WO2012139821A2 - Antriebsvorrichtung, insbesondere für ein fahrzeug - Google Patents

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WO2012139821A2 PCT/EP2012/053706 EP2012053706W WO2012139821A2 WO 2012139821 A2 WO2012139821 A2 WO 2012139821A2 EP 2012053706 W EP2012053706 W EP 2012053706W WO 2012139821 A2 WO2012139821 A2 WO 2012139821A2
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    • H02K7/10—Structural association with clutches, brakes, gears, pulleys or mechanical starters
    • H02K7/116—Structural association with clutches, brakes, gears, pulleys or mechanical starters with gears

Definitions

  • the invention relates to a drive device having at least one housing, with at least one electric drive, wherein the electric drive has a rotor assembly with a rotor shaft, which is designed for rotation about an axis of rotation, and with a bearing arrangement for mounting the rotor assembly, wherein the bearing assembly, the rotor assembly in Relative to the axis of rotation radially inwardly supported.
  • electric motors are often used to generate required drive torques.
  • the trend in automobiles, for example, is to substitute electric motors for internal combustion engines in order to generate the drive torques for the vehicles through the electric motors.
  • the electric motors comprise rotor assemblies which are rotated about an axis of rotation by supplying electrical energy relative to stators and thus generate the required drive torque.
  • Such a drive concept is shown for example in the publication DE19841 159C2, which relates to a drive unit for a motor vehicle, which comprises an electric motor with a stator and a rotor, wherein the electric motor is arranged coaxially with at least one of the drive shafts.
  • the drive unit comprises a rotor shaft, which is supported radially outward via two ball bearings on carriers fixed to the housing.
  • the rotor shaft is opposite a rotatable Differential section mounted on a needle bearing, wherein the rotor shaft via the needle bearing is supported radially inwardly.
  • the invention has for its object to propose a novel concept for a drive device with an electric drive.
  • a drive device which is also suitable and / or designed for stationary applications, for example industrial applications, but particularly preferably for a vehicle, in particular for generating a driving torque of the vehicle.
  • the drive device comprises at least one housing, which is usually formed in several parts and may optionally consist of several - not even contiguous - sections.
  • the housing is in the case of a vehicle stationary, possibly damped or sprung, arranged.
  • the drive device comprises at least one electric drive, wherein the electric drive, in particular designed as an electric motor, is suitable and / or designed for generating the drive torque.
  • the electric drive in particular designed as an electric motor, is suitable and / or designed for generating the drive torque.
  • a stator of the electric drive comprises a rotor assembly with a rotor shaft.
  • the rotor arrangement is particularly preferably designed as an internal rotor which is surrounded radially on the outside by the stator and is designed for rotation about an axis of rotation.
  • the rotor shaft is rotatably coupled to a rotor, for example, the rotor is a sheet-packaged rotor educated.
  • the drive device comprises a bearing arrangement, which is suitable for supporting the rotor assembly and / or formed, wherein the bearing assembly supports the rotor assembly with respect to the axis of rotation radially inwardly.
  • the bearing arrangement supports the rotor shaft relative to a housing-fixed support section.
  • the support portion is arranged stationary relative to the housing and preferably formed connected to the housing.
  • the support portion may also form an integral part of the housing.
  • the bearing assembly is designed as the main bearing of the rotor shaft. Comparing thus the drive device according to the invention with the aforementioned DE 9841 59C2, it is proposed herein in relation to the main bearing an upside-down kinematics, wherein the rotor assembly is fixed radially further outward on the bearing assembly as the support portion.
  • the needle bearing shown in DE19841 159C2 is only a centering bearing and is supported in particular only with respect to a likewise rotating differential portion and is thus not comparable with the bearing arrangement according to the invention.
  • the bearing arrangement comprises at least one inner ring device, at least one Outer ring device, wherein the rotor assembly is coupled to the outer ring assembly and the support portion with the inner ring assembly in particular rotationally fixed or are.
  • This structural design again substantiates the idea of the invention that the rotor assembly is supported radially inwards via the bearing arrangement.
  • the bearing arrangement comprises two bearing devices, which are arranged at a distance from each other.
  • the outer ring devices are pressed in the rotor shaft.
  • Both storage facilities are designed to support the rotor shaft radially inwardly relative to the housing-fixed support section.
  • the two storage facilities form the main storage for the rotor shaft relative to the housing.
  • the two storage facilities are arranged in the axial direction end to the rotor shaft.
  • the bearing devices are overlapping in axial projection, in particular arranged completely overlapping with the rotor shaft.
  • a very narrow radial extent of the rotor shaft is achieved.
  • the rotor shaft has a plurality of channel sections which extend in the axial direction and which are preferably regularly distributed in the direction of rotation about the axis of rotation and are designed to cool the rotor shaft, in particular the bearing arrangement or the bearing device.
  • the channel sections are preferably open on both sides in the axial direction, so that the openings of the channel sections facing the storage facilities.
  • the drive device is designed, the rotor shaft and / or the To cool the bearing assembly and / or the storage facility by performing transmission oils from the drive device through the channel sections.
  • the gear oil is guided in the cooling of the rotor shaft so that the storage facilities are contacted with the gear oil contacting or rinsed to cool the storage facilities directly with the lubricant.
  • free spaces are formed between the storage devices and the channel sections, through which the transmission oil is carried out. This arrangement and the free spaces are structurally considered facilitated by the inventive design of the bearing assembly.
  • the inner ring means of the bearing device is coupled to the motor housing or a motor shield of the motor housing of the drive unit.
  • the motor housing preferably designates the housing for a closed space in which the stator and the rotor are arranged and which is closed by the motor shield in the axial direction.
  • the motor housing and the motor shield form the housing-fixed carrier sections.
  • stator and / or the rotor shaft is arranged or integrated completely in the housing in the axial direction.
  • stator and rotor can be effectively protected against transmission oil and other interference.
  • rotor shaft and motor housing form an easy-to-handle structural unit.
  • the engine plate can be made of die-cast aluminum.
  • the engine shield is realized as a sheet metal forming part.
  • the engine shield may have reinforcing beads or other stiffeners.
  • the motor shield is either soft or tempered (blind hardened). The engine shield has the tasks, an exact Position of the rotor shaft to the motor housing and another housing of the drive device and to achieve a connection of the electric motor with the housing to protect the electric motor against external media, in particular transmission oil from the transmission and handling media outside the drive device.
  • the bearing devices are designed as roller bearings, preferably as ball bearings.
  • the storage facilities allow permanently high rotational speeds of the rotor shaft, such as greater than 5,000 revolutions per minute, in particular greater than 10,000 revolutions per minute to store.
  • the rolling bearings are preferably sealed on both sides with a sealing ring.
  • the sealing ring is in each case non-rotatably connected to the outer ring arrangement, in particular the outer ring, so that it likewise rotates upon rotation of the rotor shaft, and lies sealingly and / or touching on the inner ring arrangement, in particular the inner ring.
  • This embodiment has the advantage that sealing lips of the sealing rings, which rest on the inner ring device, reduce the bearing force as a function of the rotational speed of the rotor shaft due to the centrifugal forces that occur.
  • the sealing rings may be formed speed-reducing.
  • the printing lines of Storage facilities in particular the rolling bearings, aligned in an O-arrangement.
  • the bearing assembly or the bearing device is biased in the axial direction.
  • the rotor shaft is formed as a hollow shaft, wherein in the hollow shaft space at least one shaft is arranged, which is rotatably coupled to the rotor shaft.
  • the shaft is coupled via at least one compensation interface with the rotor shaft, which is designed to allow a change in distance in the axial direction between the shaft and the rotor shaft.
  • the shaft and rotor shaft are decoupled with respect to the axial direction to each other, so that an axial displacement and / or axial movement between the shaft and the rotor shaft is made possible, with axial forces between the shaft and rotor shaft can not be transmitted or only attenuated. Due to this structural design, the transfer of axial forces from the shaft to the rotor shaft is prevented, so that the O-arrangement is technically feasible.
  • the drive device is designed as an electrical axle or a hybrid transmission for a vehicle.
  • the hybrid transmission has at least two, preferably different, motors, such as an electric motor and an internal combustion engine, for generating a drive torque for a vehicle.
  • the drive device comprises a gear section, which is designed to transmit and, if necessary, to translate or reduce the drive torque to output shafts of the drive device.
  • the transmission section may comprise a planetary gear, preferably a Stirnradplanetengetriebe.
  • the gear portion may also be formed as a differential.
  • the electric motor, rotor or rotor shaft and possibly transmission section are arranged coaxially.
  • Figure 1 is a schematic longitudinal section through an electrical
  • FIG. 2 shows a detail enlargement from FIG. 1.
  • the electric axle 1 comprises two power take-off axles 2 a, 2 b designed as plug-in axles, which transmit a driving torque, which is generated by an electric motor 3, to the wheels of a vehicle.
  • the electric axis 1 comprises a planetary gear 4, which generates a conversion, in particular ratio or reduction, of the drive torque generated by the electric motor 3 and the drive torque via a differential section 5 to the drives 2 a, b leads.
  • Electric motor 3, outputs 2 a, b, planetary gear 4 and differential portion 5 are arranged coaxially with each other, so that the electrical axis 1 is formed as a very compact module.
  • the drive torque is transmitted via a rotor 6 to a rotor shaft 7 which is non-rotatably coupled to a sun shaft 8.
  • the sun shaft 8 leads the drive torque to a first sun gear 9, which meshes with planetary gears in the planetary gear 4.
  • the drive torque is guided to the differential portion 5, which transmits the converted drive torque via a second and a third sun gear 10 a, b to the outputs 2 a, b.
  • rotor shaft 7, sun shaft 8 and first sun gear 9 coaxial and / or concentric are arranged to each other.
  • the planetary gear 4 is formed as a two-speed gearbox, which is switchable between two states of implementation via a shift fork 1 1 and an engagement bearing 12. Switching takes place via an actuator motor 13.
  • the electrical axis 1 is lubricated by gear oil, which is provided as a splash lubrication.
  • FIG. 2 shows the electrical axis 1 in the same view, but in detail magnification and also with partially graphically suppressed components.
  • FIG. 2 shows the same parts in the same view, but in detail magnification and also with partially graphically suppressed components.
  • the same parts are again designated by the same reference numerals.
  • the rotor shaft 7 is mounted on a bearing, which includes two storage facilities 14 a, b.
  • the storage facilities 14 a, b are formed as two preloaded angular contact ball bearings in an O arrangement, so that the rotor shaft 7 is mounted without play.
  • the rotor shaft 7 is arranged on the outer rings A of the bearing devices 14a, b, whereas the inner rings I of the bearing devices 14a, b are arranged fixed to the housing.
  • the outer rings A are for example pressed into the rotor shaft 7.
  • the left bearing device 14a is seated with the inner ring I on a portion of the housing 15, the right bearing device 14b is supported with its inner ring I on an engine plate 16 from.
  • the engine shield 16 is designed in particular as a sheet-metal forming part, which optionally has stiffening structures.
  • sealing rings 27 are used in each case on both sides, which are rotationally fixedly coupled to the outer rings and rotate with them during operation.
  • the sealing rings 27 are sealingly and / or touching on the inner rings I, wherein the sealing rings 27 are designed wooiereabriold, so that the contact pressure decreases to the inner rings at a higher speed.
  • the rotor shaft 7 has coaxially and concentrically with its axis of rotation 17 a hollow shaft space 18 which - as shown in the preceding figure - for receiving the stub axles (shafts for the output) 2 a, b and for receiving the sun shaft 8 is formed.
  • the rotor shaft 7 is stepped in the radial direction shown in the longitudinal section shown, wherein a radially outer portion 19, the outer rings A of the bearing means 14 a, b receives or rotatably coupled thereto and a radially inner region lying as a cooling region 20 in the axial direction is reduced by the width of the bearing means 14 a, b.
  • regularly distributed cooling bores 21 are introduced in the direction of rotation about the axis of rotation 17 and extend in the axial direction parallel to the axis of rotation 17.
  • the cooling holes 21 are arranged in axial projection overlapping with the bearing devices 14 a, b.
  • the free diameter of the cooling hole 21 is as wide as the width of the bearing means 14 a, b in the radial direction.
  • slits are provided in the illustrated longitudinal section and annular disks as free spaces 22 a, b, which are open in the direction of the hollow shaft space 18.
  • arrows 23, 24 show a possible flow of the transmission oil.
  • the gear oil flows from an annular gap 25 between the plug-in axis 2 a and the rotor shaft 7 and the housing 15 via the Free space 22 a ( Figure 2) in the cooling hole 21, this traverses and cools the rotor shaft 7 and the bearing means 14 a and then passes over the space 22 b on the bearing means 14 b over in the annular gap 26, which between the sun shaft 8 and engine shield 16 is arranged and cools the storage device 14b.
  • the direction of flow may also be reversed.
  • the stator of the electric motor 3 by means of a non-illustrated water cooling to a temperature of max. 55 ° C cooled.
  • the advantage of the cooling described above is the reduction of a temperature gradient between the stator and the rotor shaft 7 or the bearing devices 14a, b.
  • the compensation interface 28 Arranged centrally in the axial region of the electric motor 3 and / or axially to the electric motor 3 or to the rotor shaft 7, there is a compensation interface 28, via which the sun shaft 8 is coupled in a rotationally fixed manner to the rotor shaft 7.
  • the compensation interface 28 implements a positive connection, for example a spline, spline or polygonal toothing.
  • a torque flow can thus take place from the electric motor 3 via the rotor shaft 7, the compensation interface 28, the sun shaft 8 and the first sun gear 9.
  • the sun shaft 8 and the rotor shaft 7 are arranged axially displaceable in the compensation interface 28 to each other.
  • the axial displaceability has the technical effect that no axial forces can be transmitted between the rotor 6 and the first sun gear 9 via the shaft arrangement formed with the sun shaft 8 and the rotor shaft 7.
  • Such axial forces are derived from the first sun gear 9 via further intermediate elements and bearings in the housing 15.
  • the long and structurally constrained elastic sun shaft 8 allows a radial compensation of misalignment between the electric motor 3 and the planetary gear 4 of the electrical axis. 1 Possible, resulting from a helical toothing of the planetary gear 4 axial forces are guided over another force path. In addition to the operating bias so that the storage facilities 14 a, b experiences no additional operating forces.

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Abstract

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein neuartiges Konzept für eine Antriebsvorrichtung mit einem Elektroantrieb vorzuschlagen. Hierzu wird eine Antriebsvorrichtung 1 vorgestellt mit mindestens einem Gehäuse 15, mit mindestens einem Elektroantrieb, wobei der Elektroantrieb eine Rotoranordnung mit einer Rotorwelle 7 aufweist, welche für eine Rotation um eine Drehachse 17 ausgebildet ist, und mit einer Lageranordnung 14a,b zur Lagerung der Rotoranordnung, wobei die Lageranordnung 14a,b die Rotoranordnung in Bezug auf die Drehachse 17 radial nach innen abstützt, wobei die Lageranordnung 14a,b die Rotorwelle gegenüber einem gehäusefesten Trägerabschnitt 15,16 abstützt.

Description

Bezeichnung der Erfindung
Antriebsvorrichtung, insbesondere für ein Fahrzeug
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung mit mindestens einem Gehäuse, mit mindestens einem Elektroantrieb, wobei der Elektroantrieb eine Rotoranordnung mit einer Rotorwelle aufweist, welche für eine Rotation um eine Drehachse ausgebildet ist, und mit einer Lageranordnung zur Lagerung der Rotoranordnung, wobei die Lageranordnung die Rotoranordnung in Bezug auf die Drehachse radial nach innen abstützt. Bei industriellen Anwendungen und insbesondere bei der Fahrzeugtechnik werden vielfach Elektromotoren eingesetzt, um benötigte Antriebsdrehmomente zu erzeugen. So geht der Trend bei Automobilen in die Richtung, Verbrennungsmotoren durch Elektromotoren zu substituieren, um durch die Elektromotoren die Antriebsdrehmomente für die Fahrzeuge zu erzeugen.
Üblicher Weise umfassen die Elektromotoren Rotoranordnungen, welche mittels Zuführung von elektrischer Energie relativ zu Statoren um eine Drehachse gedreht werden und auf diese Weise das benötigte Antriebsdrehmoment erzeugen.
Ein derartiges Antriebskonzept ist beispielsweise in der Druckschrift DE19841 159C2 gezeigt, die eine Antriebseinheit für ein Kraftfahrzeug betrifft, welche einen Elektromotor mit einem Stator und einem Rotor umfasst, wobei der Elektromotor koaxial zu mindestens einer der Antriebswellen angeordnet ist. Die Antriebseinheit umfasst eine Rotorwelle, welche sich nach radial außen über zwei Kugellager an gehäusefesten Trägern abstützt. Neben den zwei Kugellagern ist die Rotorwelle gegenüber einem drehbaren Differentialabschnitt über ein Nadellager gelagert, wobei sich die Rotorwelle über das Nadellager radial nach innen abstützt.
Gebiet der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein neuartiges Konzept für eine Antriebsvorrichtung mit einem Elektroantrieb vorzuschlagen.
Diese Aufgabe wird durch eine Antriebsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren.
Im Rahmen der Erfindung wird eine Antriebsvorrichtung vorgeschlagen, welche auch für stationäre Anwendungen, zum Beispiel Industrieanwendungen, jedoch besonders bevorzugt für ein Fahrzeug, im Speziellen zur Erzeugung eines Antriebsdrehmoment des Fahrzeugs, geeignet und/oder ausgebildet ist. Die Antriebsvorrichtung umfasst mindestens ein Gehäuse, welches meist mehrteilig ausgebildet ist und gegebenenfalls aus mehreren - auch nicht zusammenhängenden - Abschnitten bestehen kann. Das Gehäuse ist im Fall eines Fahrzeuges stationär, gegebenenfalls gedämpft oder gefedert, angeordnet.
Die Antriebsvorrichtung umfasst mindestens einen Elektroantrieb, wobei der Elektroantrieb, insbesondere ausgebildet als Elektromotor, zur Erzeugung des Antriebsdrehmoments geeignet und/oder ausgebildet ist. Neben einem Stator umfasst der Elektroantrieb eine Rotoranordnung mit einer Rotorwelle. Die Rotoranordnung ist besonders bevorzugt als ein Innenläufer ausgebildet, welcher radial außen von dem Stator umgeben und für eine Rotation um eine Drehachse ausgebildet ist. Die Rotorwelle ist drehfest mit einem Rotor gekoppelt, beispielsweise ist der Rotor als ein blechpaketierter Rotor ausgebildet.
Zudem umfasst die Antriebsvorrichtung eine Lageranordnung, welche zur Lagerung der Rotoranordnung geeignet und/oder ausgebildet ist, wobei die Lageranordnung die Rotoranordnung in Bezug auf die Drehachse radial nach innen abstützt. Somit werden Kräfte, welche von der Rotoranordnung in die Lageranordnung eingeleitet werden, nach radial innen in Richtung der Drehachse abgeleitet. In Abgrenzung zum bekannten Stand der Technik wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass die Lageranordnung die Rotorwelle gegenüber einem gehäusefesten Trägerabschnitt abstützt. Der Trägerabschnitt ist stationär gegenüber dem Gehäuse angeordnet und vorzugsweise mit dem Gehäuse verbunden ausgebildet. Der Trägerabschnitt kann auch einen integralen Teil des Gehäuses bilden.
Insbesondere ist die Lageranordnung als die Hauptlagerung der Rotorwelle ausgebildet. Vergleicht man somit die erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung mit der eingangs genannten DE 9841 59C2, so wird vorliegend im Bezug auf die Hauptlagerung eine umgedrehte Kinematik vorgeschlagen, wobei die Rotoranordnung radial weiter außen an der Lageranordnung festgelegt ist als der Trägerabschnitt. Das in der DE19841 159C2 gezeigte Nadellager ist dagegen nur ein Zentrierlager und stützt sich insbesondere nur gegenüber einem ebenfalls rotierenden Differentialabschnitt ab und ist somit mit der erfindungsgemäßen Lageranordnung nicht zu vergleichen.
Durch die neuartige Auslegung der Lageranordnung ergeben sich konstruktive Freiräume bei der weiteren Auslegung der Antriebsvorrichtung, welche nachfolgend beispielhaft und nicht beschränkend im Zusammenhang mit den Unteransprüchen dargelegt werden.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst die Lageranordnung mindestens eine Innenringeinrichtung, mindestens eine Außenringeinrichtung, wobei die Rotoranordnung mit der Außenringanordnung und der Trägerabschnitt mit der Innenringanordnung insbesondere drehfest gekoppelt ist bzw. sind. Diese konstruktive Ausgestaltung konkretisiert nochmals den Erfindungsgedanken, dass sich die Rotoranordnung über die Lageranordnung radial nach innen abstützt.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung umfasst die Lageranordnung zwei Lagereinrichtungen, welche beabstandet zueinander angeordnet sind. Besonders bevorzugt sind die Außenringeinrichtungen in der Rotorwelle eingepresst. Beide Lagereinrichtungen sind ausgebildet, die Rotorwelle radial nach innen gegenüber dem gehäusefesten Trägerabschnitt abzustützen. Insbesondere bilden die beiden Lagereinrichtungen die Hauptlagerung für die Rotorwelle gegenüber dem Gehäuse. Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung sind die zwei Lagereinrichtungen in axialer Richtung endseitig an der Rotorwelle angeordnet. Durch diese Ausgestaltung wird die Rotorwelle in der gesamten axialen Erstreckung gestützt, insbesondere verbleiben keine frei über die Lagereinrichtungen überstehenden Wellenabschnitte.
Bei einer möglichen Weiterbildung der Erfindung sind die Lagereinrichtungen in axialer Projektion überlappend, insbesondere vollständig überlappend mit der Rotorwelle angeordnet. Durch diese mögliche Ausgestaltung wird eine sehr schmale radiale Erstreckung der Rotorwelle erreicht.
Bei einer möglichen Weiterbildung der Erfindung weist die Rotorwelle mehrere Kanalabschnitte auf, welche sich in axialer Richtung erstrecken und die in Umlaufrichtung um die Drehachse vorzugsweise regelmäßig verteilt sind und zur Kühlung der Rotorwelle, insbesondere der Lageranordnung oder der Lagereinrichtung ausgebildet sind. Hierzu sind die Kanalabschnitte vorzugsweise beidseitig in axialer Richtung geöffnet, so dass die Öffnungen der Kanalabschnitte den Lagereinrichtungen zugewandt sind. Vorteilhafter Weise ist die Antriebsvorrichtung ausgebildet, die Rotorwelle und/oder die Lageranordnung und/oder die Lagereinrichtung durch Durchführung von Getriebeöle aus der Antriebsvorrichtung durch die Kanalabschnitte zu kühlen. Besonders bevorzugt wird das Getriebeöl bei der Kühlung der Rotorwelle so geführt, dass die Lagereinrichtungen mit dem Getriebeöl kontaktierend umspült oder angespült werden, um die Lagereinrichtungen unmittelbar mit dem Schmierstoff zu kühlen. Besonders bevorzugt sind zwischen den Lagereinrichtungen und den Kanalabschnitten Freiräume ausgebildet, durch die das Getriebeöl durchgeführt wird. Diese Anordnung und die Freiräume werden konstruktiv betrachtet durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Lageranordnung erleichtert.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist die Innenringeinrichtung der Lagereinrichtung mit dem Motorgehäuse oder einem Motorschild des Motorgehäuses der Antriebseinheit gekoppelt. Das Motorgehäuse bezeichnet vorzugsweise das Gehäuse für einen abgeschlossenen Raum, in dem der Stator und der Rotor angeordnet sind und welcher durch das Motorschild in axialer Richtung abgeschlossen ist. Somit bilden das Motorgehäuse und der Motorschild die gehäusefesten Trägerabschnitte.
Konstruktiv ist es besonders bevorzugt, wenn der Stator und/oder die Rotorwelle in axialer Richtung vollständig in dem Gehäuse angeordnet oder integriert ist. Dadurch können der Stator und der Rotor effektiv gegen Getriebeöl und andere Störeinflüsse geschützt werden. Zudem bilden Rotorwelle und Motorgehäuse eine einfach zu handhabende konstruktive Einheit.
Bei einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann der Motorschild aus Aluminiumdruckguss hergestellt sein. Es ist jedoch bevorzugt, wenn der Motorschild als ein Blechumformteil realisiert ist. In dieser Ausgestaltung kann der Motorschild Verstärkungssicken oder andere Versteifungen aufweisen. Optional ist der Motorschild entweder weich oder vergütet (blindgehärtet). Der Motorschild hat die Aufgaben, eine exakte Position der Rotorwelle zum Motorgehäuse und einem sonstigen Gehäuse der Antriebsvorrichtung und eine Verbindung des Elektromotors mit dem Gehäuse zu erreichen, den Elektromotor gegenüber Außenmedien, insbesondere Getriebeöl vom Getriebe und Umgangsmedien außerhalb der Antriebsvorrichtung, zu schützen.
Es ist besonders bevorzugt, wenn die Lagereinrichtungen als Wälzlager, vorzugsweise als Kugellager ausgebildet sind. In dieser Ausgestaltung erlauben die Lagereinrichtungen dauerhaft auch hohe Drehzahlen der Rotorwelle, wie zum Beispiel größer als 5.000 Umdrehungen pro Minute, insbesondere größere als 10.000 Umdrehungen pro Minute zu lagern.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung sind die Wälzlager vorzugsweise jeweils beidseitig mit einem Dichtungsring abgedichtet. Der Dichtungsring ist jeweils drehfest mit der Außenringanordnung, insbesondere dem Außenring, verbunden, so dass dieser bei einer Rotation der Rotorwelle ebenfalls rotiert, und liegt abdichtend und/oder berührend auf der Innenringanordnung, insbesondere dem Innenring, auf. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass Dichtlippen der Dichtringe, welche auf der Innenringeinrichtung aufliegen, in Abhängigkeit der Drehzahl der Rotorwelle aufgrund der auftretenden Zentrifugalkräfte die Auflagekraft verringern. Insbesondere können die Dichtungsringe drehzahlabhebend ausgebildet sein. Während die Dichtungsringe bei niedrigen Drehzahlen bzw. bei einem Stillstand der Rotoranordnung den Wälzkörperraum gegen zum Beispiel Fettaustritt oder Getriebeöleintritt abdichten, werden die Vorspannkräfte des Dichtungsrings zwischen der Dichtlippe und der Innenringanordnung, insbesondere dem Lagerinnenring, mit Ansteigen der Drehzahl der Rotoranordnung aufgrund der Fliehkraftwirkung reduziert. Auch dieser technische Effekt ist nur durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Lageranordnung möglich.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die Drucklinien der Lagereinrichtungen, insbesondere der Wälzlager, in einer O-Anordnung ausgerichtet. Besonders bevorzugt ist die Lageranordnung bzw. die Lagereinrichtung in axialer Richtung vorgespannt. Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist die Rotorwelle als eine Hohlwelle ausgebildet, wobei in dem Hohlwellenraum mindestens eine Welle angeordnet ist, die drehfest mit der Rotorwelle gekoppelt ist. Besonders bevorzugt ist die Welle über mindestens eine Kompensationsschnittstelle mit der Rotorwelle gekoppelt, die ausgebildet ist, eine Abstandsänderung in der axialen Richtung zwischen der Welle und der Rotorwelle zu ermöglichen. Anders ausgedrückt sind Welle und Rotorwelle bezüglich der axialen Richtung zueinander entkoppelt, so dass eine axiale Verschiebung und/oder axiale Bewegung zwischen der Welle und der Rotorwelle ermöglicht ist, wobei axiale Kräfte zwischen Welle und Rotorwelle nicht oder nur gedämpft übertragen werden können. Durch diese konstruktive Ausgestaltung wird der Übertrag von axialen Kräften von der Welle auf die Rotorwelle verhindert, so dass die O-Anordnung technisch realisierbar ist.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist die Antriebsvorrichtung als eine elektrische Achse oder ein Hybridgetriebe für ein Fahrzeug ausgebildet. Das Hybridgetriebe weist mindestens zwei, vorzugsweise unterschiedliche Motoren, wie zum Beispiel einen Elektromotor und einen Verbrennungsmotor, zur Erzeugung eines Antriebsdrehmoments für ein Fahrzeug auf.
Die Antriebsvorrichtung umfasst in diesen Ausgestaltungen einen Getriebeabschnitt, welcher zur Übertragung und ggf. Übersetzung oder Untersetzung des Antriebsdrehmoments auf Abtriebswellen der Antriebsvorrichtung ausgebildet ist. Insbesondere kann der Getriebeabschnitt ein Planetengetriebe, bevorzugt ein Stirnradplanetengetriebe umfassen. Der Getriebeabschnitt kann auch als ein Differential ausgebildet sein. Besonders bevorzugt sind der Elektromotor, Rotor bzw. Rotorwelle und ggf. Getriebeabschnitt koaxial angeordnet. Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung. Dabei zeigen:
Figur 1 einen schematischen Längsschnitt durch eine elektrische
Achse als ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Figur 2 eine Detailvergrößerung aus der Figur 1 .
Die Figur 1 zeigt in einer schematischen Längsschnittdarstellung eine elektrische Achse 1 als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die elektrische Achse 1 umfasst zwei als Steckachsen ausgebildete Abtriebe 2 a, 2 b, welche ein Antriebsdrehmoment, das von einem Elektromotor 3 erzeugt wird, an die Räder eines Fahrzeuges weiterleiten. Ferner umfasst die elektrische Achse 1 ein Planetengetriebe 4, welches einer Umsetzung, insbesondere Übersetzung oder Untersetzung, des von dem Elektromotor 3 erzeugten Antriebsdrehmoments erzeugt und das Antriebsdrehmoment über einen Differentialabschnitt 5 zu den Abtrieben 2 a, b führt. Elektromotor 3, Abtriebe 2 a, b, Planetengetriebe 4 und Differentialabschnitt 5 sind koaxial zueinander angeordnet sind, so dass die elektrische Achse 1 als ein sehr kompaktes Modul ausgebildet ist.
Ausgehend von dem Elektromotor 3 wird das Antriebsdrehmoment über einen Rotor 6 auf eine Rotorwelle 7 übertragen, welche drehfest mit einer Sonnenwelle 8 gekoppelt ist. Die Sonnenwelle 8 führt das Antriebsdrehmoment zu einem ersten Sonnenrad 9, welches mit Planetenrädern in dem Planetengetriebe 4 kämmt. Über das Planetengetriebe 4 wird das Antriebsdrehmoment zu dem Differentialabschnitt 5 geführt, welcher das umgesetzte Antriebsdrehmoment über ein zweites und ein drittes Sonnenrad 10 a, b auf die Abtriebe 2 a, b überträgt. Insbesondere ist zu unterstreichen, dass Rotorwelle 7, Sonnenwelle 8 und erstes Sonnenrad 9 koaxial und/oder konzentrisch zueinander angeordnet sind. Der Vollständigkeit halber sei bemerkt, dass das Planetengetriebe 4 als ein Zweiganggetriebe ausgebildet ist, welches zwischen zwei Umsetzungszuständen über eine Schaltgabel 1 1 und ein Einrücklager 12 umschaltbar ist. Das Umschalten erfolgt über einen Aktuatormotor 13. Die elektrische Achse 1 wird durch Getriebeöl geschmiert, welches als Tauchschmierung vorgesehen ist.
Für eine genauere Beschreibung wird auf die Figur 2 verwiesen, welche die elektrische Achse 1 in gleicher Ansicht, jedoch in Detailvergrößerung und zudem mit teilweise grafisch unterdrückten Komponenten zeigt. In der Figur 2 werden gleiche Teile wieder mit gleichen Bezugszeichen benannt.
Die Rotorwelle 7 wird über ein Lager, welches zwei Lagereinrichtungen 14 a, b umfasst, gelagert. Die Lagereinrichtungen 14 a, b sind als zwei vorgespannte Schrägkugellager in O-Anordnung ausgebildet, so dass die Rotorwelle 7 spielfrei gelagert ist. Die Rotorwelle 7 ist auf den Außenringen A der Lagereinrichtungen 14a,b angeordnet, wohingegen die Innenringe I der Lagereinrichtungen 14 a,b gehäusefest angeordnet sind. Die Außenringe A sind z.B. in die Rotorwelle 7 eingepresst. Die linke Lagereinrichtung 14a sitzt mit dem Innenring I auf einem Abschnitt des Gehäuses 15, die rechte Lagereinrichtung 14b stützt sich mit ihrem Innenring I auf einem Motorschild 16 ab. Der Motorschild 16 ist insbesondere als ein Blechumformteil ausgebildet, welches optional Versteifungsstrukturen aufweist. In den Lagereinrichtungen 14a,b sind jeweils beidseitig Dichtungsringe 27 eingesetzt, welche drehfest mit den Außenringen gekoppelt sind und mit diesen im Betrieb rotieren. Die Dichtungsringe 27 liegen auf den Innenringen I dichtend und/oder berührend auf, wobei die Dichtungsringe 27 drehzahlabhebend ausgeführt sind, so dass der Anpressdruck auf die Innenringe mit größerer Drehzahl abnimmt. Dies hat den Vorteil, dass im Ruhezustand der Rotorwelle 7 die Dichtwirkung, aber auch die Reibung, am größten ist und bei zunehmender Drehzahl verringert wird. Die Rotorwelle 7 weist koaxial und konzentrisch zu ihrer Drehachse 17 einen Hohlwellenraum 18 auf, der - wie sich aus der vorhergehenden Figur ergibt - zur Aufnahme der Steckachsen (Wellen für den Abtrieb) 2 a, b sowie zur Aufnahme der Sonnenwelle 8 ausgebildet ist.
Die Rotorwelle 7 ist in dem gezeigten Längsschnitt in radialer Richtung gestuft ausgebildet, wobei ein radial äußerer Bereich 19 die Außenringe A der Lagereinrichtung 14 a, b aufnimmt bzw. drehfest mit diesen gekoppelt ist und ein radial weiter innen liegender Bereich als Kühlbereich 20 in axialer Richtung um die Breite der Lagereinrichtung 14 a, b vermindert ist. In dem Kühlbereich 20 sind in Umlaufrichtung um die Drehachse 17 regelmäßig verteilte Kühlungsbohrungen 21 eingebracht, die sich in axialer Richtung parallel zu der Drehachse 17 erstrecken. Die Kühlungsbohrungen 21 sind in axialer Projektion überlappend mit den Lagereinrichtungen 14 a, b angeordnet. Der freie Durchmesser der Kühlungsbohrung 21 ist so breit wie die Breite der Lagereinrichtungen 14 a, b in radialer Richtung.
Zwischen dem Kühlabschnitt 20 der Rotorwelle 7 und den Lagereinrichtungen 14 a, b sind in dem dargestellten Längsschnitt Schlitze und bei Gesamtbetrachtung Ringscheiben als Freiräume 22 a, b vorgesehen, welche in Richtung des Hohlwellenraums 18 geöffnet sind. Mit den Freiräumen 22 a, b ist somit eine strömungstechnische Verbindung zwischen dem Hohlwellenraum 18 und den Kühlungsbohrungen 21 geschaffen, so dass ein Getriebeöl über die Freiräume 22 a, b in die Kühlungsbohrungen 21 gelangen kann.
Durch den Einsatz der Kühlungsbohrungen 21 in der Rotorwelle 7 wird zum einen das Gewicht der Rotorwelle 7 verringert, zum anderen wird eine Kühlung durch das Getriebeöl innerhalb der Rotorwelle 7 umgesetzt.
In der Figur 1 ist durch Pfeile 23, 24 ein möglicher Fluss des Getriebeöls dargestellt. Das Getriebeöl fließt von einem Ringspalt 25 zwischen der Steckachse 2 a und der Rotorwelle 7 bzw. dem Gehäuse 15 über den Freiraum 22 a (Figur 2) in die Kühlungsbohrung 21 , durchquert diese und kühlt dabei die Rotorwelle 7 und die Lagereinrichtung 14a und tritt dann über den Freiraum 22 b an der Lagereinrichtung 14 b vorbei in den Ringspalt 26 ein, welcher zwischen Sonnenwelle 8 und Motorschild 16 angeordnet ist und kühlt die Lagereinrichtung 14b. Bei alternativen Ausführungsformen kann die Flussrichtung auch umgekehrt sein.
Im Betrieb ist der Stator des Elektromotors 3 mittels einer nicht-dargestellten Wasserkühlung auf eine Temperatur von max. 55 °C gekühlt. Der Vorteil der oben beschriebenen Kühlung liegt in der Verminderung eines Temperaturgradienten zwischen dem Stator und der Rotorwelle 7 bzw. den Lagereinrichtungen 14a,b.
Im axialen Bereich des Elektromotors 3 und/oder axial betrachtet mittig zu dem Elektromotor 3 oder zu der Rotorwelle 7 angeordnet, befindet sich eine Kompensationsschnittstelle 28, über die die Sonnenwelle 8 drehfest mit der Rotorwelle 7 gekoppelt ist. Die Kompensationsschnittstelle 28 setzt eine formschlüssige Verbindung, zum Beispiel eine Steckverzahnung, Keilverzahnung oder Polygonverzahnung um.
Ein Drehmomentfluss kann somit von dem Elektromotor 3 über die Rotorwelle 7, die Kompensationsschnittstelle 28, die Sonnenwelle 8 und das erste Sonnenrad 9 erfolgen. Besonders hervorzuheben ist, dass die Sonnenwelle 8 und die Rotorwelle 7 in der Kompensationsschnittstelle 28 zueinander axial verschiebbar angeordnet sind. Die axiale Verschiebbarkeit hat den technischen Effekt, dass über die mit Sonnenwelle 8 und Rotorwelle 7 gebildete Wellenanordnung keine axialen Kräfte zwischen Rotor 6 und erstem Sonnenrad 9 übertragen werden können. Derartige axiale Kräfte werden dagegen von dem ersten Sonnenrad 9 über weitere Zwischenelemente und Lager in das Gehäuse 15 abgeleitet. Somit werden über die formschlüssige Verbindung der Rotorwelle 7 mit der Sonnenwelle 8 lediglich Drehmomente geleitet.
Zudem ermöglicht die lange und konstruktiv bedingt elastische Sonnenwelle 8 einen radialen Ausgleich von Fluchtungsfehlern zwischen dem Elektromotor 3 und dem Planetengetriebe 4 der elektrischen Achse 1 . Mögliche, aus einer Schrägverzahnung des Planetengetriebes 4 resultierende Axialkräfte werden über einen anderen Kraftweg geführt. Außer der Betriebsvorspannung erfährt damit die Lagereinrichtungen 14 a, b keine zusätzlichen Betriebskräfte.
Bezugszeichenliste
1 Achse
2 a, b Steckachsen
3 Elektromotor
4 Planetengetriebe
5 Differentialabschnitt
6 Rotor
7 Rotorwelle
8 Sonnenwelle
9 erstes Sonnenrad
10 a, b zweites und drittes Sonnenrad
1 1 Schaltgabel
12 Einrücklager
13 Aktuatormotor
14 a, b Lagereinrichtungen
15 Gehäuse
16 Motorschild
17 Drehachse
18 Hohlwellenraum
19 radial äußerer Bereich der Rotorwelle
20 Kühlbereich
21 Kühlungsbohrungen
22 a, b Freiräume
23 Pfeil
24 Pfeil
25 Ringspalt
26 Ringspalt
27 Dichtungsringe
28 Kompensationsschnittstelle

Claims

Patentansprüche
1 . Antriebsvorrichtung (1 )mit mindestens einem Gehäuse (15), mit mindestens einem Elektroantrieb, wobei der Elektroantrieb eine
Rotoranordnung mit einer Rotorwelle (7) aufweist, welche für eine Rotation um eine Drehachse (17) ausgebildet ist, und mit einer Lageranordnung (14a,b) zur Lagerung der Rotoranordnung, wobei die Lageranordnung (14a,b) die Rotoranordnung in Bezug auf die Drehachse (1 7) radial nach innen abstützt, dadurch gekennzeichnet, dass die Lageranordnung (14a,b) die Rotorwelle gegenüber einem gehäusefesten Trägerabschnitt (15, 16) abstützt.
2. Antriebsvorrichtung (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Lageranordnung (14a,b) mindestens eine Innenringeinrichtung (I) und mindestens eine Außenringeinrichtung (A) aufweist, wobei die Rotoranordnung mit der Außenringanordnung (A) und der Trägerabschnitt (15,16) mit der Innenringanordnung (I) gekoppelt ist.
3. Antriebsvorrichtung (1 ) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Lageranordnung zwei Lagereinrichtungen (14a,b) umfasst, die beabstandet zueinander angeordnet sind, welche jeweils die Rotorwelle (7) radial nach innen gegenüber dem gehäusefesten Trägerabschnitt (15,16) abstützt.
4. Antriebsvorrichtung (1 ) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Lagereinrichtungen (14a,b) in axialer Richtung endseitig an der Rotorwelle (7) angeordnet sind.
5. Antriebsvorrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagereinrichtungen (14a,b) in axialer Projektion überlappend, insbesondere vollständig überlappend mit der Rotorwelle (7) angeordnet sind.
6. Antriebsvorrichtung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorwelle (7) mehrere axiale verlaufende Kanalabschnitte (21 ) aufweist, welche zur Kühlung der Lagereinrichtungen (14a,b) ausgebildet sind.
7. Antriebsvorrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 2 bis 6, gekennzeichnet durch ein Motorgehäuse (1 5), wobei die Innenringeinrichtungen (I) mit dem Motorgehäuse (15) oder einem Motorschild (16) des Motorgehäuses (15) gekoppelt sind.
8. Antriebsvorrichtung (1 ) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorwelle (7) in axialer Richtung vollständig in dem Motorgehäuse (15) angeordnet ist.
9. Antriebsvorrichtung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagereinrichtungen (14a,b) als Wälzlager, vorzugsweise als Kugellager ausgebildet sind.
10. Antriebsvorrichtung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Drucklinien der
Lagereinrichtungen (14a,b) in einer O-Anordnung ausgerichtet sind.
1 1 . Antriebsvorrichtung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorwelle (7) als eine Hohlwelle mit einem Hohlwellenraum (18) ausgebildet ist, wobei in dem Hohlwellenraum (18) mindestens eine Welle (8) angeordnet ist, wobei die Welle (8) drehfest aber axial verschiebbar mit der Rotorwelle (7) gekoppelt ist.
12. Antriebsvorrichtung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ausgebildet als eine elektrische Achse, Hybridgetriebe o.ä. für ein Fahrzeug.
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