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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Elektrischer Achsantriebsstrang, insbesondere zum Antrieb eines Kraftfahrzeugs, umfassend eine elektrische Maschine mit einem Stator und einem relativ zum Stator drehbar gelagerten Rotor, welcher mit einer als Hohlwelle ausgebildeten Getriebeeingangswelle einer Getriebeanordnung verbunden ist und die Getriebeanordnung ferner eine Getriebeausgangswelle aufweist, an welcher im Betrieb des Achsantriebsstrangs eine von der Getriebeeingangswelle verschiedene Drehzahl anliegt, und der Rotor eine Drehachse aufweist, die koaxial mit einer Drehachse der Getriebeeingangswelle und der Getriebeausgangswelle angeordnet ist.
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Bei Kraftfahrzeugen werden für den Antrieb verstärkt Elektromotoren eingesetzt, um Alternativen zu Verbrennungsmotoren zu schaffen, die fossile Brennstoffe benötigen. Um die Alltagstauglichkeit der Elektroantriebe zu verbessern und zudem den Benutzern den gewohnten Fahrkomfort bieten zu können, sind bereits erhebliche Anstrengungen unternommen worden.
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Eine ausführliche Darstellung zu einem Elektroantrieb ergibt sich aus einem Artikel der Zeitschrift ATZ 113. Jahrgang, 05/2011, Seiten 360-365 von Erik Schneider, Frank Fickl, Bernd Cebulski und Jens Liebold mit dem Titel: Hochintegrativ und Flexibel Elektrische Antriebseinheit für E-Fahrzeuge. In diesem Artikel wird eine Antriebseinheit für eine Achse eines Fahrzeugs beschrieben, welche einen E-Motor umfasst, der konzentrisch und koaxial zu einem Kegelraddifferenzial angeordnet ist, wobei in dem Leistungsstrang zwischen Elektromotor und Kegelraddifferenzial ein schaltbarer 2-Gang-Planetenradsatz angeordnet ist, der ebenfalls koaxial zu dem E-Motor bzw. dem Kegel-raddifferenzial oder Stirnraddifferential positioniert ist. Die Antriebseinheit ist sehr kompakt aufgebaut und erlaubt aufgrund des schaltbaren 2-Gang-Planetenradsatzes einen guten Kompromiss zwischen Steigfähigkeit, Beschleunigung und Energieverbrauch. Derartige Antriebseinheiten werden auch als E-Achsen bezeichnet.
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Aus der
DE 10 2010 048 837 A1 ist eine derartige Antriebsvorrichtung mit wenigstens einem Elektromotor und mindestens einem mit einem Rotor des Elektromotors antreibbaren Planetendifferenzial bekannt, wobei das Planetendifferenzial wenigstens einen Planententräger, der mit einem Rotor des Elektromotors wirkverbunden ist, erste Planetenräder und zweite Planetenräder, die drehbar an dem Planetenträger gelagert sind, sowie ein erstes Sonnenrad und ein zweites Sonnenrad, von denen jedes jeweils mit einer Abtriebswelle des Planetendifferenzials wirkverbunden ist, aufweist. Dabei stehen die ersten Planetenräder mit dem ersten Sonnenrad im Zahneingriff und steht jedes der zweiten Planetenräder mit dem zweiten Sonnenrad sowie mit einem der ersten Planetenräder im Zahneingriff. Ferner sind die Sonnenräder koaxial einer Rotationsachse des Rotors angeordnet.
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Durch sehr starke Spannungsflanken bei der Spannungsversorgung des elektrischen Antriebs werden unerwünschte elektrische Ströme in dem elektrischen Antrieb generiert. Dabei fließen die elektrischen Ströme über das Gehäuse, die Welle und auch über die Rotorlager, welche durch mechanischen Verschleiß und zusätzlich auch durch den Stromdurchgang geschädigt werden.
Um dies zu vermeiden, ist eine Abführung dieser elektrischen Energie notwendig. Die Ableitung von elektrischen Strömen über die Welle in das Gehäuse ist aus dem Stand der Technik bereits bekannt. Hierzu sind beispielsweise Erdungsbürsten oder radial wirkende Schleifelemente (Kohlebürsten) bekannt, welche zur Erdung der Rotorwelle dienen. Des Weiteren sind axial wirkende Systeme zur Wellenerdung bekannt. Durch diese Erdungs- und/oder Isolierungselemente wird verhindert, dass sich die in die mechanischen Strukturelemente des Elektromotors induzierte elektrische Spannung über die Lager entladen oder auf die Nachbarbauteile des Elektromotors übertragen werden kann.
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Beispielsweise beschreibt die Druckschrift
CN 104 037 985 eine antistatische Entladevorrichtung für den Rotor eines Elektromotors. Die antistatische Entladevorrichtung umfasst einen Ableitstift, welche in einer Bohrung am hinteren Ende einer Rotorspindel des Motors angeordnet ist. Zur Erdung und zur elektrischen Entladung der Rotorspindel ist der Ableitstift mit dem Gehäuse des Elektromotors verschraubt.
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Es ist die Aufgabe der Erfindung einen elektrischen Achsantriebsstrang insbesondere zum Antrieb eines Kraftfahrzeugs bereitzustellen, der eine verbesserte Erdung zur Verfügung stellt, sowie über einen kompakten Aufbau und eine große Langlebigkeit verfügt.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch einen elektrischen Achsantriebsstrang, insbesondere zum Antrieb eines Kraftfahrzeugs, umfassend eine elektrische Maschine mit einem Stator und einem relativ zum Stator drehbar gelagerten Rotor, welcher mit einer als Hohlwelle ausgebildeten Getriebeeingangswelle einer Getriebeanordnung verbunden ist und die Getriebeanordnung ferner eine Getriebeausgangswelle aufweist, an welcher im Betrieb des Achsantriebsstrangs eine von der Getriebeeingangswelle verschiedene Drehzahl anliegt, und der Rotor eine Drehachse aufweist, die koaxial mit einer Drehachse der Getriebeeingangswelle und der Getriebeausgangswelle angeordnet ist, wobei in der als Hohlwelle ausgebildeten Getriebeeingangswelle zur Aufnahme eines ersten Erdungselements ein erstes topfförmiges Aufnahmeelement mit einem ersten umlaufenden Kragen drehfest angeordnet ist, wobei der erste Kragen einen axialen Anschlag an einem ersten axialen Ende der Getriebeeingangswelle bildet, und in der als Hohlwelle ausgebildeten Getriebeeingangswelle zur Aufnahme eines zweiten Erdungselements ein zweites topfförmiges Aufnahmeelement mit einem zweiten umlaufenden Kragen drehfest angeordnet ist, wobei der zweite Kragen einen axialen Anschlag an einem zweiten axialen Ende der Getriebeeingangswelle bildet, und das erste Erdungselement einen ersten Kontaktkörper aufweist, welcher mittels eines ersten Federelements in einer axialen aus der Getriebeeingangswelle herausweisende Richtung federkraftbeaufschlagt an einem ersten Erdungselement anliegt und das zweite Erdungselement einen zweiten Kontaktkörper aufweist, welcher mittels eines zweiten Federelements in einer axialen aus der Getriebeeingangswelle herausweisende Richtung federkraftbeaufschlagt an einem zweiten Erdungselement anliegt.
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Hierdurch wird der Vorteil erzielt, dass eine besonders sichere und verlustarme Erdung des Rotors bereitgestellt werden kann. Ferner wird nicht nur die Erdung der Rotorwelle zum Gehäuse des Stators erfasst, sondern gleichzeitig auch die Erdung der Getriebeausgangswelle, was die EMV-Eigenschaften des Antriebsstrangs deutlich verbessert.
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Durch die Federkraftbeaufschlagung der Kontaktkörper kann insbesondere ein stetiger elektrischer Kontakt zwischen den zu verbindenden Erdungspartnern sichergestellt werden. Auch erlaubt die Federkraftbeaufschlagung den Ausgleich von Toleranzen oder Taumelbewegungen der Erdungspartner. Durch die bevorzugt koaxiale Positionierung der Kontaktkörper kann ferner eine besonders reibungsarme Erdung ausgebildet werden.
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Zunächst werden die einzelnen Elemente des beanspruchten Erfindungsgegenstandes in der Reihenfolge ihrer Nennung im Anspruchssatz erläutert und nachfolgend besonders bevorzugte Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes beschrieben.
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Ein elektrisch betreibbarer Antriebsstrang umfasst eine elektrische Maschine und bevorzugt eine mit der elektrischen Maschine gekoppelte Getriebeanordnung. Die Getriebeanordnung und die elektrische Maschine bilden eine bauliche Einheit. Diese kann beispielsweise mittels eines Antriebsstranggehäuses gebildet sein, in welchem die Getriebeanordnung und die elektrische Maschine gemeinsam aufgenommen sind.
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Die elektrische Maschine besitzt bevorzugt ein Motorgehäuse und/oder das Getriebe ein Getriebegehäuse, wobei die bauliche Einheit dann über eine Fixierung des Getriebes gegenüber der elektrischen Maschine bewirkbar ist. Das Getriebegehäuse ist ein Gehäuse zur Aufnahme eines Getriebes. Es hat die Aufgabe, vorhandene Wellen jeweils über die Lager zu führen und den Rädern (eventuell Kurvenscheiben) bei allen Belastungen diejenigen Freiheitsgrade zu gewähren, derer sie bedürfen, ohne sie in der Dreh- und eventuell Bahnbewegung zu behindern, sowie Lagerkräfte und Abstützmomente aufzunehmen. Ein Getriebegehäuse kann ein- oder mehrschalig, das heißt, ungeteilt oder geteilt ausgebildet sein. Das Getriebegehäuse sollte insbesondere auch sowohl Geräusche und Vibrationen dämpfen als auch Hydraulikfluid sicher aufnehmen können. Das Getriebegehäuse ist bevorzugt aus einem metallischen Material, insbesondere bevorzugt aus Aluminium, Grauguss oder Stahlguss, insbesondere mittels einem Urformverfahren wie Gießen oder Druckguss geformt.
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Das Motorgehäuse umhaust die elektrische Maschine. Ein Motorgehäuse kann darüber hinaus auch die Steuer- und Leistungselektronik aufnehmen. Das Motorgehäuse kann darüber hinaus auch Bestandteil eines Kühlsystems für die elektrische Maschine und derart ausgebildet sein, dass Hydraulikfluid über das Motorgehäuse der elektrischen Maschine zugeführt werden und/oder die Wärme über die Gehäuseflächen nach außen abgeführt werden kann. Darüber hinaus schützt das Motorgehäuse die elektrische Maschine sowie die ggf. vorhandene Elektronik vor äußeren Einflüssen.
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Ein Motorgehäuse kann insbesondere aus einem metallischen Material gebildet sein. Vorteilhafter Weise kann das Motorgehäuse aus einem metallischen Gussmaterial, wie zum Beispiel Aluminiumdruckguss, Magnesiumdruckguss, Grauguss oder Stahlguss geformt sein.
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Die elektrische Maschine dient zur Umwandlung elektrischer Energie in mechanische Energie und/oder umgekehrt, und sie umfasst in der Regel einen als Stator, Ständer oder Anker bezeichneten ortsfesten Teil sowie einen als Rotor oder Läufer bezeichneten und gegenüber dem ortsfesten Teil beweglich, insbesondere drehbar, angeordneten Teil.
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Die elektrische Maschine des erfindungsgemäßen Achsantriebsstrangs ist bevorzugt als Axialflussmaschine ausgebildet. Der magnetische Fluss in einer elektrischen Axialflussmaschine (AFM) ist im Luftspalt zwischen Stator und Rotor axial zu einer Rotationsrichtung des Rotors der Axialflussmaschine gerichtet. Es gibt unterschiedliche Typen von Axialflussmaschinen. Ein bekannter Typ ist eine sogenannte I-Anordnung, bei der der Rotor axial neben einem Stator oder zwischen zwei Statoren angeordnet ist. Ein anderer bekannter Typ ist eine sogenannte H-Anordnung, bei der zwei Rotoren auf gegenüberliegenden axialen Seiten eines Stators angeordnet sind. Die elektrische Axialflussmaschine ist bevorzugt als H-Typ konfiguriert.
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Grundsätzlich ist es auch möglich, dass eine Mehrzahl von Rotor-Stator-Konfigurationen als I-Typ und/oder H-Typ axial nebeneinander angeordnet sind. Auch wäre es in diesem Zusammenhang möglich, sowohl eine oder mehrere Rotor-Stator-Konfigurationen des I-Typs sowie eine oder mehrere Rotor-Stator-Konfigurationen des H-Typs in axialer Richtung nebeneinander anzuordnen. Insbesondere ist es auch zu bevorzugen, dass die Rotor-Stator-Konfiguration des H-Typs und/oder des I-Typs jeweils im Wesentlichen identisch ausgebildet sind, so dass diese modulartig zu einer Gesamtkonfiguration zusammengefügt werden können. Derartige Rotor-Stator-Konfigurationen können insbesondere koaxial zueinander angeordnet sein sowie mit einer gemeinsamen Rotorwelle oder mit mehrere Rotorwellen verbunden sein.
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Insbesondere ist die elektrische Maschine so dimensioniert, dass Fahrzeuggeschwindigkeiten größer als 50 km/h, vorzugsweise größer als 80 km/h und insbesondere größer als 100 km/h erreicht werden können. Besonders bevorzugt weist der Elektromotor eine Leistung größer als 30 kW, vorzugsweise größer als 50 kW und insbesondere größer als 70 kW auf. Es ist des Weiteren bevorzugt, dass die elektrische Maschine Drehzahlen größer als 5.000 U/min, besonders bevorzugt größer als 10.000 U/min, ganz besonders bevorzugt größer als 12.500 U/min bereitstellt.
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Als Kraftfahrzeuge im Sinne dieser Anmeldung gelten Landfahrzeuge, die durch Maschinenkraft bewegt werden, ohne an Bahngleise gebunden zu sein. Ein Kraftfahrzeug kann beispielsweise ausgewählt sein aus der Gruppe der Personenkraftwagen (PKW), Lastkraftwagen (LKW), Kleinkrafträder, Leichtkraftfahrzeuge, Krafträder, Kraftomnibusse (KOM) oder Zugmaschinen.
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Die Getriebeanordnung ist insbesondere mit der elektrischen Maschine koppelbar, welche zur Erzeugung eines Antriebsdrehmoments für das Kraftfahrzeug ausgebildet ist. Bei dem Antriebsdrehmoment handelt es sich besonders bevorzugt um ein Hauptantriebsdrehmoment, sodass das Kraftfahrzeug ausschließlich durch das Antriebsdrehmoment angetrieben wird. Bevorzugt ist die Getriebeanordnung als ein Planetengetriebe ausgebildet. Höchst bevorzugt ist das Planetengetriebe nasslaufend.
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Ein Kontaktkörper kann eine Kontur aufweisen, welche einen punktartigen Kontakt mit einem an ihm anliegender Kontaktstruktur ausbildet. Geeignet sind hierbei insbesondere Kugelformen, Kugelschnitte, Pyramidenformen oder dergleichen. Der punktartige Kontakt erfolgt besonders bevorzugt in der Drehachse der Getriebeeingangswelle.
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Ein Kontaktelement kann insbesondere von einem Federelement kraftbeaufschlagt sein. Das Federelement kann aus einer oder mehreren Federn gebildet sein. Bevorzugt umfasst das Federelement eine Druckfeder. Des Weiteren ist es aber auch möglich, dass das Federelement eine Tellerfeder aufweist. Das Federelement ist bevorzugt so konfiguriert, dass es eine axiale Anpresskraft auf einen Kontaktkörper ausüben kann, die geeignet ist, einen sicheren elektrischen Kontakt zwischen dem Kontaktkörper und einer Anlagestruktur, insbesondere auch bei Vorhandensein eines Fluids im elektrischen Kontaktbereich, zu gewährleisten.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängig formulierten Ansprüchen angegeben. Die in den abhängig formulierten Ansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale sind in technologisch sinnvoller Weise miteinander kombinierbar und können weitere Ausgestaltungen der Erfindung definieren. Darüber hinaus werden die in den Ansprüchen angegebenen Merkmale in der Beschreibung näher präzisiert und erläutert, wobei weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung dargestellt werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das erste Aufnahmeelement und/oder das zweite Aufnahmeelement aus einem tiefgezogenen Blech geformt sind/ist, was aus fertigungstechnischer Sicht besonders vorteilhaft ist und somit auch Kostenvorteile realisiert.
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Es kann gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung auch vorgesehen sein, dass das erste Aufnahmeelement und das zweite Aufnahmeelement im Wesentlichen gleichteilig ausgebildet sind. Es kann hierdurch eine Reduktion der Bauteilvarianz erreicht werden, was ebenfalls zu Kostenvorteilen führt.
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Des Weiteren kann es gemäß einer ebenfalls vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass das erste Erdungselement und das zweite Erdungselement im Wesentlichen gleichteilig ausgebildet sind, wodurch die Bauteilvarianz weiter reduziert werden kann.
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Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass der erste Kontaktkörper und/oder der zweite Kontaktkörper jeweils eine Kugel ist. Hierdurch lässt sich insbesondere die Wirkung erzielen, dass ein punktartiger Kontakt zwischen dem Kontaktkörper und einem ihm zugeordneten Kontakt ausgebildet ist, was sich insbesondere in einem nassen Betriebsumfeld als besonders betriebssicher erwiesen hat.
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Des Weiteren kann die Erfindung auch dahingehend weiterentwickelt sein, dass der erste Kontaktkörper und der zweite Kontaktkörper koaxial zu der Drehachse der Getriebeeingangswelle angeordnet sind. Durch die koaxiale Positionierung der Kontaktkörper kann eine besonders reibungsarme Erdung ausgebildet werden.
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In einer ebenfalls bevorzugten Ausgestaltungsvariante der Erfindung kann auch vorgesehen sein, dass die als Axialflussmaschine ausgeführte elektrische Maschine eine als Hohlwelle gestaltete Rotorwelle aufweist, in welche eine gegenüber dem Stator feststehende Lagerwelle eingreift, wobei die Rotorwelle gegenüber der Lagerwelle mittels eines Wälzlagers drehbar gelagert ist und an und/oder in der als Hohlwelle ausgeführten Lagerwelle eine Lagervorspannvorrichtung angeordnet ist, mittels derer eine Lagervorspannung in dem Wälzlager einstellbar ist, wobei der erste Kontaktkörper des ersten Erdungselements an der Lagervorspannvorrichtung anliegt. Hierdurch kann ein besonders kompakt bauender Achsantriebsstrang realisiert werden.
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Das Wälzlager kann ein- oder mehrreihig ausgebildet sein. Bevorzugt ist das Wälzlager als ein Kugellager konfiguriert.
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Der Innenring kann insbesondere die Wälzlager aufnehmende Welle mit dem Wälzlager bzw. den Wälzkörpern verbinden. Dabei kann insbesondere die Welle mit der der Welle zugewandten Seite der Mantelfläche des Innenrings verbunden sein, wo-bei auf der dieser Mantelfläche gegenüberliegenden Innenringlaufbahn die Wälzkörper des Wälzlagers wälzen. Der Innenring kann aus einem metallischen und/oder keramischen Werkstoff gebildet sein. Es ist grundsätzlich denkbar, den Innenring einteilig oder mehrteilig, insbesondere zweiteilig auszubilden.
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Der Außenring kann insbesondere die Wälzlager aufnehmende Lagerung mit dem Wälzlager bzw. den Wälzkörpern verbinden. Dabei kann insbesondere die Lagerung mit der der Lagerung zugewandten Seite der Mantelfläche des Außenrings verbunden sein, wobei der dieser Mantelfläche gegenüberliegenden Außenringlaufbahn die Wälzkörper des Wälzlagers wälzen. Der Außenring kann aus einem metallischen und/oder keramischen Werkstoff gebildet sein. Es ist grundsätzlich denkbar, den Außenring einteilig oder mehrteilig, insbesondere zweiteilig auszubilden.
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Die Wälzkörper haben die Form einer Kugel oder einer Rolle. Sie wälzen sich auf den Laufbahnen des Wälzlagers ab und haben die Aufgabe, die auf ein Radialwälzlager wirkende Kraft vom Außenring auf den Innenring und umgekehrt zu übertragen. Bei einem Axialwälzlager übertragen die Wälzkörper die auf das Axialwälzlager wirkenden Kräfte zwischen den Laufscheiben. Rollenförmige Wälzkörper können beispielsweise ausgewählt sein aus der Gruppe der symmetrischen Pendelrollen, der asymmetrischen Pendelrollen, der Zylinderrollen, der Nadelrollen und/oder der Kegelrollen. Es kann gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung auch vorgesehen sein, dass die Wälzkörper aus Keramik gefertigt sind.
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Die Wälzkörper sind bevorzugt in einem Käfig geführt und voneinander beabstandet. Der Käfig kann einstückig oder mehrstückig ausgeführt sein. Der Käfig ist insbesondere als Taschenkäfig konfiguriert.
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Es kann gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung auch vorgesehen sein, dass das Wälzlager als ein zweireihiges Schrägkugellager ausgebildet ist. Das zweireihige Schrägkugellager weist eine besonders geeignete Stützbasis zur Aufnahme von Kippkräften, wie sie im Betrieb der elektrischen Maschine vorkommen können, auf. Das zweireihige Schrägkugellager kann in O- oder X-Konfiguration ausgebildet sein. Im Zusammenhang mit der Erfindung ist eine O-Anordnung bevorzugt.
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Auch kann es vorteilhaft sein, die Erfindung dahingehend weiterzuentwickeln, dass die Lagervorspannvorrichtung eine Einstellschraube mit einem Schraubengewinde und mit einem Schraubenkopf aufweist, welcher sich axial gegenüber der Lagerwelle abstützt und ein hülsenartiges, aus einem Blech geformtes Spannelement mit einem Innengewinde im Eingriff mit dem Schraubengewinde steht, wobei das Spannelement einen Kragen aufweist, welcher an dem Wälzlager anliegt. Der Vorteil, der sich hierdurch realisieren lässt, ist, dass die Einstellschraube somit zwei Funktionen in sich vereint, was ebenfalls zu einer hohen Systemintegration und kompakten Aufbau beiträgt. Gemäß einer weiteren zu bevorzugenden Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes kann daher auch vorgesehen sein, dass der erste Kontaktkörper an der Einstellschraube anliegt.
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Schließlich kann die Erfindung auch in vorteilhafter Weise dahingehend ausgeführt sein, dass ein von dem Schraubengewinde durchgriffener Haltering in der als Hohlwelle ausgeführten Lagerwelle angeordnet ist, wobei der Haltering an einer in der Lagerwelle ausgebildeten Schulter einseitig axial festgelegt ist und der Schraubenkopf an dem Haltering anliegt, was sich als fertigungs- und montagetechnisch vorteilhaft erwiesen hat.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Figuren ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens näher erläutert werden.
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Es zeigt:
- 1 einen elektrischen Achsantriebsstrang in einer schematischen Axialschnittdarstellung,
- 2 eine freigestellte Detailansicht auf die Rotorwelle und die Getriebeeingangswelle in einer schematischen Axialschnittdarstellung,
- 3 einen elektrischen Achsantriebsstrang mit sich durch das Gehäuse ziehenden Stromleitpfaden in einer schematischen Axialschnittdarstellung,
- 4 ein Kraftfahrzeug mit einem elektrischen Achsantriebsstrang in drei verschiedenen Ausführungen in jeweils einer schematischen Blockschaltansicht.
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Die 1 zeigt einen elektrischen Achsantriebsstrang 1, insbesondere zum Antrieb eines Kraftfahrzeugs 2, wie es auch exemplarisch in der 4 gezeigt ist. Der Achsantriebsstrang 1 kann, wie in der Abbildung b der 4 gezeigt, als ein koaxial zu der Fahrzeugachse angeordnet und von einer elektrischen Maschine 3 betreibbar ausgeführt sein. Es ist auch möglich, dass der Achsantriebsstrang 1 zwei elektrische Maschinen 3 und zwei Getriebeanordnungen 6 aufweist, wobei eine elektrische Maschine 3 und eine Getriebeanordnung 6 paarweise einem Fahrzeugrad des Kraftfahrzeugs 2 zugeordnet sind, so wie es in der Abbildung b der 4 skizziert ist. Es ist hierbei zu bevorzugen, dass die elektrischen Maschinen 3 und Getriebeanordnungen 6 im Wesentlichen baugleich ausgeführt sind. In der der 1 ist schließlich noch ein Achsantriebsstrang 1 gezeigt, der eine bezogen auf die Fahrzeugachse achsparallele Anordnung aufweist.
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Der Achsantriebsstrang 1 umfasst eine als Axialflussmaschine konfigurierte elektrische Maschine 3 mit einem Stator 4 und einem relativ zum Stator 4 drehbar gelagerten Rotor 5, welcher mit einer Getriebeeingangswelle 7 einer Getriebeanordnung 6 verbunden ist. Die elektrische Maschine 3 und die Getriebeanordnung 6 sind baulich durch das gemeinsame Gehäuse 15 zusammengefasst. Die Getriebeanordnung 6 weist ferner eine Getriebeausgangswelle 8 auf, an welcher im Betrieb des Achsantriebsstrangs 1 eine von der Getriebeeingangswelle 7 verschiedene Drehzahl anliegt. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Getriebeanordnung 6 als nasslaufendes Planetengetriebe ausgebildet, wobei die Getriebeeingangswelle 7 ein Sonnenrad des Planetengetriebes ist.
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Mit der Getriebeeingangswelle 7 stehen in einem Planetenradträger 24 gelagerte Planetenräder 22 im getrieblichen Eingriff, welche drehbar an der Planetenradwelle 25 gelagert sind. Ferner stehen die Planetenräder 22 radial außen mit einem innenverzahnten Hohlrad 23 im getrieblichen Eingriff. Der Planetenradträger 24 ist drehfest mit der Getriebeausgangswelle 8 verbunden, welche ebenfalls als Hohlwelle ausgeführt ist. Die Getriebeeingangswelle 7 ist gegenüber der Getriebeausgangswelle 8 über das Wälzlager 26 verdrehbar gelagert.
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Der Rotor 5 besitzt eine Drehachse 9, die koaxial mit einer Drehachse 10 der Getriebeeingangswelle 7 und der Getriebeausgangswelle 8 angeordnet ist.
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Die als Axialflussmaschine ausgeführte elektrische Maschine 3 besitzt ferner eine als Hohlwelle gestaltete Rotorwelle 13, in welche eine gegenüber dem Stator 4 feststehende Lagerwelle 14 eingreift. Die Rotorwelle 13 ist gegenüber der Lagerwelle 14 mittels eines Wälzlagers 16 drehbar gelagert. An der Lagerwelle 14 ist eine Lagervorspannvorrichtung 20 angeordnet, mittels derer eine Lagervorspannung in dem Wälzlager 16 einstellbar ist, wobei der erste Kontaktkörper 11 an der Lagervorspannvorrichtung 20 anliegt.
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In der als Hohlwelle ausgebildeten Getriebeeingangswelle 7 ist zur Aufnahme eines ersten Erdungselements 17 ein erstes topfförmiges Aufnahmeelement 31 mit einem ersten umlaufenden Kragen 32 drehfest angeordnet. Der erste Kragen 32 bildet einen axialen Anschlag an einem ersten axialen Ende der Getriebeeingangswelle 7, während sich das Aufnahmeelement 31 axial in die Getriebeeingangswelle 7 hineinerstreckt.
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Ferner ist in der als Hohlwelle ausgebildeten Getriebeeingangswelle 7 zur Aufnahme eines zweiten Erdungselements 33 ein zweites topfförmiges Aufnahmeelement 34 mit einem zweiten umlaufenden Kragen 35 drehfest angeordnet. Auch hier bildet der zweite Kragen 35 einen axialen Anschlag an einem zweiten axialen Ende der Getriebeeingangswelle 7 und das Aufnahmeelement 34 sich ebenfalls axial in die Getriebeeingangswelle 7 hinein erstreckt. Das erste Aufnahmeelement 31 und das zweite Aufnahmeelement 34 sind aus einem tiefgezogenen Blech geformt und im Wesentlichen gleichteilig ausgebildet.
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Das erste Erdungselement 17 weist einen ersten Kontaktkörper 11 auf, welcher mittels eines ersten Federelements 19 in einer axialen aus der Getriebeeingangswelle 7 herausweisende Richtung federkraftbeaufschlagt an einem ersten Erdungselement 36 anliegt. In der gezeigten Ausführungsform ist das erste Erdungselement 36 eine Einstellschraube 39, was nachfolgend noch näher erläutert wird.
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Das zweite Erdungselement 33 besitzt einen zweiten Kontaktkörper 12, welcher mittels eines zweiten Federelements 37 in einer axialen aus der Getriebeeingangswelle 7 herausweisende Richtung federkraftbeaufschlagt an einem zweiten Erdungselement 38 anliegt. Das zweite Erdungselement 38 ist eine drehfest mit der Getriebeausgangswelle 8 verbundene metallische Scheibe.
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Wie in der 2 dargestellt, sind das erste Erdungselement 17 und das zweite Erdungselement 33 im Wesentlichen gleichteilig ausgebildet.
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Wie man in der Detailansicht der 2 erkennt, weist das Erdungselement 17,33 jeweils einen axial versetzbaren Kolben 21 auf, an dem sich axial einerseits das Federelement 19 abstützt und an dem axial anderseits der erste Kontaktkörper 11 bzw. der zweite Kontaktkörper 12 anliegt. Der erste Kontaktkörper 11 und der zweite Kontaktkörper 12 sind jeweils als Kugel ausgebildet, welche aus einem Stahl oder aus Graphit geformt sein können. Wie sich gut anhand der 1 nachvollziehen lässt, sind der erste Kontaktkörper 11 und der zweite Kontaktkörper 12 koaxial zu der Drehachse 10 der Getriebeeingangswelle 7 angeordnet.
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In der als Hohlwelle ausgeführten Lagerwelle 14 ist eine Lagervorspannvorrichtung 20 angeordnet, mittels derer eine Lagervorspannung in dem Wälzlager 16 einstellbar ist. Der erste Kontaktkörper 11 des ersten Erdungselements 17 liegt hierbei an der Lagervorspannvorrichtung 20 an.
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Die Lagervorspannvorrichtung 20 besitzt eine Einstellschraube 39 mit einem Schraubengewinde 41 und mit einem Schraubenkopf 40, welcher sich axial gegenüber der Lagerwelle 14 abstützt. Der erste Kontaktkörper 11 liegt an der Einstellschraube 39 an. Ein hülsenartiges, aus einem Blech geformtes Spannelement 46 mit einem Innengewinde 42 steht im Eingriff mit dem Schraubengewinde 41, so dass mittels einer Drehung der Einstellschraube 39 ein axialer Versatz des Spannelements 46 bewirkt ist. Das Spannelement 46 weist einen Kragen 43 auf, welcher an dem Wälzlager 16 anliegt. Das Spannelement 46 ist aus einem tiefgezogenen Blech geformt, wobei das Innengewinde 42 spanlos in das Spannelement 46 eingeprägt ist.
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Ein von dem Schraubengewinde 41 durchgriffener Haltering 44 ist in der als Hohlwelle ausgeführten Lagerwelle 14 angeordnet, wobei der Haltering 44 an einer in der Lagerwelle 14 ausgebildeten Schulter 45 einseitig axial festgelegt ist und der Schraubenkopf 40 an dem Haltering 44 anliegt.
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Die besondere Wirkungsweise der Erdungselemente 17,33 kann auch nochmal gut anhand der Darstellung der 3 nachvollzogen werden, in der die Stromleitpfade 30 als gestrichelte Linien durch den Achsantriebsstrang 1 skizziert sind. Man erkennt gut, dass durch die Verwendung und Anordnung der beiden Erdungselemente 17,27 im Wesentlichen alle Bauteile elektrisch leitend mit dem Gehäuse 15 des Achsantriebsstrangs 1 verbunden und hierüber geerdet sind. Insbesondere ist auch die Getriebeausgangswelle entsprechend geerdet, was zu einer deutlichen Verbesserung der EMV-Eigenschaften des Antriebsstrangs 1 führt.
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Die Erfindung ist nicht auf die in den Figuren dargestellten Ausführungsformen beschränkt. Die vorstehende Beschreibung ist daher nicht als beschränkend, sondern als erläuternd anzusehen. Die nachfolgenden Patentansprüche sind so zu verstehen, dass ein genanntes Merkmal in zumindest einer Ausführungsform der Erfindung vorhanden ist. Dies schließt die Anwesenheit weiterer Merkmale nicht aus. Sofern die Patentansprüche und die vorstehende Beschreibung ‚erste‘ und ‚zweite‘ Merkmal definieren, so dient diese Bezeichnung der Unterscheidung zweier gleichartiger Merkmale, ohne eine Rangfolge festzulegen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Achsantriebsstrang
- 2
- Kraftfahrzeug
- 3
- elektrische Maschine
- 4
- Stator
- 5
- Rotor
- 6
- Getriebeanordnung
- 7
- Getriebeeingangswelle
- 8
- Getriebeausgangswelle
- 9
- Drehachse
- 10
- Drehachse
- 11
- Kontaktkörper
- 12
- Kontaktkörper
- 13
- Rotorwelle
- 14
- Lagerwelle
- 15
- Gehäuse
- 16
- Wälzlager
- 17
- Erdungselement
- 19
- Federelement
- 20
- Lagervorspannvorrichtung
- 21
- Kolben
- 22
- Planetenräder
- 23
- Hohlrad
- 24
- Planetenradträger
- 25
- Planetenradwelle
- 26
- Wälzlager
- 27
- Erdungslement
- 30
- Stromleitpfade
- 31
- Aufnahmeelement
- 32
- Kragen
- 33
- Erdungselement
- 34
- Aufnahmeelement
- 35
- Kragen
- 36
- Erdungselement
- 37
- Federelements
- 38
- Erdungselement
- 39
- Einstellschraube
- 40
- Schraubenkopf
- 41
- Schraubengewinde
- 42
- Innengewinde
- 43
- Kragen
- 44
- Haltering
- 45
- Schulter
- 46
- Spannelement
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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 102010048837 A1 [0004]
- CN 104037985 [0006]
