewandten Ende der Getriebewelle 3 zugeordnet.
In 7 ist eine siebente Ausführungsvariante des elektrischen Antriebes dargestellt, bei der das Parksperrenrad 13 ebenfalls axial gesehen innerhalb des Loslagers 7 und des zweiten Festlagers 6 angeordnet ist. Im Unterschied zu der fünften Ausführungsvariante ist das Parksperrenrad 13 axial gesehen gegenüberliegend an dem Stirnrad 4 der Getriebewelle 3 zugeordnet.
8 zeigt eine achte Ausführungsvariante des elektrischen Antriebes, bei der im Unterschied zur sechsten Ausführungsvariante das Parksperrenrad 13 an dem der Steckverzahnung 2 zugewandten Ende der Getriebewelle 3 angeordnet ist.
In 9 ist eine neunte Ausführungsvariante des elektrischen Antriebes dargestellt, bei der das Parksperrenrad 13 dem Zapfenabschnitt 8 der Rotorwelle 1 zugeordnet ist.
10 zeigt eine zehnte Ausführungsvariante des elektrischen Antriebes, bei der das Parksperrenrad 13 dem der Steckverzahnung 2 abgewandten Ende der Rotorwelle 1 zugeordnet ist.
Bezugszeichenliste

1: Rotorwelle
2: Steckverzahnung
3: Getriebewelle
4: Stirnrad
5: erstes Festlager an der Rotorwelle
6: zweites Festlager an der Getriebewelle
7: Loslager an der Getriebewelle
8: Zapfenabschnitt an der Rotorwelle
8A: Zapfenabschnitt an der Getriebewelle
9: Nabenabschnitt an der Getriebewelle
9A: Nabenabschnitt an der Rotorwelle
10: Durchmesserstufe der Rotorwelle
11: Durchmesserstufe an der Getriebewelle
12: Radialwellendichtring
13: Parksperrenrad
14: Axialbohrung zur Ölversorgung der Steckverzahnung

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 102016209409 A1 [0002]

Claims

Elektrischer Antrieb für ein Fahrzeug mit zumindest einer elektrischen Maschine, wobei eine Rotorwelle (1) der elektrischen Maschine mit einer Getriebewelle (3) über eine Steckverzahnung (2) gekoppelt ist, wobei die Rotorwelle (1) über die Steckverzahnung (2) und über ein erstes Festlager (5) an dem der Steckverzahnung (2) abgewandten Ende der Rotorwelle (1) gelagert ist und wobei die Getriebewelle (3) über ein zweites Festlager (6) und ein Loslager (7) gelagert ist.
Elektrischer Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Außendurchmesser der Getriebewelle (3) kleiner als der Außendurchmesser der Rotorwelle (1) ist.
Elektrischer Antrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das der Getriebewelle (3) zugewandte Ende der Rotorwelle (1) einen Zapfenabschnitt (8) mit Außenverzahnung als Teil der Steckverzahnung (2) aufweist und dass das der Rotorwelle (1) zugewandte Ende der Getriebewelle (3) einen Nabenabschnitt (9) mit Innenverzahnung als Teil der Steckverzahnung (2) aufweist, wobei der Zapfenabschnitt (8) der Rotorwelle (1) durch eine Durchmesserstufe (10) der Rotorwelle (1) vorgesehen ist.
Elektrischer Antrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das der Getriebewelle (3) zugewandte Ende der Rotorwelle (1) einen Nabenabschnitt (9A) mit Innenverzahnung als Teil der Steckverzahnung (2) aufweist und dass das der Rotorwelle (1) zugewandte Ende der Getriebewelle (3) einen Zapfenabschnitt (8A) mit Außenverzahnung als Teil der Steckverzahnung (2) aufweist, wobei der Zapfenabschnitt (8A) der Getriebewelle (3) durch eine Durchmesserstufe (11) der Getriebewelle (3) vorgesehen ist.
Elektrische Antrieb nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass dem reduzierten Außendurchmesserbereich der Durchmesserstufe (10, 11) an der Rotorwelle (1) oder an der Getriebewelle (3) zumindest ein Dichtelement (12) zugeordnet ist.
Elektrischer Antrieb nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem der Steckverzahnung (2) abgewandten Ende der Getriebewelle (3) ein Zylinderrollenlager als Loslager (7) und dem der Steckverzahnung (2) zugewandten Ende der Getriebewelle (3) ein Rillenkugellager als zweites Festlager (6) zugeordnet sind.
Elektrischer Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass dem der Steckverzahnung (2) abgewandten Ende der Getriebewelle (3) ein Rillenkugellager als zweites Festlager (6) und dem der Steckverzahnung (2) zugewandten Ende der Getriebewelle ein Zylinderrollenlager als Loslager (7) zugeordnet sind.
Elektrischer Antrieb nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das der Steckverzahnung (2) abgewandte Ende der Rotorwelle (1) ein Rillenkugellager als erstes Festlager (5) zugeordnet ist.
Elektrischer Antrieb nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Getriebewelle (3) zwischen dem Loslager (7) und dem zweiten Festlager (6) ein Stirnrad (4) zugeordnet ist.
Elektrischer Antrieb nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Getriebewelle (3) zwischen dem Loslager (7) und dem zweiten Festlager (6) ein Parksperrenrad (13) zugeordnet ist.
Elektrische Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Getriebewelle (3) axial gesehen außerhalb des Loslagers (7) und des zweiten Festlagers (6) ein Parksperrenrad (13) zugeordnet ist.
Elektrischer Antrieb nach Anspruch 3 oder 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass dem Zapfenabschnitt (8) der Rotorwelle (1) ein Parksperrenrad (13) zugeordnet ist.
Elektrischer Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass dem der Steckverbindung (2) abgewandten Ende der Rotorwelle (1) ein Parksperrenrad (13) zugeordnet ist.
Elektrischer Antrieb nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebewelle (3) eine Axialbohrung (14) zur Schmiermittelversorgung der Steckverzahnung (2) aufweist.
Fahrzeug mit einem elektrischen Antrieb nach einem der vorangehenden Ansprüche.