DE102022101739A1

DE102022101739A1 - Elektrische Antriebseinheit mit effizienter Lagerung zweier Sonnenräder

Info

Publication number: DE102022101739A1
Application number: DE102022101739.7A
Authority: DE
Inventors: Oleg Weitner; Christian Lutz
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2022-01-26
Filing date: 2022-01-26
Publication date: 2023-07-27
Also published as: WO2023143655A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektrische Antriebseinheit (1) für ein Kraftfahrzeug, mit einer elektrischen Maschine (2), einem Differenzialgetriebe (3), das mit seinem Antriebsrad (4) mit einem Rotor (5) der elektrischen Maschine (2) drehfest verbunden ist, und zwei, jeweils seitens ihres Sonnenrades (6, 7) mit einem eigenen Abtrieb (8, 9) des Differenzialgetriebes (3) verbundenen Planetengetrieben (10, 11), wobei zwei, jeweils eines der Sonnenräder (6, 7) aufnehmende oder unmittelbar ausformende Verbindungswellen (12, 13) koaxial zueinander angeordnet und mittels eines Lagers (14) axial aneinander abgestützt sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Antriebseinheit für ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein rein elektrisch oder hybridisch angetriebenes Kraftfahrzeug. Die Antriebseinheit ist alternativ auch als elektrisches Achssystem oder elektrische Achsantriebseinheit bezeichnet.
Prinzipiell besteht der Bedarf elektrische Antriebseinheiten für Kraftfahrzeuge hinsichtlich ihres Wirkungsgrades weiter zu optimieren. Hierbei hat es sich herausgestellt, dass ein gewisser Anteil an den im Betrieb entstehenden Wirkungsgradverlusten durch vorhandene Bauteillagerungen entfällt.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Antriebseinheit zur Verfügung zu stellen, die möglichst geringe Reibverluste aufweist, zugleich jedoch kompakt und einfach im Aufbau ist.
Dies wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Anspruch 1 beansprucht eine elektrische Antriebseinheit für ein Kraftfahrzeug, mit einer elektrischen Maschine, einem Differenzialgetriebe, welches Differenzialgetriebe wiederum mit seinem Antriebsrad mit einem Rotor der elektrischen Maschine drehfest verbunden ist, und mit zwei, jeweils seitens ihres Sonnenrades mit einem eigenen Abtrieb des Differenzialgetriebes verbundenen Planetengetrieben. Ferner sind zwei, jeweils eines der Sonnenräder aufnehmende oder unmittelbar ausformende Verbindungswellen koaxial zueinander angeordnet und mittels eines Lagers (zumindest) axial aneinander abgestützt.
Damit werden die Sonnenräder direkt und robust und folglich möglichst präzise zueinander abgestützt / gelagert. Dadurch werden Verluste während der Drehmomentübertragung, insbesondere Reibverluste, deutlich reduziert.
Weitergehende vorteilhafte Ausführungsformen sind mit den Unteransprüchen beansprucht und nachfolgend näher erläutert.
Demnach ist es auch von Vorteil, wenn das Lager innerhalb des Differenzialgetriebes angeordnet ist. Insbesondere ist es zweckmäßig, wenn das Lager sowohl axial innerhalb, als auch radial innerhalb des Differenzialgetriebes untergebracht ist. Dadurch erfolgt eine möglichst bauraumsparende Anordnung des Lagers.
Ferner ist es vorteilhaft, wenn der Rotor koaxial zu den Sonnenrädern sowie axial zwischen Planetenradsätzen der Planetengetriebe angeordnet ist. Dadurch lässt sich eine radial kompakte Bauweise erzielen.
Als zweckmäßig hat sich zudem herausgestellt, wenn das Differenzialgetriebe als ein Stirnraddifferenzial, alternativ auch als Kegelraddifferenzial, ausgebildet ist.
Für eine robuste Lagerung der Sonnenräder zueinander ist es ferner vorteilhaft, wenn eine, ein erstes Sonnenrad (eines ersten Planetengetriebes) aufnehmende oder ausformende, erste Verbindungswelle einen wellenstumpfförmigen Endbereich aufweist, welcher wellenstumpfförmige Endbereich in einen topfförmigen Endbereich einer ein zweites Sonnenrad (eines zweiten Planetengetriebes) aufnehmenden oder ausformenden, zweiten Verbindungswelle axial hineinragt, wobei radial zwischen den beiden Endbereichen das Lager angeordnet ist. Somit ergibt sich eine möglichst robuste Abstützung der Sonnenräder zueinander.
Ist das Lager als ein Kugellager realisiert, werden die zu einem großen Anteil durch die vorzugsweise schrägverzahnten Sonnenräder im Betrieb eingebrachten Axialkräfte robust und verschleißarm abgestützt.
Ferner ist es von Vorteil, wenn ein Lagerinnenring des Lagers mittels zumindest eines ersten Stützrings axial an der ersten Verbindungswelle gesichert ist. Dadurch ergibt sich eine robuste und einfach herstellbare Aufnahme des Lagers auf der ersten Verbindungswelle.
Demnach ist es auch zweckmäßig, wenn ein Lageraußenring des Lagers mittels zumindest eines zweiten Stützrings axial an der zweiten Verbindungswelle gesichert ist.
Mit anderen Worten ausgedrückt ist somit erfindungsgemäß eine effiziente Lagerung der Antriebssonnen (Sonnenräder) in einem elektrischen Achssystem (elektrische Antriebseinheit) umgesetzt. Durch die erfindungsgemäße Ausbildung ist insbesondere eine Reibungsreduzierung und ein Entfall einer DCU möglich.
Die Erfindung wird nun nachfolgend anhand von Figuren näher erläutert.
Es zeigen:

1 eine Längsschnittdarstellung einer erfindungsgemäßen elektrischen Antriebseinheit nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel, sowie
2 eine Detaildarstellung der Antriebseinheit nach 1 im Bereich eines zwei Verbindungswellen abstützenden Lagers, welche Verbindungswellen jeweils mit einem Sonnenrad eines Planetengetriebes weiter verbunden sind.

Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen ausschließlich dem Verständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen.
Mit 1 ist eine erfindungsgemäße elektrische Antriebseinheit 1 nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel in ihrem Gesamtaufbau gut zu erkennen. Die Antriebseinheit 1 ist bevorzugt in einem rein elektrisch oder alternativ in einem hybridisch angetriebenen Kraftfahrzeug / Kraftfahrzeugantriebsstrang eingesetzt.
Die Antriebseinheit 1 weist eine elektrische Maschine 2 auf, die hier als Axialflussmaschine realisiert ist. Ein Rotor 5 der elektrischen Maschine 2 ist relativ zu einem Gehäuse 23 der Antriebseinheit 1 drehbar gelagert. Ein gehäusefest aufgenommener Stator 24 der elektrischen Maschine 2 ist ebenfalls in 1 zu erkennen.
Der Rotor 5 / eine Rotorwelle des Rotors 5 ist drehfest mit einem Eingang eines axial versetzt zu dem Stator 24 angeordneten Differenzialgetriebes 3 verbunden. Der Eingang ist als Antriebsrad 4 ausgeführt. Das Differenzialgetriebe 3 ist bevorzugt als ein Stirnraddifferenzial ausgebildet, kann jedoch in weiteren Ausführungen auch auf andere Weise, beispielsweise als Kegelraddifferenzial, umgesetzt sein.
Das Differenzialgetriebe 3 weist ferner zwei Abtriebe 8, 9 auf, die jeweils mit einem Sonnenrad 6, 7 eines anderen Planetengetriebes 10, 11 permanent drehfest verbunden sind. Ein erster Abtrieb 8 ist somit drehfest mit einem (ersten) Sonnenrad 6 eines ersten Planetengetriebes 10 verbunden; ein zweiter Abtrieb 9 ist drehfest mit einem (zweiten) Sonnenrad 7 eines zweiten Planetengetriebes 11 drehfest verbunden.
Diesbezüglich ist zu erkennen, dass der erste Abtrieb 8 insbesondere mit einer das erste Sonnenrad 6 unmittelbar ausbildenden ersten Verbindungswelle 12 drehfest verbunden ist. Der zweite Abtrieb 9 ist mit einer das zweite Sonnenrad 7 ausbildenden zweiten Verbindungswelle 13 drehfest verbunden.
Die Planetengetriebe 10, 11 sind zu einander axial abgewandten Seiten der elektrischen Maschine 2 sowie des Differenzialgetriebes 3 angeordnet. Das erste Planetengetriebe 10 ist zu einer ersten axialen Seite der elektrischen Maschine 2 und des Differenzialgetriebes 3 angeordnet, wohingegen das zweite Planetengetriebe 11 zu einer, der ersten axialen Seite abgewandten, zweiten axialen Seite der elektrischen Maschine 2 und des Differenzialgetriebes 3 angeordnet ist.
Der Vollständigkeit halber sei darauf hingewiesen, dass die gegenständlich verwendeten Richtungsangaben axial / axiale Richtung und radial / radiale Richtung in Bezug auf eine zentrale Drehachse 25 der Sonnenräder 6, 7 zu verstehen sind. Unter axial ist folglich eine Richtung entlang / parallel zur Drehachse 25 und unter radial eine Richtung senkrecht zu der Drehachse 25 zu verstehen.
Das jeweilige Sonnenrad 6, 7 dient ferner als Antrieb des Planetengetriebes 10, 11, zu dem es zugeordnet ist. Das jeweilige Planetengetriebe 10, 11 ist auf typische Weise ausgebildet, wobei ein Planetenträger 26, 27 einen Ausgang / Abtrieb des Planetengetriebes 10, 11 bildet. Der (erste) Planetenträger 26 des ersten Planetengetriebes 10 lagert einen ersten Planetenradsatz 15. Der (zweite) Planetenträger 27 des zweiten Planetengetriebes 11 lagert einen zweiten Planetenradsatz 16.
Erfindungsgemäß sind die beiden Sonnenräder 6, 7 mittels eines Lagers 14 axial zueinander abgestützt. Das Lager 14 ist als ein Kugellager realisiert. Das Lager 14 weist einen Lagerinnenring 19 auf, der axial auf einen wellenstumpfförmigen Endbereich 17 der ersten Verbindungswelle 12 befestigt ist. Der Lagerinnenring 19 ist zu einer axialen Seite hin unmittelbar durch eine radiale (erste) Schulter 28 der ersten Verbindungswelle 12 abgestützt. Zu einer der ersten Schulter 28 axial abgewandten Seite ist der Lagerinnenring 19 an einem ersten Stützring 20 (axial) abgestützt, wobei der erste Stützring 20 wiederum in der ersten Verbindungswelle 12 (/ in einer Nut der ersten Verbindungswelle 12) eingerastet ist.
Ein Lageraußenring 21 des Lagers 14 ist axialfest an einem topfförmigen Endbereich 18 der zweiten Verbindungswelle 13 befestigt. Der Lageraußenring 21 ist zwischen einer (zweiten) Schulter 29 der zweiten Verbindungswelle 13 und einem zweiten Stützring 22 axial fixiert. Der zweite Stützring 22 ist in der zweiten Verbindungswelle 13 (/ in einer Nut der zweiten Verbindungswelle 13) eingerastet.
Das Lager 14 ist somit radial sowie axial innerhalb des topfförmigen Endbereichs 18 angeordnet ist und somit in ein axiales Aufnahmeloch 30 der zweiten Verbindungswelle 13 eingeschoben ist. Somit ist auch der wellenstumpfförmige Endbereich 17 axial in dieses Aufnahmeloch 30 eingeschoben.
Ferner ist zu erkennen, dass das Lager 14 radial und axial innerhalb des Differenzialgetriebes 3 angeordnet ist.
Mit anderen Worten ausgedrückt, wird in dem Antriebssystem (Antriebseinheit 1) mit der Leistungsverzweigung auf zwei Planetengetriebe 10, 11 die Sonne (erstes Sonnenrad 6) des ersten Planetenradsatzes 15 / des ersten Planetengetriebes 10 direkt zu der Sonne (zweites Sonnenrad 7) des zweiten Planetenradsatzes 16 / des zweiten Planetengetriebes 11 über das Differential (Differenzialgetriebe 3) gelagert. Dadurch heben sich die Axialkräfte aus der Verzahnung (der Sonnenräder 6, 7) auf. Das Lager 14 sieht nur noch die Differenzdrehzahl aus dem Differential und verursacht somit nur noch minimale Reibungsverluste.
Die beiden Abtriebe 8, 9 aus dem Differential übertragen das Moment auf die beiden Antriebssonnen (Sonnenräder 6, 7). Zur Lagerung der beiden Antriebssonnen wird ein Lagerungselement (Lager 14) zwischen den beiden Antriebssonnen als Festlager platziert. Die axiale Sicherung vom Festlager erfolgt über zwei Sicherungselemente (Stützringe 20, 22). Die Differenz der beiden Axialkräfte aus den Toleranzlagen erfolgt über axiale Anlaufflächen (31) im Differential. Diese Lagerung ermöglicht einen kompletten Kraftausgleich aus den beiden Verzahnungen (der Sonnenräder 6, 7).
Bezugszeichenliste

1: elektrische Antriebseinheit
2: elektrische Maschine
3: Differenzialgetriebe
4: Antriebsrad
5: Rotor
6: erstes Sonnenrad
7: zweites Sonnenrad
8: erster Abtrieb
9: zweiter Abtrieb
10: erstes Planetengetriebe
11: zweites Planetengetriebe
12: erste Verbindungswelle
13: zweite Verbindungswelle
14: Lager
15: erster Planetenradsatz
16: zweites Planetenradsatz
17: wellenstumpfförmiger Endbereich
18: topfförmiger Endbereich
19: Lagerinnenring
20: erster Stützring
21: Lageraußenring
22: zweiter Stützring
23: Gehäuse
24: Stator
25: Drehachse
26: Planetenträger des ersten Planetengetriebes
27: Planetenträger des zweiten Planetengetriebes
28: Schulter der ersten Verbindungswelle
29: Schulter der zweiten Verbindungswelle
30: Aufnahmeloch
31: Anlauffläche

Claims

Elektrische Antriebseinheit (1) für ein Kraftfahrzeug, mit einer elektrischen Maschine (2), einem Differenzialgetriebe (3), das mit seinem Antriebsrad (4) mit einem Rotor (5) der elektrischen Maschine (2) drehfest verbunden ist, und zwei, jeweils seitens ihres Sonnenrades (6, 7) mit einem eigenen Abtrieb (8, 9) des Differenzialgetriebes (3) verbundenen Planetengetrieben (10, 11), wobei zwei, jeweils eines der Sonnenräder (6, 7) aufnehmende oder unmittelbar ausformende Verbindungswellen (12, 13) koaxial zueinander angeordnet und mittels eines Lagers (14) axial aneinander abgestützt sind.
Antriebseinheit (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Lager (14) innerhalb des Differenzialgetriebes (3) angeordnet ist.
Antriebseinheit (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (5) koaxial zu den Sonnenrädern (6, 7) sowie axial zwischen Planetenradsätzen (15, 16) der Planetengetriebe (10, 11) angeordnet ist.
Antriebseinheit (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Differenzialgetriebe (3) als ein Stirnraddifferenzial oder ein Kegelraddifferenzial ausgebildet ist.
Antriebseinheit (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine, ein erstes Sonnenrad (6) aufnehmende oder ausformende, erste Verbindungswelle (12) einen wellenstumpfförmigen Endbereich (17) aufweist, der in einen topfförmigen Endbereich (18) einer ein zweites Sonnenrad (7) aufnehmenden oder ausformenden, zweiten Verbindungswelle (13) axial hineinragt, wobei radial zwischen den beiden Endbereichen (17, 18) das Lager (14) angeordnet ist.
Antriebseinheit (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Lager (14) ein Kugellager ist.
Antriebseinheit (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Lagerinnenring (19) des Lagers (14) mittels zumindest eines ersten Stützrings (20) axial an der ersten Verbindungswelle (12) gesichert ist.
Antriebseinheit (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Lageraußenring (21) des Lagers (14) mittels zumindest eines zweiten Stützrings (22) axial an der zweiten Verbindungswelle (13) gesichert ist.