WO2014008897A1 - Lagerungskonzept für eine elektrische achse - Google Patents

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Tomas Smetana
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Definitions

  • the present invention relates to an axle drive system for a motor vehicle having the features according to the preamble of patent claim 1.
  • Such an axle drive system is used, for example, in electrically driven vehicles or in hybrid vehicles.
  • Characteristic of the generic axle drive systems is the coaxial arrangement of an electric drive provided for the dynamoelectric drive machine, a speed-reducing overdrive gear and a transfer case for distributing the torque generated by the engine to the output shafts.
  • Said three components have in a generic axle drive system a common, transverse to the direction of travel of the motor vehicle oriented rotation axis.
  • An axle drive system for a motor vehicle having the features according to the preamble of patent claim 1 is known from DE102010036884A1.
  • the coaxial design of the axle drive system and the interlocking of the output shafts in the rotor shaft formed as a hollow shaft make it possible to realize the electric drive in the smallest space.
  • the output shafts coupled to the wheels are subject to mechanical loads when driving.
  • the rotor of the electric traction machine and the input components of the superposition gearbox rotate at very high speeds of up to 16,000 revolutions per minute.
  • said fast-rotating components must be stored very precisely.
  • the electromagnetically effective air gap in the dynamoelectric machine is mentioned, which is minimized as much as possible in order to achieve the greatest possible efficiency. Accordingly, it must be avoided that excited vibrations lead to collision of the stator and rotor within the dynamoelectric machine during driving.
  • the invention is therefore based on the object to provide a robust and space-saving electric drive system for driving a motor vehicle.
  • the axle drive system initially comprises a first dynamoelectric machine with a first rotor shaft, which is mounted radially on a housing of the axle drive system at two bearing points.
  • the first dynamo-electric machine is used to generate a drive torque for the driven by the final drive motor vehicle axle.
  • the drive system according to the invention comprises a superposition gear and a transfer case with a first distributor shaft, which drives off on a first output shaft and with a second distributor shaft, which drives off on a second output shaft.
  • Said transfer case allows different speeds on the left and right driven side, as it is known from conventional differentials.
  • the axle drive system according to the invention is characterized by a coaxial design. This means that the distributor shafts, the output shafts and the first rotor shaft are arranged rotatable about a common, oriented transversely to the direction of travel of the vehicle axis of rotation.
  • the axle drive system according to the invention can be used both for driving a front axle of a motor vehicle and for driving a rear axle. Also conceivable is the equipment of a motor vehicle with two such final drive systems, one of which drives the rear axle and the other the front axle.
  • the peculiarity of the axle drive system according to the invention lies in the bearing concept, which enables a vibration decoupling between the output shafts, gear shafts and the rotor shaft.
  • the superposition gear has a gear input shaft, which is rotatably connected to the rotor shaft, the transmission input shaft is radially mounted on one of the first rotor shaft end at at least one other bearing on the housing, the first rotor shaft and the transmission input shaft against each other are axially displaceably coupled and the first and second output shaft are each mounted on a radial bearing relative to the housing and a further radial bearing against each other.
  • the output shafts are mounted directly relative to the housing of the final drive system and furthermore the two output shafts are supported against each other via the further radial bearing, they are decoupled from both the superposition gear and the first dynamoelectric drive machine in terms of vibration technology. Accordingly, vibrations acting on the output shafts do not propagate into the fast-rotating transmission parts and the traction machine, which generally operates at high speed.
  • the storage of the two output shafts against each other can be done by means of a needle bearing or due to the low differential speed of the two output shafts through a plain bearing.
  • the robustness of the drive system is ensured on the one hand by the fact that the two output shafts do not touch the rotor shaft or one of the transmission assemblies at any point. Furthermore, the fact that in addition the transmission input shaft is vibrationally decoupled from the rotor shaft contributes to the mechanical resistance of the system. This decoupling is achieved by first of all the two shafts, for example by means of a spline, axially slidably coupled together. Furthermore, this decoupling succeeds in that the radial bearing of the transmission input shaft at the end facing the first rotor shaft is done separately at the further bearing point on the housing. Accordingly, the rotor shaft decoupled from both the transmission input shaft and the output shafts.
  • the bearing concept of the invention allows the high-precision storage of the rotor while maintaining a small air gap even under strong mechanical stimuli of the output shafts.
  • the first rotor shaft is supported by means of two rolling bearings with a rotating outer ring and stationary inner ring.
  • a space-saving arrangement and easy assembly are guaranteed.
  • a rotating outer ring lower seal friction at high speed.
  • the rotor can be balanced even after pre-assembled storage.
  • the superposition gearing of the first drive machine is separated by a bearing plate in an advantageous embodiment of the invention, wherein the bearing plate has one of the bearing points for supporting the rotor shaft and arranged the further bearing for storage of the transmission input shaft on the bearing plate on the side facing the superposition gear is.
  • the bearing plate holds on one side of one of the particular designed as a deep groove ball bearings radial bearing for supporting the rotor shaft and on the other side the radial bearing for mounting the transmission input shaft.
  • a Zwetician the final drive system is achieved in that the superposition gear comprises a first and a second planetary gear set, the second planetary gear set has an output shaft which is rotatably coupled to an input shaft of the transfer drive, the final drive system comprises a Heidelbergaktuatorik, by means of which the transmission input shaft can optionally be operatively connected directly to the second planetary gearset or indirectly via the first planetary gearset to the second planetary gearset and wherein a planet carrier of the first th planetary gear set and a sun gear of the second planetary gear set are mounted radially against the transmission input shaft.
  • a first and a second angular contact ball bearings are used for radial mounting of the planet carrier and the sun gear.
  • the two angular contact ball bearings are preloaded axially.
  • a ring gear of the first planetary gear set can in this case, for example, via a spline, floating to the housing of the final drive system are stored.
  • a ring gear of the second planetary gear set of the superposition gearing can be guided exactly radially in the part of the final drive housing associated with the gearing. In this case expediently floats the carrier of the second planetary gear set.
  • the Achsan- drive system further comprises a torque vectoring unit for the targeted distribution of a torque introduced by the first drive machine to the output shafts.
  • Said torque vectoring unit has a second drive machine and a planetary gear with a third and fourth planetary gear set.
  • a sun gear of the third planetary gearset is fixedly connected to the housing in this embodiment, while a sun gear of the fourth planetary gearset is rotatably mounted radially on the stationary sun shaft of the third planetary gearset.
  • a radial needle bearing can be used to support the movable sun relative to the stationary sun.
  • the transfer case of the final drive system is advantageously designed as a planetary ifferenzial, wherein a planet carrier of the planetary differential with the first output shaft and a sun gear of the planetary differential with the second output shaft is rotatably connected and the second drive machine via a spur gear with the sun gear of the fourth planetary gear in operative engagement and a Ring gear of the fourth planetary gear set is rotatably connected to the planet carrier of the planetary differential.
  • Said spur gear stage reduces the speed of the second drive machine, so that it can be made sufficiently compact.
  • the radial support of the output sun and the output carrier of the planetary differential is through Sun and the Abtenitatienlies of the planetary differential is taken over by the output shafts of Achsantnebssystems.
  • the second drive machine is formed with a second rotor shaft oriented parallel to the axis of the first rotor shaft of the first drive machine, wherein the second rotor shaft is supported by means of two axially preloaded roller bearings, in particular deep groove ball bearings.
  • Said deep groove ball bearings are here in particular in a conventional arrangement, that is, with rotating inner rings and stationary outer rings, formed and pressed into a housing of the second drive machine.
  • Said housing of the second drive machine is advantageously housed within the housing of the complete final drive system.
  • a further advantageous embodiment of the invention is characterized in that the complete gear unit comprising the superposition gear, the transfer case and the epicyclic gear of the torque vectoring unit is axially biased by means of thrust bearing, all having the same pitch circle, said gear unit viewed in the axial direction is clamped between the first and second drive machine.
  • the complete axle drive unit in which the transmission components, an advantageously present switchable clutch and its actuator between the first and second drive machine are arranged and clamped there.
  • needle roller bearings are used. Because they are arranged in an advantageous embodiment, all on the same pitch circle, tilting moments can be very well received within the final drive system.
  • the figure shows an embodiment of an axle drive system according to the invention with a schematic representation of the bearing points.
  • the final drive system initially comprises a first dynamoelectric drive machine 1, which applies the torque for driving a motor vehicle axle.
  • the first drive machine 1 comprises an outer stator 2, which is spaced from an inner rotor 3 via an air gap.
  • Stator 2 and rotor 3 are housed in a machine housing, from which in the figure frontally bearing on the machine bearing plates 4 can be seen.
  • the rotor of the first drive machine 1 is supported radially relative to the bearing plates 4 by means of two deep groove ball bearings 5.
  • the bearing is in this case such that the outer ring of the deep groove ball bearings 5 rotates together with the rotor 3 about a rotation axis 6, while the inner ring of the deep groove ball bearing 5 is fixed.
  • the rotor 3 comprises a rotor laminated core, which is shrunk onto a first rotor shaft 7 designed as a hollow shaft. Within this first rotor shaft 7, a first and a second output shaft 8, 9 are guided, the common axis of rotation 6 coincides with the axis of rotation of the first rotor shaft 7.
  • the first, longer output shaft 8 is supported by means of a radial needle bearing 10 on the left end shield 4 of the first drive machine 1, while the second, shorter output shaft 9 is radially supported via a further radial needle bearing 1 1 on the housing of a transmission of the final drive system. Furthermore, the two output shafts 8, 9 are supported by a sliding bearing 12 radially against each other.
  • the storage of the output shafts 8, 9 happens only to housing components and each other.
  • a contact of the first rotor shaft 7 or the still to be explained fast-rotating transmission components through the output shafts 8,9 takes place at any point, so that a transmission of vibrations that are introduced into the output shafts 8, 9, suppressed in the fast-rotating components of the final drive system becomes.
  • Located on the right side of the first dynamoelectric drive machine 1 are a first and second planetary gear set 13, 14 of a superposition gear and a Weguatorik 15, with which between two gears and a neutral position can be selected.
  • the superposition gearing serves to reduce the speed introduced by the first drive machine 1 into a transmission input shaft 16.
  • the torque is transmitted from the rotor 3 to the transmission via a spline between the rotor shaft 7 and the transmission input shaft 16, wherein the first rotor shaft 7 and the transmission input shaft 16 is coupled via the spline axially displaceable against each other.
  • the fast-rotating transmission input shaft 16 is mounted radially in the gearshift bearing plate 4 via ball bearings 17.
  • the illustrated type of mounting of the first rotor shaft 7 and the transmission input shaft 16 enables a decoupling of the oscillations between the dynamoelectric first machine 1 and the transmission.
  • the superposition gearing forms, together with the shift actuator 15, a two-speed transmission, wherein the respective gears can be selected by axial displacement of a sliding sleeve 18 of the shift actuator 15.
  • the coupling body of the sliding sleeve 18 is in a first gear meshing with the planet carrier 19 of the first planetary gear set 13, while in a second gear, the transmission input shaft 16 is directly connected to a sun gear 20 of the second gear stage 14.
  • the coupling body of the sliding sleeve 18 is positively connected to the sun gear 20 of the second planetary gear set 14 for inserting the gears by an axially displaceable toothed shaft toothing.
  • the axial movement of the sliding sleeve 18 is actuated by a pivotable rocker 21.
  • the sliding blocks of the sliding sleeve 18 engage in a circumferential groove on the outer diameter of the sliding sleeve 18th
  • the pivotal movement of the rocker 21 is effected by a ball screw 22 with a spindle, wherein the spindle is driven by means of a crown toothing 23 by a rotation axis 16 perpendicular to another further electric motor 24.
  • the spindle of the ball screw 22 is mounted via a radial needle bearing 25 and ball bearings 26, while the rotor shaft of the further electric motor 24 is radially supported by means of deep groove ball bearings 27.
  • the transmission input shaft 16 is used for radial guidance of the planet carrier 19th of the first planetary gear set 13 and for the radial guidance of the sun gear 20 of the second planetary gear set 14.
  • the radial guides are made using prestressed angular contact ball bearings 47,48.
  • the ring gear 28 of the first planetary gearset 13 is mounted in a floating manner with the gearbox housing via a spline toothing.
  • the ring gear 29 of the second planetary gear set 14 is guided exactly radially in the transmission housing.
  • the planet carrier 30 of the second planetary gear set 14 floats.
  • the superposition gearing with the first and second planetary gear set 13, 14 and the shift actuator 15 is followed by a transfer case 31 in the form of a spur gear differential.
  • the ring gear 32 of the transfer case 31 is rotatably connected to the planet carrier 30 of the second planetary gear set 14.
  • the planet carrier 33 of the spur gear differential is supported on the first output shaft 8.
  • the output sun 34 of the spur gear differential is supported radially on the second output shaft 9.
  • the axle drive system further comprises a torque vectoring unit having a planetary gear 35, which comprises a third and fourth planetary gear set 36, 37, and a second drive machine 38, the second rotor shaft 39 abrading on a spur gear 40, which is operatively connected to a rotatable sun gear 41 of the fourth planetary gear set 37 stands.
  • the sun gear 42 of the third planetary gearset is rotatably connected to the housing of the axle drive unit. Via a radial needle bearing 43, the sun gear 41 of the fourth planetary gear set is supported relative to the stationary sun gear 42 of the third planetary gearset.
  • the complete transmission comprising the superposition gear with the first and second planetary gear set 13, 14 and the Heidelberguatorik 15, the transfer case 31 and the epicyclic gear 36 is axially biased.
  • the axial support is effected by axial needle bearings 44, 45.
  • the axial needle bearings 45 arranged in the region of the planetary gear 35 are all located on the same pitch circle, so that tilting is avoided.
  • the storage of the second rotor shaft 39 of the second drive machine 38 which is provided for the targeted distribution of the torque generated by the first drive machine 1 on the two output shafts 8, 9, by means of further deep groove ball bearings 46.
  • the further deep groove ball bearings 46 with a rotating inner ring and a stationary outer ring are pressed into the gearbox or torque vectoring motor housing.
  • the deep groove ball bearings 46 are axially biased due to the required backlash, resulting from the accuracy requirements of acting as a torque vectoring engine actuator drive motor 38.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Achsantriebssystem für ein Kraftfahrzeug umfassend eine erste dynamoelektrische Antriebsmaschine (1) mit einer ersten Rotorwelle (7), die radial an einem Gehäuse des Achsantriebssystems an zwei Lagerstellen gelagert ist, ein Überlagerungsgetriebe und einem Verteilergetriebe (31) mit einer ersten Verteilerwelle, die auf eine erste Abtriebswelle (8) abtreibt und mit einer zweiten Verteilerwelle, die auf eine zweite Abtriebswelle (9) abtreibt, wobei die Verteilerwellen, die Abtriebswellen (8, 9) und die erste Rotorwelle (7) um eine gemeinsame, quer zur Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs orientierte Rotationsachse (6) rotierbar angeordnet sind. Die Robustheit des Systems gegenüber mechanischen Belastungen wird dadurch erhöht, dass das Überlagerungsgetriebe eine Getriebeeingangswelle (16) aufweist, die drehfest mit der Rotorwelle (7) verbunden ist, die Getriebeeingangswelle (16) radial an einem der ersten Rotorwelle (7) zugewandten Ende an zumindest einer weiteren Lagerstelle am Gehäuse gelagert ist, die erste Rotorwelle (7) und die Getriebeeingangswelle (16) gegeneinander axial verschieblich gekoppelt sind und die erste und zweite Abtriebswelle (8,9) jeweils über ein Radiallager (10) gegenüber dem Gehäuse und über ein weiteres Radiallager (12) gegeneinander gelagert sind.

Description

Lagerungskonzept für eine elektrische Achse
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Achsantriebssystem für ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1 . Ein derartiges Achsantriebssystem kommt beispielsweise bei elektrisch angetriebenen Fahrzeugen oder bei Hybridfahrzeugen zur Anwendung. Kennzeichnend für die gattungsgemäßen Achsantriebssysteme ist die koaxiale Anordnung einer zum elektrischen Antrieb vorgesehenen dynamoelektrischen Antriebsmaschine, eines die Drehzahl untersetzenden Überlagerungsgetriebes und eines Verteilergetriebes zur Verteilung des von der Antriebsmaschine erzeugten Drehmomentes auf die Abtriebswellen. Besagte drei Komponenten haben bei einem gattungsgemäßen Achsantriebssystem eine gemeinsame, quer zur Fahrtrich- tung des Kraftfahrzeugs orientierte Rotationsachse.
Ein Achsantriebssystem für ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1 ist der aus der DE102010036884A1 bekannt. Die koaxiale Bauweise des Achsantriebssystems und die Ineinanderverschach- telung von den Abtriebswellen in die als Hohlwelle ausgebildete Rotorwelle ermöglichen es, den elektrischen Antrieb auf kleinstem Bauraum zu realisieren.
Die mit den Rädern gekoppelten Abtriebswellen unterliegen beim Fahren e- normen mechanischen Belastungen. Der Rotor der elektrischen Traktionsma- schine sowie die eingangsseitigen Komponenten des Überlagerungsgetriebes rotieren hingegen mit sehr hohen Drehzahlen von bis zu 16.000 Umdrehungen/Min. Ferner müssen besagte schnelldrehende Komponenten besonders präzise gelagert werden. Beispielhaft sei der elektromagnetisch wirksame Luftspalt in der dynamoelektrischen Maschine genannt, der zur Erzielung eines möglichst großen Wirkungsgrades so gering wie möglich dinmensioniert wird. Demnach gilt es zu vermeiden, dass beim Fahrbetrieb angeregte Schwingungen zur Kollision von Stator und Rotor innerhalb der dynamoelektrischen Maschine führen. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein robustes und bauraum- sparendes elektrisches Antriebssystem zum Antrieb eines Kraftfahrzeuges zur Verfügung zu stellen.
Diese Aufgabe wird durch ein Achsantriebssystem für ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind den abhängigen Patentansprüchen zu entnehmen. Das erfindungsgemäße Achsantriebssystem umfasst zunächst eine erste dynamoelektrische Maschine mit einer ersten Rotorwelle, die radial an einem Gehäuse des Achsantriebssystems an zwei Lagerstellen gelagert ist. Die erste dynamoelektrische Maschine dient der Erzeugung eines Antriebsmomentes für die vom Achsantrieb angetriebene Kfz-Achse.
Ferner umfasst das erfindungsgemäße Antriebssystem ein Überlagerungsgetriebe und ein Verteilergetriebe mit einer ersten Verteilerwelle, die auf eine erste Abtriebswelle abtreibt und mit einer zweiten Verteilerwelle, die auf eine zweite Abtriebswelle abtreibt. Besagtes Verteilergetriebe ermöglicht unter- schiedliche Drehzahlen auf der linken und rechten Abtriebsseite, wie es von herkömmlichen Differenzialen bekannt ist.
Das erfindungsgemäße Achsantriebssystem zeichnet sich durch eine koaxiale Bauweise aus. Das heißt, dass die Verteilerwellen, die Abtriebswellen und die erste Rotorwelle um eine gemeinsame, quer zur Fahrtrichtung des Fahrzeugs orientierte Rotationsachse rotierbar angeordnet sind.
Das erfindungsgemäße Achsantriebssystem kann sowohl zum Antrieb einer Vorderachse eines Kraftfahrzeuges eingesetzt werden als auch zum Antrieb einer Hinterachse. Denkbar ist auch die Ausstattung eines Kraftfahrzeuges mit zwei derartigen Achsantriebssystemen, von denen eines die Hinterachse und das andere die Vorderachse antreibt. Die Besonderheit des erfindungsgemäßen Achsantriebssystems liegt in dem Lagerkonzept, welches eine Schwingungsentkopplung zwischen den Abtriebswellen, Getriebewellen und der Rotorwelle ermöglicht. Diese Abkopplung gelingt erfindungsgemäß dadurch, dass das Überlagerungsgetriebe eine Getrie- beeingangswelle aufweist, die drehfest mit der Rotorwelle verbunden ist, die Getriebeeingangswelle radial an einem der ersten Rotorwelle zugewandten Ende an zumindest einer weiteren Lagerstelle am Gehäuse gelagert ist, die erste Rotorwelle und die Getriebeeingangswelle gegeneinander axial verschieblich gekoppelt sind und die erste und zweite Abtriebswelle jeweils über ein Radiallager gegenüber dem Gehäuse und über ein weiteres Radiallager gegeneinander gelagert sind.
Dadurch, dass die Abtriebswellen gegenüber dem Gehäuse des Achsantriebssystems direkt gelagert sind und ferner die beiden Abtriebswellen gegeneinan- der über das weitere Radiallager gelagert sind, sind diese schwingungstechnisch sowohl vom Überlagerungsgetriebe als auch von der ersten dynamoelektrischen Antriebsmaschine entkoppelt. Auf die Abtriebswellen wirkende Schwingungen pflanzen sich demnach nicht in die schnellrotierenden Getriebeteile und die in der Regel mit hoher Drehzahl arbeitende Traktionsmaschine fort. Die Lagerung der beiden Abtriebswellen gegeneinander kann mithilfe eines Nadellagers oder aufgrund der geringen Differenzdrehzahl der beiden Abtriebswellen auch durch ein Gleitlager erfolgen.
Die Robustheit des Antriebssystems wird zum einen dadurch gewährleiset, dass beiden Abtriebswellen an keiner Stelle die Rotorwelle oder eine der Getriebebaugruppen berührt. Ferner trägt die Tatsache, dass zusätzlich die Getriebeeingangswelle von der Rotorwelle schwingungstechnisch entkoppelt ist, zur mechanischen Widerstandsfähigkeit des Systems bei. Diese Entkopplung gelingt dadurch, dass zunächst die beiden Wellen, beispielsweise mithilfe einer Steckverzahnung, axial verschieblich miteinander gekoppelt sind. Ferner gelingt diese Entkopplung dadurch, dass auch die radiale Lagerung der Getriebeeingangswelle an dem der ersten Rotorwelle zugewandten Ende separat an der weiteren Lagerstelle am Gehäuse geschieht. Demnach ist die Rotorwelle sowohl von der Getriebeingangswelle als auch von den Abtriebswellen entkoppelt. Mithin ermöglicht das erfindungsgemäße Lagerkonzept die hochpräzise Lagerung des Rotors unter Einhaltung eines geringen Luftspaltes auch unter starken mechanischen Anregungen der Abtriebswellen.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist die erste Rotorwelle mittels zweier Wälzlager mit rotierendem Außenring und stillstehendem Innenring gelagert. Hierdurch werden eine bauraumsparende Anordnung und einfache Montierbarkeit gewährleistet. Ferner ergibt sich bei rotierendem Außenring eine geringere Dichtungsreibung bei hoher Drehzahl. Darüber hinaus kann der Rotor auch noch nach vormontierter Lagerung gewuchtet werden.
Als Wälzlager werden vorteilhafterweise Rillenkugellager zur Lagerung der Rotorwelle verwendet.
Innerhalb des Gehäuses des Achsantriebes ist in vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung das Überlagerungsgetriebe von der ersten Antriebsmaschine durch ein Lagerschild getrennt, wobei das Lagerschild eine der Lagerstellen zur Lagerung der Rotorwelle aufweist und die weitere Lagerstelle zur Lagerung der Getriebeeingangswelle am Lagerschild an der dem Überlagerungsgetriebe zugewandten Seite angeordnet ist. Somit hält das Lagerschild auf der einen Seite eines der insbesondere als Rillenkugellager ausgeführten Radiallager zur Lagerung der Rotorwelle und auf der anderen Seite das Radiallager zur Lagerung der Getriebeeingangswelle.
In weiterer vorteilhafter Ausbildung der Erfindung wird eine Zweigängigkeit des Achsantriebssystems dadurch erreicht, dass das Überlagerungsgetriebe einen ersten und einen zweiten Planetensatz umfasst, der zweite Planetensatz eine Ausgangswelle aufweist, die drehfest mit einer Eingangswelle des Verteilerge- triebes gekoppelt ist, das Achsantriebssystem eine Schaltaktuatorik umfasst, mittels derer die Getriebeeingangswelle wahlweise unmittelbar mit dem zweiten Planetensatz oder mittelbar über den ersten Planetensatz mit dem zweiten Planetensatz wirkverbunden werden kann und wobei ein Planetenträger des ers- ten Planetensatzes und ein Sonnenrad des zweiten Planetensatzes radial gegen die Getriebeeingangswelle gelagert sind.
Vorteilhafterweise werden hierbei ein erstes und ein zweites Schrägkugellager zur Radiallagerung des Planetenträgers und des Sonnenrades verwendet. Die beiden Schrägkugellager sind hierbei axial vorgespannt. Ein Hohlrad des ersten Planetensatzes kann hierbei, beispielsweise über eine Keilverzahnung, schwimmend zum Gehäuse des Achsantriebssystems gelagert werden. Hingegen kann ein Hohlrad des zweiten Planetensatzes des Überlagerungsgetriebes in dem dem Getriebe zugehörigen Teil des Achsantriebsgehäuses genau radial geführt werden. Hierbei schwimmt zweckmäßigerweise der Träger des zweiten Planetensatzes ein.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Achsan- triebssystem ferner eine Torque-Vectoring Einheit zur gezielten Verteilung eines von der ersten Antriebsmaschine eingebrachten Drehmomentes auf die Abtriebswellen. Besagte Torque-Vectoring Einheit weist eine zweite Antriebsmaschine und ein Umlaufgetriebe mit einem dritten und vierten Planetensatz auf. Ein Sonnenrad des dritten Planetensatzes ist bei dieser Ausführungsform mit dem Gehäuse fest verbunden, während ein Sonnenrad des vierten Planetensatzes drehbar radial auf der stillstehenden Sonnenwelle des dritten Planetensatzes gelagert ist. Beispielsweise kann zum Abstützen der beweglichen Sonne gegenüber der stillstehenden Sonne ein radiales Nadellager Verwendung finden.
Das Verteilergetriebe des Achsantriebsystems ist vorteilhafterweise als Planetend ifferenzial ausgebildet, wobei ein Planetenträger des Planetendifferenzials mit der ersten Abtriebswelle und ein Sonnenrad des Planetendifferenzials mit der zweiten Abtriebswelle drehfest verbunden ist und die zweite Antriebsmaschine über eine Stirnradstufe mit dem Sonnenrad des vierten Planetensatzes im Wirkeingriff steht und ein Hohlrad des vierten Planetensatzes mit dem Planetenträger des Planetendifferenzials drehfest verbunden ist. Besagte Stirnradstufe untersetzt die Drehzahl der zweiten Antriebsmaschine, sodass diese genügend kompakt ausgeführt werden kann. Die radiale Abstützung der Abtriebssonne und des Abtriebsträgers des Planetendifferenzials wird durch sonne und des Abthebsträgers des Planetendifferenzials wird durch die Abtriebswellen des Achsantnebssystems übernommen.
Vorteilhafterweise ist die zweite Antriebsmaschine mit einer zweiten, parallel zu der Achse der ersten Rotorwelle der ersten Antriebsmaschine orientierten Rotorwelle ausgebildet, wobei die zweite Rotorwelle mittels zweier axial vorgespannter Wälzlager, insbesondere Rillenkugellager, gelagert ist. Besagte Rillenkugellager sind hierbei insbesondere in herkömmlicher Anordnung, das heißt mit rotierenden Innenringen und stillstehenden Außenringen, ausgebildet und in ein Gehäuse der zweiten Antriebsmaschine eingepresst. Besagtes Gehäuse der zweiten Antriebsmaschine ist vorteilhafterweise innerhalb des Gehäuses des kompletten Achsantriebssystems untergebracht.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekenn- zeichnet, dass die vollständige Getriebeeinheit umfassend das Überlagerungsgetriebe, das Verteilergetriebe und das Umlaufgetriebe der Torque-Vectoring Einheit axial mittels Axiallager vorgespannt ist, die alle den gleichen Teilkreis aufweisen, wobei besagte Getriebeeinheit in axialer Richtung betrachtet zwischen der ersten und zweiten Antriebsmaschine eingespannt ist. Es ergibt sich somit eine kompakte Bauform für die komplette Achsantriebseinheit, bei der die Getriebekomponenten, eine vorteilhafterweise vorhandene schaltbare Kupplung und deren Aktuatorik zwischen der ersten und zweiten Antriebsmaschine angeordnet und dort eingespannt sind. Zur axialen Lagerung werden beispielsweise Nadellager verwendet. Dadurch, dass diese in vorteilhafter Ausgestaltung alle auf demselben Teilkreis angeordnet sind, können Kippmomente innerhalb des Achsantriebssystems sehr gut aufgenommen werden.
Im Folgenden wir die Erfindung anhand des in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Die Figur zeigt eine Ausführungsform eines Achsantriebssystems im Sinne der Erfindung mit einer schematischen Darstellung der Lagerstellen. Das Achsantriebssystem umfasst zunächst eine erste dynamoelektrische Antriebsmaschine 1 , die das Drehmoment zum Antrieb einer Kraftfahrzeugsachse aufbringt. Die erste Antriebsmaschine 1 umfasst einen außenliegenden Stator 2, der über einen Luftspalt von einem innenliegenden Rotor 3 beabstandet ist. Stator 2 und Rotor 3 sind in einem Maschinengehäuse untergebracht, von dem in der Figur stirnseitig an der Maschine anliegende Lagerschilde 4 zu erkennen sind. Der Rotor der ersten Antriebsmaschine 1 stützt sich radial gegenüber den Lagerschilden 4 mittels zweier Rillenkugellager 5 ab.
Die Lagerung ist hierbei derart, dass der Außenring der Rillenkugellager 5 zu- sammen mit dem Rotor 3 um eine Rotationsachse 6 rotiert, während der Innenring des Rillenkugellagers 5 jeweils fest steht. Der Rotor 3 umfasst ein Rotorblechpaket, welches auf eine als Hohlwelle ausgebildete erste Rotorwelle 7 aufgeschrumpft ist. Innerhalb dieser ersten Rotorwelle 7 sind eine erste und eine zweite Abtriebswelle 8, 9 geführt, deren gemeinsame Rotationsachse 6 mit der Rotationsachse der ersten Rotorwelle 7 zusammenfällt. Die erste, längere Abtriebsachse 8 stützt sich mittels eines Radialnadellagers 10 am linken Lagerschild 4 der ersten Antriebsmaschine 1 ab, während sich die zweite, kürzere Abtriebsachse 9 über ein weiteres Radialnadellager 1 1 am Gehäuse eines Getriebes des Achsantriebssystems radial abstützt. Ferner sind die beiden Abtriebsachsen 8, 9 durch ein Gleitlager 12 radial gegeneinander gelagert.
Demnach geschieht die Lagerung der Abtriebswellen 8, 9 lediglich an Gehäusekomponenten und untereinander. Eine Berührung der ersten Rotorwelle 7 oder der noch weiter zu erläuternden schnelldrehenden Getriebekomponenten durch die Abtriebswellen 8,9 findet an keiner Stelle statt, sodass auch eine Übertragung von Schwingungen, die in die Abtriebswellen 8, 9 eingeleitet werden, in die schnelldrehenden Komponenten des Achsantriebssystems unterbunden wird. Rechtsseitig der ersten dynamoelektrischen Antriebsmaschine 1 nachgeschaltet befinden sich ein erster und zweiten Planetensatz 13, 14 eines Überlagerungsgetriebes sowie eine Schaltaktuatorik 15, mit der zwischen zwei Gängen und einer Neutralstellung gewählt werden kann. Das Überlagerungsgetriebe dient der Untersetzung der von der ersten An- triebsmaschine 1 in eine Getriebeeingangswelle 16 eingebrachten Drehzahl. Das Drehmoment wird vom Rotor 3 auf das Getriebe über eine Steckverzahnung zwischen der Rotorwelle 7 und der Getriebeeingangswelle 16 übertragen, wobei die erste Rotorwelle 7 und die Getriebeeingangswelle 16 über die Steckverzahnung axial verschieblich gegeneinander gekoppelt ist. Die schnelldrehende Getriebeeingangswelle 16 ist in dem dem Getriebe zugewandten Lagerschild 4 radial über Kugellager 17 gelagert. Die dargestellte Art der Lagerung der ersten Rotorwelle 7 und der Getriebeeingangswelle 16 ermöglicht eine Entkopplung der Schwingungen zwischen der dynamoelektrischen ersten Maschine 1 und dem Getriebe.
Das Überlagerungsgetriebe bildet zusammen mit der Schaltaktuatorik 15 ein Zweiganggetriebe, wobei die jeweiligen Gänge durch axiale Verschiebung ei- ner Schiebemuffe 18 der Schaltaktuatorik 15 gewählt werden können. Der Kupplungskörper der Schiebemuffe 18 befindet sich in einem ersten Gang im Zahneingriff mit dem Planetenträger 19 des ersten Planetensatzes 13, während in einem zweiten Gang die Getriebeeingangswelle 16 direkt mit einem Sonnenrad 20 der zweiten Getriebestufe 14 verbunden ist. Der Kupplungskörper der Schiebemuffe 18 wird zum Einlegen der Gänge durch eine axial verschiebbare Zahnwellenverzahnung formschlüssig mit dem Sonnenrad 20 des zweiten Planetensatzes 14 verbunden. Die axiale Bewegung der Schiebemuffe 18 wird durch eine schwenkbare Wippe 21 betätigt. Die Gleitsteine der Schiebemuffe 18 greifen in eine umlaufende Nut am Außendurchmesser der Schiebemuffe 18.
Die Schwenkbewegung der Wippe 21 erfolgt durch einen Kugelgewindetrieb 22 mit einer Spindel, wobei die Spindel mittels einer Kronenverzahnung 23 durch einen zur Rotationsachse 16 senkrecht angeordneten weiteren Elektromotor 24 angetrieben wird. Die Spindel des Kugelgewindetriebs 22 ist über ein radiales Nadellager 25 und Kugellager 26 gelagert, während die Rotorwelle des weiteren Elektromotors 24 mithilfe von Rillenkugellagern 27 radial gelagert ist. Die Getriebeeingangswelle 16 wird zur radialen Führung des Planetenträgers 19 des ersten Planetensatzes 13 sowie zur radialen Führung des Sonnenrades 20 des zweiten Planetensatzes 14 eingesetzt. Die radialen Führungen erfolgen hierbei mithilfe vorgespannter Schrägkugellager 47,48. Das Hohlrad 28 des ersten Planetensatzes 13 ist über eine Keilverzahnung schwimmend zum Ge- triebegehause gelagert. Das Hohlrad 29 des zweiten Planetensatzes 14 ist im Getriebegehäuse genau radial geführt. Hingegen schwimmt sich der Planetenträger 30 des zweiten Planetensatzes 14 ein.
Dem Überlagerungsgetriebe mit dem ersten und zweiten Planetensatz 13, 14 und der Schaltaktuatorik 15 ist ein Verteilergetriebe 31 in Form eines Stirnrad- differenzials nachgeschaltet. Das Hohlrad 32 des Verteilergetriebes 31 ist mit dem Planetenträger 30 des zweiten Planetensatzes 14 drehfest verbunden. Der Planetenträger 33 des Stirnraddifferenzials stützt sich hingegen auf der ersten Abtriebswelle 8 ab. Die Abtriebssonne 34 des Stirnraddifferenzials stützt sich radial auf der zweiten Abtriebswelle 9 ab.
Das Achsantriebssystem umfasst ferner eine Torque-Vectoring Einheit mit einem Umlaufgetriebe 35, welches einen dritten und vierten Planetensatz 36, 37 umfasst, sowie einer zweiten Antriebsmaschine 38, deren zweite Rotorwelle 39 auf eine Stirnradstufe 40 abtreibt, die in Wirkverbindung mit einem drehbeweglichen Sonnenrad 41 des vierten Planetensatzes 37 steht. Das Sonnenrad 42 des dritten Planetensatzes ist hingegen drehfest mit dem Gehäuse der Achsantriebseinheit verbunden. Über ein Radialnadellager 43 stützt sich das Sonnenrad 41 des vierten Planetensatzes gegenüber dem stillstehenden Sonnenrad 42 des dritten Planetensatzes ab.
Das komplette Getriebe umfassend das Überlagerungsgetriebe mit dem ersten und zweiten Planetensatz 13, 14 und der Schaltaktuatorik 15, das Verteilergetriebe 31 und das Umlaufgetriebe 36 ist axial vorgespannt. Die axiale Abstüt- zung erfolgt dabei durch axiale Nadellager 44, 45. Die im Bereich des Umlaufgetriebes 35 angeordneten Axialnadellager 45 befinden sich alle auf dem gleichen Teilkreis, sodass Verkippungen vermieden werden. Ebenso befinden sich die zwischen dem Lagerschild 4 der ersten Antriebsmaschine 1 und dem Stirn- raddifferenzial angeordneten Axiallager 44 auf dem gleichen Teilkreis. Ferner ist auch denkbar und von der Erfindung umfasst, sämtliche Axialnadellager 44, 45 auf demselben Teilkreis anzuordnen. Die Lagerung der zweiten Rotorwelle 39 der zweiten Antriebsmaschine 38, die zur gezielten Verteilung des von der ersten Antriebsmaschine 1 erzeugten Drehmomentes auf die beiden Abtriebswellen 8, 9 vorgesehen ist, erfolgt mittels weiterer Rillenkugellager 46. Im Gegensatz zu den Rillenkugellagern 5 zur Lagerung der ersten Rotorwelle 7 der ersten Antriebsmaschine 1 sind die wei- teren Rillenkugellager 46 mit rotierendem Innenring und stehendem Außenring ins Getriebe- bzw. Torque-Vectoring-Motorgehäuse eingepresst. Die Rillenkugellager 46 sind aufgrund der geforderten Spielfreiheit, die sich aus den Genauigkeitsanforderungen des als Torque-Vectoring-Motorstellers fungierenden Antriebsmotors 38 ergibt, axial vorgespannt.
Bezugszeichenliste
1 erste dynamoelektrische Antriebsmaschine 2 Stator
3 Rotor
4 Lagerschild
5, 27, 46 Rillenkugellager
6 Rotationsachse
7 erste Rotorwelle
8 erste Abtriebswelle
9 zweite Abtriebswelle
10, 1 1 , 25, 43 Radialnadellager
12 Gleitlager
13 erster Planetensatz
14 zweiter Planetensatz
15 Schaltaktuatorik
16 Getriebeeingangswelle
17, 26 Kugellager
18 Schiebemuffe
19 Planetenträger des ersten Planetensatzes
20 Sonnenrad des zweiten Planetensatzes
21 Wippe
22 Kugelgewindetrieb
23 Kronenverzahnung
24 dritte Antriebsmaschine
28 Hohlrad des ersten Planetensatzes
29 Hohlrad des zweiten Planetensatzes
30 Planetenträger des zweiten Planetensatzes 31 Verteilergetriebe
32 Hohlrad des Verteilergetriebes
33 Planetenträger des Verteilergetriebes
34 Abtriebssonne des Verteilergetriebes 35 Umlaufgetriebes
36 dritter Planetensatz
37 vierter Planetensatz
38 zweite Antriebsmaschine
39 zweite Rotorwelle
40 Stirnradstufe
41 Sonnenrad des vierten Planetensatzes
42 Sonnenrad des dritten Planetensatzes 44, 45 Axialnadellager
47,48 Schrägkugellager

Claims

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Patentansprüche
Achsantriebssystenn für ein Kaftfahrzeug umfassend
■ eine erste dynamoelektrische Antriebsmaschine (1 ) mit einer ersten Rotorwelle (7), die radial an einem Gehäuse des Achsantriebssystems an zwei Lagerstellen gelagert ist,
■ ein Überlagerungsgetriebe und
■ ein Verteilergetriebe (31 ) mit einer ersten Verteilerwelle, die auf eine erste Abtriebswelle (8) abtreibt, und mit einer zweiten Verteilerwelle, die auf eine zweite Abtriebswelle (9) abtreibt,
wobei die Verteilerwellen, die Abtriebswellen (8,9) und die erste Rotorwelle (7) um eine gemeinsame, quer zur Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs orientierte Rotationsachse (6) rotierbar angeordnet sind, dadurch gekenneichnet, dass
o das Überlagerungsgetriebe eine Getriebeeingangswelle (16) aufweist, die drehfest mit der ersten Rotorwelle (7) verbunden ist,
■ die Getriebeeingangeswelle (16) radial an einem der ersten Rotorwelle (7) zugewandten Ende an zumindest einer weiteren Lagerstelle am Gehäuse gelagert ist,
■ die erste Rotorwelle (7) und die Getriebeeingangswelle (16) gegeneinander axial verschieblich gekoppelt sind und
■ die erste und zweite Abtriebswelle (8,9) jeweils über ein Radiallager (10) gegenüber dem Gehäuse und über ein weiteres Radiallager (12) gegeneinander gelagert sind.
Achsantriebssystem nach Anspruch 1 , wobei die erste Rotorwelle (7) mittels zweier Wälzlager (5) mit rotierendem Außenring und stillstehendem Innenring gelagert ist.
Achsantriebssystem nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei das Überlagerungsgetriebe innerhalb des Gehäuses von der ersten Antriebsmaschine (1 ) durch ein Lagerschild (4) getrennt ist, das Lager- r W—O 201 "4/008897 PCT/DE2013/200039
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schild (4) eine der Lagerstellen zur Lagerung der Rotorwelle (7) aufweist und die weitere Lagerstelle zur Lagerung der Getriebeingangswelle (16) am Lagerschild (4) an der dem Überlagerungsgetriebe zugewandten Seite angeordnet ist.
Achsantriebssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
■ das Überlagerungsgetriebe einen ersten und einen zweiten Planetensatz (13,14) umfasst,
■ der zweite Planetensatz (14) eine Ausgangswelle aufweist, die drehfest mit einer Eingangswelle des Verteilergetriebes gekoppelt ist,
■ das Achsantriebssystem eine Schaltaktuatorik (15) umfasst, mittels derer die Getriebeeingangswelle (16) wahlweise unmittelbar mit dem zweiten Planetensatz (14) oder mittelbar über den ersten Planetensatz (13) mit dem zweiten Planetensatz (14) wirkverbunden werden kann und
■ wobei ein Planetenträger (30) des ersten Planetensatzes (13) und ein Sonnenrad (20) des zweiten Planetensatzes (14) radial gegen die Getriebeeingangswelle (16) gelagert sind.
20 5. Achsantriebssystem nach Anspruch 4, mit einem ersten Schrägkugellla- ger (47) zur radialen Lagerung des Planetenträgers (30) und einem zweiten Schrägkugellager (48) zur radialen Lagerung des Sonnenrades (20), wobei die beiden Schrägkugellager (47,48) axial vorgespannt sind.
25 6. Achsantriebssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche
■ mit einer Torque-Vectoring Einheit zur gezielten Verteilung eines von der ersten Antriebsmaschine (1 ) eingebrachten Drehmomentes auf die Abtriebswellen (8,9),
■ wobei die Torque-Vectoring Einheit eine zweite Antriebsmaschine 30 (38) und ein Umlaufgetriebe mit einem dritten und vierten Planetensatz (36,37) aufweist,
■ wobei ein Sonnerad (42) des dritten Planetensatzes (36) mit dem Gehäuse fest verbunden ist und r W—O 201 "4/008897 PCT/DE2013/200039
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■ ein Sonnenrad (41 ) des vierten Planetensatzes (37) drehbar radial auf der stillstehenden Sonnenwelle des dritten Planetensatzes (36) gelagert ist.
Achsantriebssystem nach Anspruch 6, wobei
■ das Verteilergetriebe (31 ) als Planetendifferenzial ausgebildet ist,
■ ein Planetenträger (33) des Planetendifferenzials mit der ersten Abtriebswelle (8) und ein Sonnenrad (34) des Planetendifferenzials mit der zweiten Abtriebswelle (9) drehfest verbunden ist und wobei
■ die zweite Antriebsmaschine (38) über eine Stirnradstufe (40) mit dem Sonnenrad (41 ) des vierten Planentensatzes (37) im Wirkeingriff steht und ein Holhlrad des vierten Planentensatzes mit dem Planetenträger (33) des Planetendifferenzials drehfest verbunden ist.
Achsantriebssystem nach Anspruch 7, wobei die zweite Antriebsmaschine (38) eine zweite, parallel zu der Achse der ersten Rotorwelle (7) der ersten Antriebsmaschine (1 ) orientierte Rotorwelle (39) aufweist, wobei die zweite Rotorwelle (39) mittels zweier axial vorgespannter Wälzlager, insbesondere Rillenkugellager (46), gelagert ist.
Achsantriebssystem nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei die vollständige Getriebeeinheit umfassend das Überlagerungsgetriebe, das Verteilergetriebe (31 ) und das Umlaufgetriebe der Torque-Vectoring Einheit axial mittels Axiallager (44,45) vorgespannt ist, die alle den gleichen Teilkreis aufweisen, wobei besagte Getriebeeinheit in axialler Richtung betrachtet zwischen der ersten und zweiten Antriebsmaschine (1 ,38) eingespannt ist.
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