WO2012139831A1 - Getriebeeinrichtung z. b. für eine elektrische achse sowie elektrische achse mit der getriebeeinrichtung - Google Patents

Getriebeeinrichtung z. b. für eine elektrische achse sowie elektrische achse mit der getriebeeinrichtung Download PDF

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shaft
sun
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gear
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Tomas Smetana
Philip Wurzberger
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Schaeffler Technologies AG & Co. KG
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Definitions

  • the invention relates to a transmission device with an electric motor, wherein the electric motor has a rotor, with a planetary gear, wherein the planetary gear has at least one sun gear, and with a shaft assembly, wherein the rotor is rotatably coupled via the shaft assembly with the sun gear.
  • the invention also relates to an electrical axle for a vehicle with this transmission device.
  • Transmission devices which, for example, transmit drive torques from an electric motor to an output and possibly under or translate them are widely known. By focusing the automotive industry on electric drives such transmission devices have become interesting as part of the drive concept for vehicles for road traffic. In these drive concepts, the electric motor generates the drive torque or an overlay torque and outputs this via a rotor.
  • the transmission to an output is then often via a planetary gear, which has a sun gear in conventional construction, it being known to couple the rotor directly to the sun gear to guide the drive torque from the electric motor in the planetary gear.
  • EP587389 which is probably the closest prior art, discloses a differential gear with a support element between the output shafts.
  • the differential gear comprises a centrally disposed electric motor, which drives its torque via a Rotor gives off.
  • the rotor is rotatably and non-displaceably coupled to a sun shaft, which in turn is rotatably connected to a sun gear, so that the drive torque from the electric motor via the rotor and the sun shaft slides on the sun gear and is guided into the planetary gear.
  • the invention has for its object to provide a transmission device or an electrical axis, which has improved operating characteristics over the known solutions.
  • a transmission device which comprises at least one electric motor and at least one planetary gear.
  • the transmission device can in particular be designed as an electrical axis, that is to say as a module which distributes the drive torque of the electric motor to the wheels of a vehicle.
  • the transmission device may be formed as a superposition gear, which superimposes the drive torques of two different or two identical motors and then provides an output available.
  • the transmission device is suitable and / or designed for providing the drive torque for a vehicle for road traffic.
  • the planetary gear is preferably designed as a Stirnradplanetengetriebe and particularly preferably as a spur gear, which is the driving torque of the electric motor and optionally another Motors transmits to two output shafts.
  • the Planetengethebe comprises at least one sun gear, which is designed to initiate the driving torque from the electric motor in the Planetengethebe.
  • the coupling between sun gear and rotor is achieved by a shaft arrangement, so that the rotor is rotatably coupled via the shaft arrangement with the sun gear.
  • rotor and sun gear are arranged coaxially with the shaft assembly.
  • the shaft arrangement has at least one compensation interface, which is designed to allow a change in distance between the rotor and the sun gear.
  • Such a distance tolerance between the rotor and sun can be exploited ebe worn, for example, during assembly of the Get, if varies due to manufacturing tolerances, the distance between the rotor and sun gear.
  • the compensation interface can bring benefits, since it can come to tension due to the transmission of the drive torque and the toothing of the sun gear in the Planetengethebe, which were previously transmitted from the sun gear via a shaft assembly as axial forces on the rotor.
  • the compensation interface now ensures that such axial forces are no longer transmitted, since the compensation interface allows the distance between the rotor and the sun gear to be variable.
  • the advantages of the invention are thus based on the separate torque and power flows within the transmission device.
  • About the shaft arrangement only torques, in particular the drive torque are passed.
  • resulting axial forces can not be transferred from the sun gear to the rotor or in the opposite direction due to the compensation interface.
  • the compensation interface thus leads to insensitivity to manufacturing and assembly tolerances, to a relief and thus to an increase in the life of the often high-speed rotor bearing of the electric motor, since no axial forces are transferable, to an improved efficiency by reducing friction in the transmission device, possibly to a noise reduction And also to a cost reduction, since extremely tight manufacturing and assembly tolerances are no longer required.
  • the shaft assembly is formed to allow axial displacement and / or axial movement between the rotor and the sun gear such that axial forces between the rotor and sun gear can not be transmitted or only attenuated.
  • An axial displacement or movement may also be generated due to tilting or distortion of the rotor and / or sun gear.
  • a development or another object of the invention relates to a transmission device with the features of claim 3, which relates to the preamble of claim 1 or to the preceding claims.
  • the shaft arrangement comprises a rotor shaft and a sun shaft, which are coupled to one another in a rotationally fixed manner via a compensation interface, wherein the rotor shaft and the sun shafts are designed to be axially movable, movable and / or displaceable in the compensation interface.
  • the invention is directed to a possible constructive variant, wherein the compensation interface is formed as a mechanical interface between the rotor shaft and the sun shaft.
  • the Invention is not limited thereto, since such a compensation interface could alternatively or additionally also be arranged between the sun shaft and the sun gear or between the rotor shaft and the rotor.
  • the rotor shaft and the sun shaft in the axial direction in the compensation interface are preferably arranged telescopically by more than 1 mm, preferably more than 3 mm and in particular more than 5 mm axially displaceable to each other.
  • This displacement or compensation path is sufficient to compensate for both the manufacturing or assembly-related tolerances and the load-induced changes in position between the rotor and sun gear.
  • the sun shaft is rotationally and non-displaceably coupled to the sun gear.
  • Sun shaft and sun gear are integrally formed in this embodiment and form an easy to install unit.
  • the rotor shaft and / or the rotor is received in a bearing relative to a housing of the transmission device and / or the electric motor against displacement and / or axially biased is or are. Possible tolerances between sun gear and rotor shaft or rotor can be compensated via the compensation interface.
  • the bearing of the rotor shaft or of the rotor has at least two bearing devices, which for example are formed as ball bearings and which are spaced apart in a 0 or in an X configuration are arranged.
  • the design as an O-configuration which can be used particularly advantageously, since it is ensured that no axial forces can be introduced via the shaft arrangement or the rotor shaft in the bearing device.
  • the sun gear to mesh with planetary gears of the planetary gear a spline.
  • This spline is on the one hand particularly advantageous for the transmission or initiation of the drive torques, however, such a spline, especially if this is formed as helical teeth, usually leads to a tension of the sun gear. However, this tension is not transmitted by the newly created compensation interface to the rotor or the rotor shaft, so that this difficulty of the spline is remedied by the compensation interface.
  • the compensation interface is based on a positive, preferably telescopic connection, which is designed to transmit torques and, in particular, as splines, splines and / or polygonal teeth.
  • the compensation interface is located axially between the two bearing devices and / or is arranged at least in the radial direction overlapping to the electric motor and / or to the rotor.
  • the sun shaft is designed as an elongate component and has a sleeve section, which is particularly preferably thin-walled is realized, so that in addition to the axial degree of freedom in the compensation interface due to the elasticity of the sun shaft can also result in a radial compensation of misalignment between the electric motor and the planetary gear.
  • the sun shaft between the sun gear and the compensation interface unsupported and / or unsupported and / or free-hanging formed.
  • the sun gear is supported in the axial direction via moving or stationary components on one or the housing of the transmission device and / or the electric motor. With the support it is achieved that the axial forces, which can no longer be derived via the shaft arrangement, are now transferred via another force path into the housing.
  • the axial support takes place, for example, with the interposition of an axial roller bearing, which is supported on housing-fixed areas or housing-fixed areas in the axial direction.
  • the sun gear may extend in the axial direction via a first rolling bearing to a moving component, such as a motor vehicle. a ring gear, and then supported on the Axialicalzlager on the housing fixed or -fest fertilen area.
  • Another object of the invention relates to an electrical axle for a vehicle, which according to the invention a transmission device according to one of the preceding claims or as previously described, comprising.
  • Figure 1 is a schematic longitudinal section through an electrical axis as a first embodiment of the invention
  • Figure 2 is an enlarged detail of the figure 1 for illustrating the torque and Axialkraftfluß.
  • 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 output 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 are arranged coaxially and / or concentrically with 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 3.
  • FIG electrical axis 1 in the same view, but in detail magnification and also with partially graphically suppressed components shows.
  • 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 of the bearing devices 14a, b, whereas the inner rings are arranged fixed to the housing.
  • the first sun gear 9 is supported via a ball bearing 15 against a support wall 16 of a ring gear 17 of the planetary gear 4.
  • the ring gear 17 or the support wall 16 is supported via an axial needle bearing 18 on a support 19, which is firmly connected to the transmission housing 20 of the electrical axis 1 in all directions.
  • the first sun gear 9 is rotatably connected to the sun shaft 8.
  • Possible embodiments of the unit sun gear 9 - Sun shaft 8 relate to one-piece variants, welding of sun gear 9 and sun shaft 8 or a press fit between these parts.
  • the sun shaft 8 has a sleeve section which, starting at the planetary gear 5, extends below the electric motor 3, in particular to the middle of the electric motor 3. After the sun shaft 8, the outputs 2 a, b must absorb as stub axles, the sleeve portion is thin-walled.
  • a compensation interface 21 Arranged in the axial region of the electric motor 3 and / or centrally, viewed axially relative to the electric motor 3 or to the rotor shaft 7, is a compensation interface 21, via which the sun shaft 8 is coupled in a rotationally fixed manner to the rotor shaft 7.
  • the compensation interface 21 implements a form-locking connection, for example a spline, spline or polygonal toothing. A torque flow can thus take place in accordance with arrow 22 by the electric motor 3 via the rotor shaft 7, the compensation interface 21, 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 21 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 transmitted from the first sun gear 9 via the ball bearing 15, the support wall 16, the axial needle bearing 18 to the housing 20 according to the arrow 23.
  • only torques are passed through the positive connection of the rotor shaft 7 with the sun shaft 8.
  • 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 derived via the ball bearing 15 first into the ring gear 17 and then through the Axialnadellagerung 18 from the carrier 19 into the housing 20. In addition to the operating bias so that the storage facilities 14 a, b experiences no additional operating forces.
  • the first sun gear 9 has an exact position against the ring gear 17 of the planetary gear 4th LIST OF REFERENCE NUMBERS

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Abstract

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Getriebeeinrichtung bzw. eine elektrische Achse vorzuschlagen, welche gegenüber den bekannten Lösungen verbesserte Betriebseigenschaften aufweist. Hierzu wird eine Getriebeeinrichtung 1 mit einem Elektromotor 3, wobei der Elektromotor 3 einen Rotor 6 aufweist, mit einem Planetengetriebe 4, wobei das Planetengetriebe 4 mindestens ein Sonnenrad 9 aufweist, und mit einer Wellenanordnung 7,8, wobei der Rotor 6 über die Wellenanordnung 7,8 mit dem Sonnenrad 9 drehfest gekoppelt ist, vorgeschlagen, wobei die Wellenanordnung 7,8 mindestens eine Kompensationsschnittstelle 21 aufweist, die ausgebildet ist, eine Abstandsänderung und/oder Verkippung zwischen Rotor 6 und Sonnenrad 9 zu ermöglichen.

Description

Bezeichnung der Erfindung
Getriebeeinrichtung z. B. für eine elektrische Achse sowie elektrische Achse mit der Getriebeeinrichtung
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Getriebeeinrichtung mit einem Elektromotor, wobei der Elektromotor einen Rotor aufweist, mit einem Planetengetriebe, wobei das Planetengetriebe mindestens ein Sonnenrad aufweist, und mit einer Wellenanordnung, wobei der Rotor über die Wellenanordnung mit dem Sonnenrad drehfest gekoppelt ist. Die Erfindung betrifft auch eine elektrische Achse für ein Fahrzeug mit dieser Getriebeeinrichtung. Getriebeeinrichtungen, welche beispielsweise Antriebsdrehmomente von einem Elektromotor auf einen Abtrieb übertragen und gegebenenfalls unter- oder übersetzen, sind vielfach bekannt. Durch die Fokussierung der Automobilindustrie auf elektrische Antriebe sind derartige Getriebeeinrichtungen als Teil des Antriebskonzepts für Fahrzeuge für den Straßenverkehr interessant geworden. Bei diesen Antriebskonzepten erzeugt der Elektromotor das Antriebsdrehmoment oder ein Überlagerungsdrehmoment und gibt dieses über einen Rotor ab. Die Übertragung auf einen Abtrieb erfolgt dann oftmals über ein Planetengetriebe, welches in üblicher Bauweise ein Sonnenrad aufweist, wobei es bekannt ist, den Rotor unmittelbar mit dem Sonnenrad zu koppeln, um das Antriebsdrehmoment von dem Elektromotor in das Planetengetriebe zu führen.
Beispielsweise offenbart die Druckschrift EP587389, die wohl den nächstkommenden Stand der Technik bildet, ein Differentialgetriebe mit Abstützungselement zwischen den Ausgangswellen. Wie sich insbesondere aus den Figuren ergibt, umfasst das Differentialgetriebe einen zentral angeordneten Elektromotor, welcher sein Antriebsdrehmoment über einen Rotor abgibt. Der Rotor ist dreh- und verschiebefest mit einer Sonnenwelle gekoppelt, welche wiederum drehfest mit einem Sonnenrad verbunden ist, so dass das Antriebsdrehmoment von dem Elektromotor über den Rotor und die Sonnenwelle auf das Sonnenrad gleitet und in das Planetengetriebe geführt wird.
Gebiet der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Getriebeeinrichtung bzw. eine elektrische Achse vorzuschlagen, welche gegenüber den bekannten Lösungen verbesserte Betriebseigenschaften aufweist.
Diese Aufgabe wird durch eine Getriebeeinrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 1 bzw. 3 sowie durch eine elektrische Achse mit den Merkmalen des Anspruches 12 gelöst. Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren.
Erfindungsgemäß wird eine Getriebeeinrichtung vorgeschlagen, welche mindestens einen Elektromotor und mindestens ein Planetengetriebe umfasst. Die Getriebeeinrichtung kann insbesondere als eine elektrische Achse, also als ein Modul ausgebildet sein, welches das Antriebsdrehmoment des Elektromotors auf die Räder eines Fahrzeuges verteilt. Alternativ oder ergänzend kann die Getriebeeinrichtung als ein Überlagerungsgetriebe ausgebildet sein, welches die Antriebsdrehmomente von zwei unterschiedlichen oder von zwei gleichen Motoren überlagert und dann einem Abtrieb zur Verfügung stellt. Insbesondere ist die Getriebeeinrichtung zur Bereitstellung des Antriebsdrehmoments für ein Fahrzeug für den Straßenverkehr geeignet und/oder ausgebildet.
Das Planetengetriebe ist vorzugsweise als ein Stirnradplanetengetriebe und besonders bevorzugt als ein Stirnraddifferential ausgebildet, welches das Antriebsdrehmoment des Elektromotors und gegebenenfalls eines weiteren Motors auf zwei Abtriebswellen überträgt.
Das Planetengethebe umfasst mindestens ein Sonnenrad, welches zur Einleitung des Antriebsdrehmoments von dem Elektromotor in das Planetengethebe ausgebildet ist. Die Kopplung zwischen Sonnenrad und Rotor wird durch eine Wellenanordnung erreicht, sodass der Rotor über die Wellenanordnung mit dem Sonnenrad drehfest gekoppelt ist. Insbesondere sind Rotor und Sonnenrad koaxial mit der Wellenanordnung angeordnet. Im Rahmen der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Wellenanordnung mindestens eine Kompensationsschnittstelle aufweist, die ausgebildet ist, eine Abstandsänderung zwischen dem Rotor und dem Sonnenrad zu ermöglichen. Eine derartige Abstandstoleranz zwischen Rotor und Sonnenrad kann beispielsweise bei der Montage der Get ebeeinrichtung ausgenutzt werden, wenn aufgrund von Fertigungstoleranzen der Abstand zwischen Rotor und Sonnenrad variiert.
Aber auch im Bet eb kann die Kompensationsschnittstelle Vorteile bringen, da es aufgrund der Übertragung des Antriebsdrehmoment und der Verzahnung des Sonnenrades in dem Planetengethebe zu Verspannungen kommen kann, welche bislang von dem Sonnenrad über eine Wellenanordnung als Axialkräfte auf den Rotor übertragen wurden. Durch die Kompensationsschnittstelle wird nun erreicht, dass derartige Axialkräfte nicht mehr übertragen werden, da die Kompensationsschnittstelle den Abstand zwischen Rotor und Sonnenrad variabel lässt.
Die Vorteile der Erfindung beruhen somit auf den getrennten Drehmoment- und Kräfteflüssen innerhalb der Getriebeeinrichtung. Über die Wellenanordnung werden lediglich Drehmomente, insbesondere das Antriebsdrehmoment geleitet. Entstehende Axialkräfte können dagegen durch die Kompensationsschnittstelle nicht von dem Sonnenrad auf den Rotor oder in Gegenrichtung übertragen werden. Die Kompensationsschnittstelle führt somit zu einer Unempfindlichkeit gegenüber Fertigungs- und Montagetoleranzen, zu einer Entlastung und somit zu einer Erhöhung der Lebensdauer der oftmals hochdrehenden Rotorlagerung des Elektromotors, da keine Axialkräfte übertragbar sind, zu einem verbesserten Wirkungsgrad durch Reibungsreduzierung in der Getriebeeinrichtung, gegebenenfalls zu einer Geräuschreduzierung und zudem zu einer Kostenreduzierung, da extrem enge Fertigungs- und Montagetoleranzen nicht mehr erforderlich sind. Bei einer möglichen Konkretisierung der Erfindung ist die Wellenanordnung ausgebildet, eine axiale Verschiebung und/oder eine axiale Bewegung zwischen dem Rotor und dem Sonnenrad derart zu ermöglichen, dass Axialkräfte zwischen Rotor und Sonnenrad nicht oder nur gedämpft übertragen werden können. Eine axiale Verschiebung oder Bewegung kann auch aufgrund eines Verkippens oder einer Verspannung von Rotor und/oder Sonnenrad erzeugt werden.
Eine Weiterbildung oder ein weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft eine Getriebeeinrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 3, welche sich auf den Oberbegriff des Anspruchs 1 oder auf die vorhergehenden Ansprüche zurück bezieht.
Gemäß diesem Gegenstand umfasst die Wellenanordnung eine Rotorwelle und eine Sonnenwelle, welche über eine bzw. die Kompensationsschnittstelle miteinander drehfest gekoppelt sind, wobei die Rotorwelle und die Sonnenwellen in der Kompensationsschnittstelle zueinander axial beweglich, bewegbar und/oder verschiebbar ausgebildet sind. In dieser Ausgestaltung ist die Erfindung auf eine mögliche konstruktive Variante gerichtet, wobei die Kompensationsschnittstelle als eine mechanische Schnittstelle zwischen der Rotorwelle und der Sonnenwelle ausgebildet ist. In der allgemeinsten Ausprägungsform ist jedoch die Erfindung nicht darauf beschränkt, da eine derartige Kompensationsschnittstelle alternativ oder ergänzend auch zwischen Sonnenwelle und Sonnenrad oder zwischen Rotorwelle und Rotor angeordnet sein könnte.
Durch die gemäß Anspruch 3 bevorzugte Ausführungsform wird erreicht, dass die Rotorwelle und die Sonnenwelle in axialer Richtung unverspannbar und/oder mit Spiel zueinander angeordnet sind und auf diese Weise die axiale Entkopplung von Rotor und Sonnenrad über die Wellenanordnung erreichen.
Bei möglichen konstruktiven Ausgestaltungen der Erfindung ist vorgesehen, dass die Rotorwelle und die Sonnenwelle in axialer Richtung in der Kompensationsschnittstelle vorzugsweise teleskopartig um mehr als 1 mm, vorzugsweise um mehr als 3 mm und insbesondere um mehr als 5 mm axial verschiebbar zueinander angeordnet sind. Dieser Verschiebungs- oder Kompensationsweg ist ausreichend, um sowohl die fertigungs- bzw. montagebedingten Toleranzen als auch die belastungsbedingten Positionsänderungen zwischen Rotor und Sonnenrad zu kompensieren.
Bei einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Sonnenwelle dreh- und verschiebefest mit dem Sonnenrad gekoppelt. Sonnenwelle und Sonnenrad sind in dieser Ausgestaltung einstückig ausgebildet und bilden eine einfach zu montierende Baueinheit.
Es ist weiterhin bevorzugt, dass die Rotorwelle und/oder der Rotor in einer Lagerung gegenüber einem Gehäuse der Getriebeeinrichtung und/oder des Elektromotors verschiebefest und/oder axial vorgespannt aufgenommen ist bzw. sind. Mögliche Toleranzen zwischen Sonnenrad und Rotorwelle bzw. Rotor können über die Kompensationsschnittstelle ausgeglichen werden.
Besonders bevorzugt ist es, wenn die Lagerung der Rotorwelle bzw. des Rotors mindestens zwei Lagereinrichtungen aufweist, welche beispielsweise als Kugellager ausgebildet sind und welche voneinander beabstandet in einer 0- oder in einer X- Konfiguration angeordnet sind. Besonders bevorzugt ist die Ausführung als O-Konfiguration, welche besonders vorteilhaft eingesetzt werden kann, da sichergestellt ist, dass keine axialen Kräfte über die Wellenanordnung bzw. die Rotorwelle in die Lagereinrichtung eingeleitet werden können.
Bei einer möglichen konstruktiven Ausgestaltung der Erfindung weist das Sonnenrad, um mit Planetenrädern des Planetengetriebes zu kämmen, eine Keilverzahnung auf. Diese Keilverzahnung ist auf der einen Seite besonders vorteilhaft zur Übertragung bzw. Einleitung der Antriebsdrehmomente, jedoch führt eine derartige Keilverzahnung, insbesondere wenn diese als Schrägverzahnung ausgebildet ist, üblicher Weise zu einer Verspannung des Sonnenrades. Diese Verspannung wird jedoch durch die neu geschaffene Kompensationsschnittstelle nicht an den Rotor bzw. die Rotorwelle übertragen, so dass durch die Kompensationsschnittstelle diesen Schwierigkeiten der Keilverzahnung abgeholfen ist.
Bei einer besonders bevorzugten konstruktiven Realisierung der Erfindung basiert die Kompensationsschnittstelle auf einer formschlüssigen vorzugsweise teleskopartigen Verbindung, welche zur Übertragung von Drehmomenten und insbesondere als eine Steckverzahnung, Keilverzahnung und/oder Polygonverzahnung ausgebildet ist. Besonders bevorzugt befindet sich die Kompensationsschnittstelle axial betrachtet zwischen den beiden Lagereinrichtungen und/oder ist zumindest in radialer Richtung überlappend zu dem Elektromotor und/oder zu dem Rotor angeordnet. Durch die asymmetrische Positionierung und Verschiebung der Kompensationsschnittstelle in Richtung des Elektromotors bzw. zur Rotorwelle ist die Sonnenwelle als ein längliches Bauteil ausgebildet und weist einen Hülsenabschnitt auf, welcher besonders bevorzugt dünnwandig realisiert ist, so dass sich neben dem axialen Freiheitsgrad in der Kompensationsschnittstelle aufgrund der Elastizität der Sonnenwelle auch ein radialer Ausgleich an Fluchtungsfehlern zwischen Elektromotor und dem Planetengetriebe ergeben kann. Besonders bevorzugt ist die Sonnenwelle zwischen dem Sonnenrad und der Kompensationsschnittstelle ungestützt und/oder ungelagert und/oder freihängend ausgebildet.
Bei einer bevorzugten konstruktiven Ausgestaltung der Erfindung ist das Sonnenrad in axialer Richtung über bewegte oder stationäre Komponenten an einem oder dem Gehäuse der Getriebeeinrichtung und/oder des Elektromotors abgestützt. Mit der Abstützung wird erreicht, dass die Axialkräfte, welche nicht mehr über die Wellenanordnung abgeleitet werden können, nun über einen anderen Kraftweg in das Gehäuse übergeleitet werden. Die axiale Abstützung erfolgt beispielsweise unter Zwischenschaltung eines Axialwälzlagers, welches sich an gehäusefesten Bereichen oder gehäusefeststellbaren Bereichen in axialer Richtung abstützt. Bei manchen Ausführungsformen kann sich das Sonnenrad in axialer Richtung über ein erstes Wälzlager an einer bewegten Komponente, wie z.B. einem Hohlrad, und dann über das Axialwälzlager an dem gehäusefesten oder -feststellbaren Bereich abstützen.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft eine elektrische Achse für ein Fahrzeug, welche erfindungsgemäß einer Getriebeeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche bzw. wie sie zuvor beschrieben wurde, aufweist.
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 zur Illustration der Drehmoment- und Axialkraftflüsse.
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 Abtriebsdrehmoment 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 3.
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 der Lagereinrichtungen 14a,b angeordnet, wohingegen sich die Innenringe gehäusefest angeordnet sind.
Das erste Sonnenrad 9 stützt sich über eine Kugellagerung 15 gegen eine Trägerwand 16 eines Hohlrades 17 des Planetengetriebes 4 ab. Das Hohlrad 17 bzw. die Trägerwand 16 stützt sich über ein Axialnadellager 18 an einem Träger 19 ab, welcher mit dem Getriebegehäuse 20 der elektrischen Achse 1 in allen Richtungen fest verbunden ist.
Ferner sitzt das erste Sonnenrad 9 drehfest verbunden auf der Sonnenwelle 8. Mögliche Ausführungsformen der Baueinheit Sonnenrad 9 - Sonnenwelle 8 betreffen einteilige Varianten, ein Verschweißen von Sonnenrad 9 und Sonnenwelle 8 oder einen Presssitz zwischen diesen Teilen. Die Sonnenwelle 8 weist einen Hülsenabschnitt auf, der sich, beginnend bei dem Planetengetriebe 5, bis unter den Elektromotor 3, insbesondere bis zur Mitte des Elektromotors 3 erstreckt. Nachdem die Sonnenwelle 8 die Abtriebe 2 a, b als Steckachsen aufnehmen muss, ist der Hülsenabschnitt dünnwandig ausgebildet.
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 21 , über die die Sonnenwelle 8 drehfest mit der Rotorwelle 7 gekoppelt ist. Die Kompensationsschnittstelle 21 setzt eine formschlüssige Verbindung, zum Beispiel eine Steckverzahnung, Keilverzahnung oder Polygonverzahnung um. Ein Drehmomentfluss kann somit gemäß Pfeil 22 von dem Elektromotor 3 über die Rotorwelle 7, die Kompensationsschnittstelle 21 , die Sonnenwelle 8 und das erste Sonnenrad 9 erfolgen.
Besonders hervorzuheben ist, dass die Sonnenwelle 8 und die Rotorwelle 7 in der Kompensationsschnittstelle 21 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 die Kugellagerung 15, die Trägerwand 16, die Axialnadellagerung 18 an das Gehäuse 20 gemäß dem Pfeil 23 übertragen. 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 die Kugellagerung 15 zuerst ins Hohlrad 17 und dann durch die Axialnadellagerung 18 vom Träger 19 in das Gehäuse 20 abgeleitet. Außer der Betriebsvorspannung erfährt damit die Lagereinrichtungen 14 a, b keine zusätzlichen Betriebskräfte. Darüber hinaus hat das erste Sonnenrad 9 eine exakte Position gegen das Hohlrad 17 des Planetengetriebes 4. 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 Kugellagerung
16 Trägerwand
17 Hohlrad
18 Axialnadellager
19 Träger
20 Gehäuse
21 Kompensationsschnittstelle
22 Pfeil
23 Pfeil

Claims

Patentansprüche
1 . Getriebeeinrichtung (1 ) mit einem Elektromotor (3), wobei der Elektromotor (3) einen Rotor (6) aufweist, mit einem Planetengetriebe (4), wobei das Planetengetriebe (4) mindestens ein Sonnenrad (9) aufweist, mit einer Wellenanordnung (7,8), wobei der Rotor (6) über die Wellenanordnung (7,8) mit dem Sonnenrad (9) drehfest gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellenanordnung (7,8) mindestens eine Kompensationsschnittstelle (21 ) aufweist, die ausgebildet ist, eine Abstandsänderung und/oder Verkippung zwischen Rotor (6) und Sonnenrad (9) zu ermöglichen.
2. Getriebeeinrichtung (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Wellenanordnung (7,8) ausgebildet ist, eine axiale Verschiebung,
Verkippung und/oder axiale Bewegung zwischen dem Rotor (6) und dem Sonnenrad (9) derart zu ermöglichen, dass axiale Kräfte zwischen Rotor (6) und Sonnenrad (9) nicht oder nur gedämpft übertragen werden.
3. Getriebeeinrichtung (1 ) nach Anspruch 1 oder 2 oder nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Wellenanordnung (7,8) eine Rotorwelle (7) und eine Sonnenwelle (8) umfasst, die über eine bzw. die Kompensationsschnittstelle (21 ) miteinander drehfest gekoppelt sind, wobei die Rotorwelle (7) und die Sonnenwelle (8) in der Kompensationsschnittstelle (21 ) zueinander axial beweglich, bewegbar und/oder verschiebbar ausgebildet sind.
4. Getriebeeinrichtung (1 ) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorwelle (7) und die Sonnenwelle (8) in axialer Richtung in der Kompensationsschnittstelle (21 ) um mehr als 1 mm, vorzugsweise mehr als 3 mm und insbesondere um mehr als 5 mm axial verschiebbar zueinander ausgebildet sind.
5. Getriebeeinrichtung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Sonnenwelle (7) dreh- und verschiebefest mit dem Sonnenrad (9) gekoppelt ist.
6. Getriebeeinrichtung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorwelle (7) und/oder der Rotor (6) in einer Lagerung gegenüber einem Gehäuse (20) der Getriebeeinrichtung (1 ) verschiebefest und/oder axial vorgespannt aufgenommen ist.
7. Getriebeeinrichtung (1 ) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerung mindestens zwei Lagereinrichtungen (14a,b) aufweist, welche voneinander beabstandet in einer 0- oder in einer X-Konfiguration angeordnet sind.
8. Getriebeeinrichtung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompensationsschnittstelle (21 ) in einem axialen Bereich zwischen den beiden Lagereinrichtungen (14a,b) und/oder in radialer Richtung überlappend zu dem Elektromotor (3) angeordnet ist.
9. Getriebeeinrichtung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sonnenwelle (8) einen Hülsenabschnitt aufweist, welcher zur Kompensation von Fluchtungsfehlern zwischen Rotor (6) und Sonnenrad (9) in radialer Richtung elastisch verformbar oder auslenkbar ist
10. Getriebeeinrichtung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sonnenrad (9) in axialer Richtung über bewegte oder über stationäre Komponenten an einem oder dem Gehäuse (20) abgestützt ist.
1 1 . Getriebeeinrichtung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Sonnenrad (9) über mindestens ein Wälzlager (18) in axialer Richtung abstützt.
12. Elektrische Achse oder Hybridgetriebe für ein Fahrzeug, gekennzeichnet durch eine Getriebeeinrichtung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
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