WO2022058085A1 - Verfahren zur montage eines rotors einer elektrischen maschine an einem getriebe und eine elektrische antriebseinheit für ein fahrzeug - Google Patents

Verfahren zur montage eines rotors einer elektrischen maschine an einem getriebe und eine elektrische antriebseinheit für ein fahrzeug Download PDF

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WO2022058085A1
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input pinion
rotor
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Stephan Gaertner
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Robert Bosch Gmbh
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    • F16D2300/12—Mounting or assembling

Definitions

  • the invention relates to a method for mounting a rotor of an electric machine on a transmission of an electric drive unit for a vehicle with features of claim 1 and an electric drive unit with features of the independent claim.
  • Electrical drive units usually include an electrical machine and a transmission with one or more gear stages.
  • the electric machine has a rotor with a rotor shaft, which engages in the transmission and represents the input shaft for the transmission.
  • An input pinion is arranged on the end of the rotor shaft that engages in the gearbox, which pinion meshes with a gear wheel of a gear stage and thus transmits a torque from the rotor shaft to the gearbox.
  • the rotor shaft is mounted using roller bearings and sealed off from the gearbox (housing) using sealing elements. To assemble the rotor shaft, it is inserted through the roller bearing and the sealing elements so that the end of the rotor shaft with the input pinion protrudes into the gearbox.
  • rotor shaft diameters In order to transmit the currently required torques (especially in drive units of low power classes), rather small rotor shaft diameters are required. However, these cannot be dimensioned arbitrarily small, since the rotor shaft diameter must always be larger than the outer diameter of the input pinion. This is due to the fact that the rotor shaft is usually covered by at least one sealing element and at least one roller bearing during the assembly or joining process must be passed or joined.
  • the outer diameter of the input pinion must be designed to be significantly smaller than the outer diameter of the rotor shaft, otherwise joining is not possible or the sealing elements or bearing seats may be damaged.
  • a rotor shaft designed in this way is shown, for example, in DE 102015203 068 A1.
  • the input pinion is joined as a separate element to the rotor shaft by means of a welding process.
  • Joining the input pinion to the rotor shaft by means of a welding process after the rotor shaft has been installed in the transmission is problematic because, for example, during capacitor discharge welding, the current flow could go through the bearings and damage could occur there.
  • the heat generated during a welding process could damage the bearings and/or the sealing elements, which are usually made of rubber and/or plastic.
  • the electric drive unit can, for example, be an electric drive axle (“E-axle”).
  • the rotor has a rotor shaft with a receiving section.
  • the receiving section serves to receive an input pinion.
  • the rotor shaft and the input pinion are present as separate elements before assembly.
  • the procedure includes the following steps: Providing at least one, in particular radial, sealing element (e.g. radial shaft sealing ring). Several sealing elements arranged spaced apart from one another along the rotor shaft are also conceivable.
  • Providing at least one roller bearing a plurality of roller bearings arranged spaced apart from one another along the rotor shaft are conceivable.
  • the electric drive unit has a housing in which the electric machine (electric motor) and the transmission are arranged (possibly in different housing sections).
  • the sealing element or the roller bearing can be provided, for example, by installing the sealing element and/or roller bearing in a passage of a housing wall.
  • the housing wall which has a passage in which the sealing element and the roller bearing can be arranged, can separate the two housing sections (electric motor and transmission) from one another.
  • the housing wall is part of the housing of the drive unit.
  • the rotor shaft Passing the rotor shaft through the sealing element and through the roller bearing. If there are several roller bearings and/or sealing elements, the rotor shaft is guided through the corresponding number of roller bearings and/or sealing elements.
  • the roller bearings and sealing elements can be arranged alternately along the rotor shaft (e.g. sealing element-roller bearing-sealing element). The rotor shaft is guided through the sealing element and through the roller bearing in such a way that the receiving section protrudes into the gear.
  • Joining the input pinion to the rotor shaft by means of a welding process can be implemented in particular by means of a resistance welding process, in particular by means of capacitor discharge welding.
  • This method makes it possible to dimension the input pinion in such a way that the input pinion has a significantly larger outer diameter than the outer diameter of the rotor shaft.
  • This allows an independent design of the minimum required outer diameter of the rotor shaft and an optimal design of the input pinion compared to a gear stage.
  • a minimally dimensioned rotor shaft (motor shaft of the electric motor) can be used. Irrespective of this, the size of the input pinion can be optimally designed.
  • the welding process can be carried out by means of resistance welding, in particular by means of capacitor discharge welding.
  • a first welding electrode makes contact with the input pinion. This means that the current during welding essentially flows through the input pinion.
  • the first welding electrode can contact the input pinion on a side facing away from the rotor shaft and/or the electric machine ("from the transmission side"), in particular in a ring-shaped manner.
  • the first welding electrode can be ring-shaped. It is also conceivable to design the first welding electrode or the contacting of the first welding electrode in a different shape, for example oval or (rectangular.
  • the diameter of the ring-shaped contact of the first welding electrode can be larger than the outer diameter of the rotor shaft at its transmission-side end.
  • the diameter of the welding electrode is smaller than the outer diameter of the input pinion.
  • the rotor shaft can have an end face at its transmission-side end, with a second welding electrode making contact with the end face.
  • the second welding electrode can make point contact with the end face (e.g. in the middle). It is also conceivable that the second welding electrode can be designed in a ring-shaped, oval or (rectangular) corner analogous to the first welding electrode.
  • the receiving section can be at least partially hollow. A second welding electrode can contact the rotor shaft within the hollow receiving section. Here, too, it is conceivable to make contact with the second welding electrode in a punctiform manner (e.g.
  • the second welding electrode can contact the rotor shaft in an area between the receiving section and the roller bearing, in particular in an annular manner. It is also conceivable in this development that the receiving section can be hollow.
  • the rotor shaft can have a radially protruding collar (or collar sections) adjoining the receiving section.
  • the second welding electrode can contact the rotor shaft at the collar or in a region between the collar and the roller bearing, in particular in an annular manner.
  • the contacting of the first and second welding electrodes is chosen in such a way that the current flow that occurs during the welding process between the two welding electrodes does not run through the roller bearing and/or the sealing element, or only to a negligible extent. This enables damage-free resistance welding, in particular capacitor discharge welding, of the rotor shaft to the input pinion when it is mounted on the gearbox.
  • an electric drive unit for a vehicle e.g. motor vehicle
  • the electrical machine has a rotor shaft and an input pinion.
  • the assembly is carried out using a method according to the above statements. With regard to the advantages that can be achieved in this way, reference is made to the relevant statements on the assembly method.
  • the electric drive unit is characterized by the fact that the outer diameter of the input pinion is larger than the outer diameter of the rotor shaft.
  • the rotor shaft and the input pinion are designed as separate elements that are joined together. Due to the outer diameter of the rotor shaft and the input pinion, the input pinion can only be joined to the rotor shaft after the rotor shaft has been mounted on the gearbox.
  • the electric drive unit can be designed, for example, as an electric drive axle (“E axle”).
  • E axle electric drive axle
  • the electric machine drives the transmission.
  • the rotor shaft of the electrical machine thus serves as the input shaft of the transmission.
  • an axial extent of the receiving section can be smaller than an axial extent of the input pinion.
  • the input pinion can represent the end of the rotor shaft.
  • the measures described in connection with the assembly method can serve to further refine the electric drive unit.
  • FIG. 1 shows a schematic sectional illustration of an electric drive unit
  • FIG. 2 shows a perspective representation of the rotor according to FIG. 1;
  • Figure 3 is a schematic sectional view of a contact of a
  • FIG. 4 is a schematic sectional view of a further contact of an input pinion and a rotor shaft during a welding process
  • FIG. 5 shows a schematic sectional representation of a further contacting of an input pinion and a rotor shaft during a welding process.
  • the drive unit bears the reference numeral 10 overall in FIG.
  • the drive unit 10 includes a rotor 12 of an electric machine (electric motor) and a gear 11.
  • the rotor 12 includes a rotor shaft 14 which engages in the gear 11 with an end 28 of the rotor shaft 14 on the gear side.
  • the rotor shaft 14 has a receiving section 16 which serves to receive an input pinion 18 .
  • the receiving section 16 is arranged on the transmission-side end 28 of the rotor shaft 14 .
  • the input pinion 18 is arranged on the receiving section 16 .
  • the input pinion 18 is non-rotatably joined to the rotor shaft 14 and meshes (only indicated in FIG. 1) with a gear wheel 13 of a gear stage.
  • the gear stage is indicated only schematically by the gear wheel 13 .
  • the gear 11 is driven by the rotor shaft 14 .
  • the rotor shaft 14 represents the input shaft of the transmission 11.
  • the transmission 11 and the electric machine are separated by a housing wall 15 (separate housing sections).
  • the housing wall 15 can be formed, for example, as part of the transmission housing.
  • the housing wall 15 has a passage 17 .
  • a sealing element 20 and a roller bearing 22 are arranged in the passage 17 .
  • the rotor shaft 14 is inserted or guided through the sealing element 20 and the roller bearing 22 .
  • the input pinion 18 is then mounted on the receiving section 16 .
  • the input pinion gear 18 is joined to the rotor shaft 14 by a capacitor discharge welding process, which is discussed in detail below.
  • the outside diameter of the input pinion 18 is indicated with a double arrow and the reference number 36 .
  • the outside diameter of the rotor shaft 14 is indicated with a double arrow and the reference number 38 .
  • the outer diameter 36 of the input pinion 18 is significantly larger than the outer diameter of the rotor shaft 14.
  • the outer diameter 36 of the input pinion 18 is not a limited size for the design of the outer diameter 38 of the rotor shaft 14.
  • an axial extension 40 of the receiving section 16 is smaller than an axial extension 42 of the input pinion 18.
  • the thickness of the input pinion 18 is greater than the length of the receiving section 16. The receiving section 16 therefore does not completely penetrate the input pinion 18.
  • FIG. 2 shows a perspective representation of the rotor 12 according to FIG.
  • the sealing element 20 and the roller bearing 22 are shown in the mounted or joined state of the rotor 12 .
  • FIG. 3 shows a schematic sectional representation of a contacting of the input pinion 18 and the rotor shaft 14 during a welding process.
  • a first welding electrode 24 is in contact with the input pinion 18 .
  • the first welding electrode 24 is ring-shaped and contacts the input pinion 18 on a side 26 facing away from the rotor shaft 14.
  • the rotor shaft 14 has an end face 30 on its transmission-side end 28 .
  • a second welding electrode 32 makes contact with the end face 30 in the middle.
  • the contacting of the two welding electrodes 24, 32 in FIGS. 3 to 5 is indicated by black triangles. Both welding electrodes 24, 32 are connected to capacitor plates 25, which serve as a current or voltage source for the welding process. During the welding process, a current flow occurs between the first welding electrode 24 and the second welding electrode 32, which is indicated in FIGS. 3 to 5 by means of broken lines and the reference number 27.
  • the contacting is selected in such a way that current flow 27 flows in a targeted manner through input pinion 18 and receiving section 16 and not through roller bearing 22 and/or sealing element 20. This prevents damage to sealing element 20 or roller bearing 22 by current flow 27 or The associated heat generation is avoided.
  • FIG. 4 shows a schematic sectional representation of a further contacting of the input pinion 18 and the rotor shaft 14 during a welding process.
  • the illustrated embodiment differs from the embodiment shown in Figure 3 in that the receiving portion 16 of the rotor shaft 14 is hollow.
  • the second welding electrode 32 makes annular contact with the rotor shaft 14 inside the hollow receiving section 16 .
  • the rotor shaft 14 has a collar 34 .
  • the collar 34 protrudes radially from the rotor shaft 14 and can have interruptions. In other words, the collar 14 can be designed to run completely radially around the rotor shaft 14 or consist of collar sections.
  • the collar 34 borders on the receiving section 16 of the rotor shaft 14 .
  • the collar 34 can facilitate the mounting of the input pinion 18 on the rotor shaft 14 or the receiving section 16 by serving as a stop for the input pinion 18, for example.
  • FIG. 5 shows a schematic sectional representation of a further contacting of the input pinion 18 and the rotor shaft 14 during a welding process.
  • the exemplary embodiment shown differs from the exemplary embodiment shown in FIG. 4 in that the second welding electrode 32 makes annular contact with the collar 34 .
  • the flow of current 27 is conducted through the collar 34 and the input pinion 18 .
  • the damage to the sealing element 22 or the roller bearing 22 by the current flow 27 or the heat development associated therewith is avoided analogously to the preceding exemplary embodiments.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Montage eines Rotors (12) einer elektrischen Maschine an einem Getriebe (11) einer elektrischen Antriebseinheit (10) und eine elektrische Antriebseinheit (10) für ein Fahrzeug, wobei der Rotor (12) eine Rotorwelle (14) mit einem Aufnahmeabschnitt (16) zur Aufnahme eines Eingangsritzels (18) aufweist, umfassend die Schritte: - Bereitstellen mindestens eines Dichtelements (20) und mindestens eines Wälzlagers (22); - Durchführen der Rotorwelle (14) durch das Dichtelement (20) und durch das Wälzlager (22), so dass der Aufnahmeabschnitt (16) in das Getriebe (11) ragt; - Montieren des Eingangsritzels (18) am Aufnahmeabschnitt (16) der Rotorwelle (14) und - Fügen des Eingangsritzels (18) mit der Rotorwelle (14) mittels eines Schweißvorgangs.

Description

Beschreibung
Titel
Verfahren zur Montage eines Rotors einer elektrischen Maschine an einem Getriebe und eine elektrische Antriebseinheit für ein Fahrzeug
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Montage eines Rotors einer elektrischen Maschine an einem Getriebe einer elektrischen Antriebseinheit für ein Fahrzeug mit Merkmalen des Anspruchs 1 sowie eine elektrische Antriebseinheit mit Merkmalen des nebengeordneten Anspruchs.
Elektrische Antriebseinheiten umfassen üblicherweise eine elektrische Maschine und ein Getriebe mit einer oder mehreren Getriebestufen. Die elektrische Maschine weist einen Rotor mit einer Rotorwelle auf, die in das Getriebe eingreift und die Eingangswelle für das Getriebe darstellt. Auf dem in das Getriebe eingreifenden Ende der Rotorwelle ist ein Eingangsritzel angeordnet, welches mit einem Zahnrad einer Getriebestufe kämmt und so ein Drehmoment von der Rotorwelle an das Getriebe überträgt. Die Rotorwelle wird mittels Wälzlager gelagert und mit Dichtelementen gegenüber dem Getriebe(gehäuse) abgedichtet. Zur Montage der Rotorwelle wird diese durch die Wälzlager und die Dichtelemente hindurchgesteckt, so dass das Ende der Rotorwelle mit dem Eingangsriztel in das Getriebe ragt.
Um die aktuell benötigten Drehmomente zu übertragen (insbesondere in Antriebseinheiten kleiner Leistungsklassen) sind eher kleine Rotorwellendurchmesser erforderlich. Diese können jedoch nicht beliebig klein dimensioniert werden, da der Rotorwellendurchmesser immer größer ausgelegt sein muss als der Außendurchmesser des Eingangsritzels. Das ist bedingt durch die Tatsache, dass die Rotorwelle bei dem Montage- bzw. Fügeprozess in der Regel durch mindestens ein Dichtungselement und mindestens ein Wälzlager hindurchgeführt bzw. gefügt werden muss. Dabei muss der Außendurchmesser des Eingangsritzels deutlich kleiner ausgelegt sein als der Außendurchmesser der Rotorwelle, da sonst ein Fügen nicht möglich ist oder es zu Beschädigungen der Dichtelemente bzw. der Lagersitze kommen kann.
Eine derartig ausgestaltete Rotorwelle ist beispielsweise in DE 102015203 068 A1 gezeigt.
Bei Rotorwellen, die mehrteilig aufgebaut sind, wird das Eingangsritzel als separates Element mit der Rotorwelle mittels eines Schweißvorgangs gefügt. Ein Fügen des Eingangsritzels mit der Rotorwelle mittels eines Schweißvorgangs nach dem Montieren der Rotorwelle in das Getriebe ist problematisch, da beispielsweise beim Kondensatorentladungsschweißen der Stromfluss durch die Lager gehen könnte und es dort zu Beschädigungen kommen könnte. Zudem könnte die Wärmeentwicklung während eines Schweißverfahrens die Lager und/oder die meist aus Gummi und/oder Kunststoff bestehenden Dichtelemente beschädigen.
Offenbarung der Erfindung
Das der Erfindung zugrunde liegende Problem wird durch ein Verfahren zur Montage eines Rotors einer elektrischen Maschine an einem Getriebe einer elektrischen Antriebseinheit für ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie einer elektrischen Antriebseinheit mit den Merkmalen des nebengeordneten Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen genannt.
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Montage eines Rotors einer elektrischen Maschine an einem Getriebe einer elektrischen Antriebseinheit für ein Fahrzeug vorgeschlagen. Die elektrische Antriebseinheit kann bspw. eine elektrische Antriebsachse ("E-Achse") sein. Dabei weist der Rotor eine Rotorwelle mit einem Aufnahmeabschnitt auf. Der Aufnahmeabschnitt dient zur Aufnahme eines Eingangsritzels. Die Rotorwelle und das Eingangsritzel liegen vor der Montage als separate Elemente vor. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte: Bereitstellen mindestens eines, insbesondere radialen, Dichtelements (z. B. Radialwellendichtring). Es sind auch mehrere zueinander entlang der Rotorwelle beabstandet angeordnete Dichtelemente denkbar. Bereitstellen mindestens eines Wälzlagers. Auch hier sind mehrere zueinander entlang der Rotorwelle beabstandet angeordnete Wälzlager denkbar.
Die elektrische Antriebseinheit weist ein Gehäuse auf, in dem die elektrische Maschine (Elektromotor) und das Getriebe angeordnet sind (ggf. in verschiedenen Gehäuseabschnitten). Die Bereitstellung des Dichtelements bzw. des Wälzlagers kann bspw. durch einen Einbau von Dichtelement und/oder Wälzlager in einem Durchgang einer Gehäusewandung realisiert werden. Die Gehäusewandung, die einen Durchgang aufweist, in dem das Dichtelement und das Wälzlager angeordnet sein können, kann die beiden Gehäuseabschnitte (Elektromotor und Getriebe) voneinander abtrennen. Die Gehäusewandung stellt einen Teil des Gehäuses der Antriebseinheit dar.
Durchführen der Rotorwelle durch das Dichtelement und durch das Wälzlager. Bei mehreren Wälzlagern und/oder Dichtelementen wird die Rotorwelle durch die entsprechende Anzahl der Wälzlager und/oder Dichtelementen durchgeführt. Dabei können die Wälzlager und Dichtelemente abwechselnd entlang der der Rotorwelle angeordnet sein (z. B. Dichtelement-Wälzlager-Dichtelement). Die Rotorwelle wird derart durch das Dichtelement und durch das Wälzlager durchgeführt, dass der Aufnahmeabschnitt in das Getriebe ragt.
Montieren des Eingangsritzels am Aufnahmeabschnitt der Rotorwelle.
Fügen des Eingangsritzels mit der Rotorwelle mittels eines Schweißvorgangs. Dies kann insbesondere mittels eines Widerstandschweißvorgangs, insbesondere mittels Kondensatorentladungsschweißen, realisiert werden.
Dabei können die oben dargestellten Verfahrensschritte zeitlich nacheinander, wie oben dargestellt, durchgeführt werden.
Durch dieses Verfahren ist es möglich, das Eingangsritzel derart zu dimensionieren, dass das Eingangsritzel einen deutlich größeren Außendurchmesser gegenüber dem Außendurchmesser der Rotorwelle aufweist. Dies erlaubt eine unabhängige Auslegung minimal benötigter Außendurchmesser der Rotorwelle und eine optimale Auslegung des Eingangsritzels gegenüber einer Getriebestufe. Mit anderen Worten kann eine minimal dimensionierte Rotorwelle (Motorwelle des Elektromotors) verwendet werden. Davon unabhängig kann das Eingangsritzel in seiner Größe optimal ausgelegt werden.
Durch die minimale Auslegung der Rotorwelle und optimale Auslegung des Eingangsritzels lassen sich die benötigten Massen der beiden Bauteile reduzieren.
Gemäß einer Weiterbildung kann der Schweißvorgang mittels Widerstandsschweißen, insbesondere mittels Kondensatorentladungsschweißen, durchgeführt werden. Dabei kontaktiert eine erste Schweißelektrode das Eingangsritzel. Damit fließt der Strom beim Schweißen im Wesentlichen durch das Eingangsritzel.
Gemäß einer Weiterbildung kann die erste Schweißelektrode das Eingangsritzel an einer von der Rotorwelle und/oder der elektrischen Maschine abgewandten Seite ("von der Getriebeseite her"), insbesondere ringförmig, kontaktieren. Hierzu kann die erste Schweißelektrode ringförmig ausgebildet sein. Es ist ebenso denkbar, die erste Schweißelektrode bzw. die Kontaktierung der ersten Schweißelektrode andersförmig auszugestalten, beispielsweise oval oder (rechteckig.
Gemäß einer Weiterbildung kann der Durchmesser der ringförmigen Kontaktierung der ersten Schweißelektrode größer sein ist als der Außendurchmesser der Rotorwelle an ihrem getriebeseitigen Ende. Der Durchmesser der Schweißelektrode ist inbesondere kleiner als der Außendurchmesser des Eingangsritzels.
Gemäß einer Weiterbildung kann die Rotorwelle an ihrem getriebeseitigen Ende eine Stirnfläche aufweisen, wobei eine zweite Schweißelektrode die Stirnfläche kontaktiert. Die zweite Schweißelektrode kann die Stirnfläche punktförmig (z. B. mittig) kontaktieren. Es ist ebenfalls denkbar, dass die zweite Schweißelektrode analog zur ersten Schweißelektrode ringförmig, oval oder (recht)eckig ausgestaltet sein kann. Gemäß einer Weiterbildung kann der Aufnahmeabschnitt zumindest teilweise hohl ausgebildet sein. Dabei kann eine zweite Schweißelektrode die Rotorwelle innerhalb des hohl ausgebildeten Aufnahmeabschnitts kontaktieren. Auch hierbei ist es denkbar, die Kontaktierung der zweiten Schweißelektrode punktförmig (z.
B. mittig), ringförmig stirnseitig oder an den radialen Flächen (bspw. innere Umfangsfläche) des hohl ausgebildeten Aufnahmeabschnitts auszugestalten.
Gemäß einer Weiterbildung kann die zweite Schweißelektrode die Rotorwelle in einem Bereich zwischen dem Aufnahmeabschnitt und dem Wälzlager, insbesondere ringförmig, kontaktieren. Auch bei dieser Weiterbildung ist es denkbar, dass der Aufnahmeabschnitt hohl ausgebildet sein kann.
Gemäß einer Weiterbildung kann die Rotorwelle einen an den Aufnahmeabschnitt angrenzenden radial abragenden Bund (oder Bundabschnitte) aufweisen. Dabei kann die zweite Schweißelektrode die Rotorwelle an dem Bund oder in einem Bereich zwischen dem Bund und dem Wälzlager, insbesondere ringförmig, kontaktieren.
In allen Ausführungen ist die Kontaktierung der ersten und der zweiten Schweißelektrode insbesondere derart gewählt, dass der Stromfluss, der beim Schweißvorgang zwischen den beiden Schweißelektroden entsteht, nicht oder nur in vernachlässigbarer Weise durch das Wälzlager und/oder das Dichtelement läuft. Dadurch ist ein beschädigungsfreies Widerstandsschweißen, insbesondere Kondensatorentladungsschweißen, der Rotorwelle mit dem Eingangsritzel im an das Getriebe montierten Zustand möglich.
Erfindungsgemäß wird eine elektrische Antriebseinheit für ein Fahrzeug (bspw. Kraftfahrzeug), mit einer elektrischen Maschine und einem Getriebe vorgeschlagen. Dabei weist die elektrische Maschine eine Rotorwelle und ein Eingangsritzel auf. Zudem wird die Montage mittels eines Verfahrens gemäß obiger Ausführungen durchgeführt. Hinsichtlich der damit erzielbaren Vorteile wird auf die diesbezüglichen Ausführungen zum Montageverfahren verwiesen. Die elektrische Antriebseinheit kennzeichnet sich dadurch aus, dass der Außendurchmesser des Eingangsritzels größer ist als der Außendurchmesser der Rotorwelle.
Die Rotorwelle und das Eingangsritzel sind als separate Elemente ausgebildet, die miteinander gefügt werden. Bedingt durch die Außendurchmesser der Rotorwelle und des Eingangsritzels ist ein Fügen des Eingangsritzels mit der Rotorwelle nur nach dem Montieren der Rotorwelle an dem Getriebe möglich.
Die elektrische Antriebseinheit kann bspw. als elektrische Antriebsachse ("E- Achse") ausgebildet sein. Die elektrische Maschine treibt das Getriebe an. Die Rotorwelle der elektrischen Maschine dient somit als Eingangswelle des Getriebes.
Gemäß einer Weiterbildung kann eine axiale Erstreckung des Aufnahmeabschnitts kleiner sein als eine axiale Erstreckung des Eingangsritzels. Mit anderen Worten kann das Eingangsritzel das Ende der Rotorwelle darstellen. Hierdurch kann eine Material- und dadurch Gewichteinsparung bewirkt werden.
Zur weiteren Ausgestaltung der elektrischen Antriebseinheit können die im Zusammenhang mit dem Montageverfahren beschriebenen Maßnahmen dienen.
Nachfolgend werden Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Schnittdarstellung einer elektrischen Antriebseinheit;
Figur 2 eine perspektivische Darstellung des Rotors gemäß Figur 1 ;
Figur 3 eine schematische Schnittdarstellung einer Kontaktierung eines
Eingangsritzels und einer Rotorwelle bei einem Schweißvorgang;
Figur 4 eine schematische Schnittdarstellung einer weiteren Kontaktierung eines Eingangsritzels und einer Rotorwelle bei einem Schweißvorgang und Figur 5 eine schematische Schnittdarstellung einer weiteren Kontaktierung eines Eingangsritzels und einer Rotorwelle bei einem Schweißvorgang.
Die Antriebseinheit trägt in Figur 1 insgesamt das Bezugszeichen 10. Die Antriebseinheit 10 kann bspw. als E-Achse ausgebildet sein oder Bestandteil einer E-Achse bilden.
Die Antriebseinheit 10 umfasst einen Rotor 12 einer elektrischen Maschine (Elektromotor) und ein Getriebe 11. Der Rotor 12 umfasst eine Rotorwelle 14, die in das Getriebe 11 mit einem getriebeseitigen Ende 28 der Rotorwelle 14 eingreift. Die Rotorwelle 14 weist einen Aufnahmeabschnitt 16 auf, der zur Aufnahme eines Eingangsritzels 18 dient. Vorliegend ist der Aufnahmeabschnitt 16 auf dem getriebeseitigen Ende 28 der Rotorwelle 14 angeordnet. Vorliegend ist das Eingangsritzel 18 auf dem Aufnahmeabschnitt 16 angeordnet.
Das Eingangsritzel 18 ist drehfest mit der Rotorwelle 14 gefügt und kämmt (in Figur 1 nur angedeutet) mit einem Zahnrad 13 einer Getriebestufe. Die Getriebestufe ist lediglich schematisch durch das Zahnrad 13 angedeutet. Somit wird das Getriebe 11 durch die Rotorwelle 14 angetrieben. Die Rotorwelle 14 stellt die Eingangswelle des Getriebes 11 dar.
Vorliegend wird das Getriebe 11 und die elektrische Maschine durch eine Gehäusewandung 15 getrennt (separate Gehäuseabschnitte). Die Gehäusewandung 15 kann beispielsweise als Teil des Getriebegehäuses ausgebildet sein. Die Gehäusewandung 15 weist einen Durchgang 17 auf. In dem Durchgang 17 sind ein Dichtelement 20 und ein Wälzlager 22 angeordnet.
Zur Montage des Rotors 12 an das Getriebe 11 wird die Rotorwelle 14 durch das Dichtelement 20 und das Wälzlager 22 hindurch gesteckt bzw. geführt.
Anschließend wird das Eingangsritzel 18 auf den Aufnahmeabschnitt 16 montiert. Das Eingangsritzel 18 wird mit der Rotorwelle 14 mittels eines Kondensatorentladungsschweißvorgangs gefügt, auf den weiter unten im Detail eingegangen wird. Der Außendurchmesser des Eingangsritzels 18 ist mit einem Doppelpfeil und dem Bezugszeichen 36 angedeutet. Der Außendurchmesser der Rotorwelle 14 ist mit einem Doppelpfeil und dem Bezugszeichen 38 angedeutet. Wie aus der Figur 1 (und den Figuren 3 bis 5) deutlich zu erkennen ist, ist der Außendurchmesser 36 des Eingangsritzels 18 deutlich größer als der Außenmesser der Rotorwelle 14.
Dadurch, dass das Eingangsritzel 18 erst nach dem Montieren der Rotorwelle 14 an das Getriebe 11 mit der Rotorwelle 14 gefügt wird, ist der Außendurchmesser 36 des Eingangsritzels 18 keine limitierte Größe für die Auslegung des Außendurchmessers 38 der Rotorwelle 14.
Vorliegend ist eine axiale Erstreckung 40 des Aufnahmeabschnitts 16 kleiner als eine axiale Erstreckung 42 des Eingangsritzels 18. Mit anderen Worten, die Dicke des Eingangsritzel 18 ist größer als die Länge des Aufnahmeabschnitts 16. Damit durchdringt der Aufnahmeabschnitt 16 nicht vollständig das Eingangsritzel 18.
Figur 2 zeigt eine perspektivische Darstellung des Rotors 12 gemäß Figur 1. Es ist die Rotorwelle 14 mit dem Eingangsritzel 18 auf dem getriebeseitigen Ende 28 bzw. dem Aufnahmeabschnitt 16 der Rotorwelle 14 abgebildet. Zusätzlich ist das Dichtelement 20 und das Wälzlager 22 in dem montierten bzw. gefügten Zustand des Rotors 12 dargestellt.
Figur 3 zeigt eine schematische Schnittdarstellung einer Kontaktierung des Eingangsritzels 18 und der Rotorwelle 14 bei einem Schweißvorgang. Dabei ist eine erste Schweißelektrode 24 mit dem Eingangsritzel 18 kontaktiert. Vorliegend ist die erste Schweißelektrode 24 ringförmig ausgebildet und kontaktiert das Eingangsritzel 18 an einer von der Rotorwelle 14 abgewandten Seite 26.
Die Rotorwelle 14 weist vorliegend an ihrem getriebeseitigen Ende 28 eine Stirnfläche 30 auf. Eine zweite Schweißelektrode 32 kontaktiert die Stirnfläche 30 mittig.
Die Kontaktierung der beiden Schweißelektroden 24,32 in den Figuren 3 bis 5 ist mit schwarzen Dreiecken angedeutet. Beide Schweißelektroden 24,32 sind mit Kondensatorplatten 25 verbunden, die als Strom- bzw. Spannungsquelle für den Schweißvorgang dienen. Während des Schweißvorgangs entsteht zwischen der ersten Schweißelektrode 24 und der zweiten Schweißelektrode 32 ein Stromfluss, der in den Figuren 3 bis 5 mittels gestrichelter Linien und dem Bezugszeichen 27 angedeutet ist.
Die Kontaktierung ist derart gewählt, dass der Stromfluss 27 gezielt durch das Eingangsritzel 18 und den Aufnahmeabschnitt 16 fließt und nicht durch das Wälzlager 22 und/oder das Dichtelement 20. Damit wird eine Beschädigung des Dichtelements 20 bzw. des Wälzlagers 22 durch den Stromfluss 27 bzw. die damit verbundene Hitzeentwicklung vermieden.
Figur 4 zeigt eine schematische Schnittdarstellung einer weiteren Kontaktierung des Eingangsritzels 18 und der Rotorwelle 14 bei einem Schweißvorgang. Das dargestellte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem in Figur 3 gezeigten Ausführungsbeispiel dadurch, dass der Aufnahmeabschnitt 16 der Rotorwelle 14 hohl ausgebildet ist. Die zweite Schweißelektrode 32 kontaktiert die Rotorwelle 14 innerhalb des hohl ausgebildeten Aufnahmeabschnitts 16 ringförmig. Zudem weist die Rotorwelle 14 einen Bund 34 auf. Der Bund 34 ragt radial von der Rotorwelle 14 ab und kann Unterbrechungen aufweisen. Mit anderen Worten kann der Bund 14 vollständig radial um die Rotorwelle 14 umlaufend ausgebildet sein oder aus Bundabschnitten bestehen.
Der Bund 34 grenzt an den Aufnahmeabschnitt 16 der Rotorwelle 14 an. Der Bund 34 kann das Montieren des Eingangsritzel 18 auf die Rotorwelle 14 bzw. den Aufnahmeabschnitt 16 erleichtern, indem er beispielsweise als Anschlag für das Eingangsritzel 18 dient.
Durch die dargestellte Kontaktierung der beiden Schweißelektroden 24,32 wird der Stromfluss 27 durch das Eingangsritzel 18, den Bund 34 und zumindest teilweise durch den Aufnahmeabschnitt 16 geleitet. Auch hier wird analog zum Ausführungsbeispiel aus Figur 3 eine Beschädigung des Dichtelements 20 und/oder des Wälzlagers 22 durch den Stromfluss 27 bzw. die damit verbundene Hitzeentwicklung vermieden. Figur 5 zeigt eine schematische Schnittdarstellung einer weiteren Kontaktierung des Eingangsritzels 18 und der Rotorwelle 14 bei einem Schweißvorgang. Das dargestellte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem in Figur 4 gezeigten Ausführungsbeispiel dadurch, dass die zweite Schweißelektrode 32 den Bund 34 ringförmig kontaktiert. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird der Stromfluss 27 durch den Bund 34 und das Eingangsritzel 18 geleitet. Auch hier wird analog zu den voranstehenden Ausführungsbeispielen die Beschädigung des Dichtelements 22 bzw. des Wälzlagers 22 durch den Stromfluss 27 bzw. die damit verbundene Hitzeentwicklung vermieden.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zur Montage eines Rotors (12) einer elektrischen Maschine an einem Getriebe (11) einer elektrischen Antriebseinheit (10) für ein Fahrzeug, wobei der Rotor (12) eine Rotorwelle (14) mit einem Aufnahmeabschnitt (16) zur Aufnahme eines Eingangsritzels (18) aufweist, umfassend die Schritte:
Bereitstellen mindestens eines Dichtelements (20) und mindestens eines Wälzlagers (22);
Durchführen der Rotorwelle (14) durch das Dichtelement (20) und durch das Wälzlager (22), so dass der Aufnahmeabschnitt (16) in das Getriebe (11) ragt;
Montieren des Eingangsritzels (18) am Aufnahmeabschnitt (16) der Rotorwelle (14) und
Fügen des Eingangsritzels (18) mit der Rotorwelle (14) mittels eines Schweißvorgangs.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schweißvorgang mittels Widerstandsschweißen, insbesondere mittels Kondensatorentladungsschweißen, durchgeführt wird, wobei eine erste Schweißelektrode (24) das Eingangsritzel (18) kontaktiert.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schweißelektrode (24) das Eingangsritzel (18) an einer von der Rotorwelle (14) und/oder von der elektrischen Maschine abgewandten Seite (26), insbesondere ringförmig, kontaktiert.
4. Verfahren nach dem voranstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser der ringförmigen Kontaktierung der ersten Schweißelektrode (24) größer ist als der Außendurchmesser der Rotorwelle (14) an ihrem getriebeseitigen Ende (28). Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorwelle (14) an ihrem getriebeseitigen Ende (28) eine Stirnfläche (30) aufweist, wobei eine zweite Schweißelektrode (32) die Stirnfläche (30) kontaktiert. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufnahmeabschnitt (16) zumindest teilweise hohl ausgebildet ist, wobei eine zweite Schweißelektrode (32) die Rotorwelle (14) innerhalb des hohl ausgebildeten Aufnahmeabschnitts (16) kontaktiert. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Schweißelektrode (32) die Rotorwelle (14) in einem Bereich zwischen dem Aufnahmeabschnitt (16) und dem Wälzlager (22), insbesondere ringförmig, kontaktiert. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorwelle (14) einen an den Aufnahmeabschnitt (16) angrenzenden radial abragenden Bund (34) aufweist, wobei eine zweite Schweißelektrode (32) die Rotorwelle (14) an dem Bund (34) oder in einem Bereich zwischen dem Bund (34) und dem Wälzlager (22), insbesondere ringförmig, kontaktiert. Elektrische Antriebseinheit (10) für ein Fahrzeug, mit einer elektrischen Maschine und einem Getriebe (11), wobei die elektrische Maschine eine Rotorwelle (14) und ein Eingangsritzel (18) aufweist, wobei die Montage mittels eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8 durchgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Außendurchmesser (36) des Eingangsritzels (18) größer ist als der Außendurchmesser (38) der Rotorwelle (14). Elektrische Antriebseinheit (10) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine axiale Erstreckung (40) des Aufnahmeabschnitts (16) kleiner ist als eine axiale Erstreckung (42) des Eingangsritzels (18).
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