WO2024037683A1 - Wälzlageranordnung und elektrisch betreibbarer antriebsstrang eines kraftfahrzeugs - Google Patents

Wälzlageranordnung und elektrisch betreibbarer antriebsstrang eines kraftfahrzeugs Download PDF

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WO2024037683A1
WO2024037683A1 PCT/DE2023/100503 DE2023100503W WO2024037683A1 WO 2024037683 A1 WO2024037683 A1 WO 2024037683A1 DE 2023100503 W DE2023100503 W DE 2023100503W WO 2024037683 A1 WO2024037683 A1 WO 2024037683A1
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WO
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inner ring
outer ring
roller bearing
tapered roller
rolling
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Application number
PCT/DE2023/100503
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English (en)
French (fr)
Inventor
Franz Voelkel
Michael Neumann
Thomas Stahl
Original Assignee
Schaeffler Technologies AG & Co. KG
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C19/00—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement
    • F16C19/22—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing rollers essentially of the same size in one or more circular rows, e.g. needle bearings
    • F16C19/34—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing rollers essentially of the same size in one or more circular rows, e.g. needle bearings for both radial and axial load
    • F16C19/36—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing rollers essentially of the same size in one or more circular rows, e.g. needle bearings for both radial and axial load with a single row of rollers
    • F16C19/364—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing rollers essentially of the same size in one or more circular rows, e.g. needle bearings for both radial and axial load with a single row of rollers with tapered rollers, i.e. rollers having essentially the shape of a truncated cone
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C19/00—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement
    • F16C19/54—Systems consisting of a plurality of bearings with rolling friction
    • F16C19/541—Systems consisting of juxtaposed rolling bearings including at least one angular contact bearing
    • F16C19/542—Systems consisting of juxtaposed rolling bearings including at least one angular contact bearing with two rolling bearings with angular contact
    • F16C19/543—Systems consisting of juxtaposed rolling bearings including at least one angular contact bearing with two rolling bearings with angular contact in O-arrangement
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C35/00—Rigid support of bearing units; Housings, e.g. caps, covers
    • F16C35/04—Rigid support of bearing units; Housings, e.g. caps, covers in the case of ball or roller bearings
    • F16C35/06—Mounting or dismounting of ball or roller bearings; Fixing them onto shaft or in housing
    • F16C35/067—Fixing them in a housing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2326/00—Articles relating to transporting
    • F16C2326/01—Parts of vehicles in general
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C25/00—Bearings for exclusively rotary movement adjustable for wear or play
    • F16C25/06—Ball or roller bearings

Definitions

  • the present invention relates to a rolling bearing arrangement for an electrically operable drive train of a motor vehicle, comprising a shaft rotatably supported by a first tapered roller bearing and a second tapered roller bearing, the first tapered roller bearing having a first inner ring connected in a rotationally fixed manner to the shaft and a first outer ring, between which in a First roller rolling bodies employed at the first pressure angle are accommodated, which roll on an inner ring raceway of the first inner ring and an outer ring raceway of the first outer ring, and the second angular roller bearing has a second inner ring connected in a rotationally fixed manner to the shaft and a second outer ring, between which second roller rolling bodies employed at a second pressure angle are accommodated, which roll on a second inner ring raceway of the second inner ring and a second outer ring raceway of the second outer ring, the first tapered roller bearing and the second tapered roller bearing being axially spaced from one another.
  • the invention further relates to an electrically operable drive train
  • Electric motors are increasingly being used to drive motor vehicles in order to create alternatives to combustion engines that require fossil fuels.
  • Significant efforts have already been made to improve the suitability of electric drives for everyday use and to offer users the usual driving comfort.
  • Axial flow machines are increasingly being used as drive units in such automotive applications.
  • An axial flux machine refers to a dynamoelectric machine in which the magnetic flux between the rotor and stator runs parallel to the axis of rotation of the rotor. Both the stator and the rotor are often largely disk-shaped. Axial flow machines are particularly advantageous when the axially available installation space is limited in a given application. This is often the case, for example, in the electric drive systems for electric or hybrid vehicles described above. In addition to the shortened axial length, another advantage of the axial flux machine is its comparatively high torque density. The reason for this is the larger air gap area available in a given installation space compared to radial flow machines. Furthermore, a smaller iron volume is required compared to conventional machines, which has a positive effect on the efficiency of the machine.
  • an axial flux machine comprises at least one stator, which has windings for generating the axially aligned magnetic field.
  • At least one rotor is equipped with permanent magnets, for example, whose magnetic field interacts with the magnetic field of the stator windings to generate a drive torque via an air gap.
  • the noise generated by the drive plays an increasingly important role.
  • Rolling bearing arrangements are usually used to support the rotors in such electrical machines.
  • floating bearings are usually pressed onto the rotor shaft so that they have a tight fit on the inner ring of the rolling bearing.
  • the bearing outer ring is generally designed to be displaceable during operation to compensate for heat-induced linear expansion of the rotor shaft.
  • the bearing outer ring is regularly preloaded. The pre-stressed bearing can cause unwanted acoustic abnormalities
  • Corresponding rolling bearings can be avoided by creating a clearance of the bearing components moving against each other.
  • Standard rolling bearings in a fixed/floating bearing arrangement are usually used for such electrical machines and/or gears.
  • these bearings are usually deep groove ball bearings or 3 or 4 point bearings.
  • these bearings are very efficient in terms of friction losses, they also have significantly lower load ratings than roller bearings for physical reasons (point contact). In order to be able to transfer the required loads, these rolling bearings must be made larger. This leads to the electrical machines and/or gearboxes becoming larger and heavier and the friction torque also increasing significantly again.
  • rolling bearings with higher load ratings can also be used.
  • These are usually tapered roller bearings in an employed arrangement. Due to the line contact, these bearings can carry significantly higher loads and can be made smaller and lighter. This has a positive effect on the engine weight and/or the gearbox weight and the required installation space.
  • tapered roller bearings are used in pairs with a relatively high preload. This means that the power losses (due to the higher friction) are higher than with the fixed/floating bearing arrangement.
  • tapered roller bearings which essentially consist of an inner bearing ring with an inner raceway arranged on its outer surface at an angle to the bearing rotation axis and this raceway at its smallest diameter delimiting board, from an outer bearing ring with an outer raceway, which is also arranged obliquely to the bearing rotation axis on its inner surface, and a board delimiting this raceway at its largest diameter, as well as from a large number of roller rolling bodies arranged between the bearing rings and rolling on their raceways, which pass through in the circumferential direction be kept at equal distances from one another in a bearing cage.
  • the outer lateral surface of the inner bearing ring and the inner lateral surface of the outer bearing ring are designed to be coaxially cylindrical outside the raceways according to DE 102016 214 353 A1 or to run obliquely in opposite directions to the bearing rotation axis according to DE 102016 214 355 A1 and the raceways of both bearing rings are each conical in these lateral surfaces incorporated, so that the resulting rims that delimit the raceways on one side are each formed in one piece with the bearing rings.
  • the object of the invention is to avoid or at least reduce the disadvantages known from the prior art and to provide a rolling bearing arrangement for an electrically operated drive train of a motor vehicle, which allows low friction, a high load capacity and acoustically inconspicuous operation. It is also the object of the invention to realize an electrically operable drive train of a motor vehicle which has particularly low friction losses and a compact design.
  • a rolling bearing arrangement for an electrically operable drive train of a motor vehicle comprising a first Angular roller bearing and a second angular roller bearing rotatably mounted shaft, the first angular roller bearing having a first inner ring which is rotatably connected to the shaft and a first outer ring, between which first roller rolling bodies positioned at a first pressure angle are received, which are located on an inner ring raceway of the first inner ring and an outer ring raceway of the first outer ring, and the second tapered roller bearing has a second inner ring which is rotatably connected to the shaft and a second outer ring, between which second roller rolling bodies are accommodated at a second pressure angle, which roll on a second inner ring raceway of the second inner ring and a second outer ring raceway of the second outer ring , wherein the first tapered roller bearing and the second tapered roller bearing are axially spaced apart from one another, the first inner ring of the first tapered roller bearing and the second inner ring
  • the rolling bearing arrangement has a high load capacity and service life compared to ball bearing solutions and low friction compared to tapered roller bearing solutions.
  • a basic idea of the invention is to operate the tapered roller bearings with little or no preload. This means that a significantly lower preload force acts on the bearings and the friction torque drops significantly. At the same time, these tapered roller bearings can continue to transmit high loads due to the line contact.
  • the additional inner ring rims on the inner rings of the tapered roller bearings ensure that the internal axial play of the tapered roller bearings is limited and this prevents a significant loss of service life of the tapered roller bearings.
  • the advantages of this storage such as load capacity and friction are retained.
  • a possible area of application of the rolling bearing arrangement according to the invention can be found in electrically operated drive trains of motor vehicles, for example in electric machines or in dedicated hybrid transmissions, since the installation situation in the respective housings allows a floating or slightly preloaded arrangement of the angular roller bearings without exerting additional constraining forces on the bearing .
  • the rolling bearing arrangement comprises two axially spaced angular roller bearings.
  • each of the tapered roller bearings has an inner ring, an outer ring and roller rolling bodies arranged to roll between these rings.
  • rolling friction generally occurs within the tapered roller bearing. Since the rolling elements in the inner and outer rings can roll preferably on hardened steel surfaces with optimized lubrication, the rolling friction of such bearings is relatively low.
  • the inner ring can in particular connect the shaft receiving the tapered roller bearing with the tapered roller bearing or the roller rolling elements.
  • the shaft can be connected to the side of the lateral surface of the inner ring facing the shaft, with the rolling elements of the tapered roller bearing rolling on the inner ring raceway opposite this lateral surface.
  • the inner ring can be formed from a metallic and/or ceramic material. In principle, it is conceivable to design the inner ring in one piece or in several parts, in particular in two parts.
  • the inner ring can have an inner ring recess.
  • a cover disk, sealing disk and/or seal can be arranged in an inner ring recess, in particular in a non-positive and/or positive manner.
  • the inner ring recess is preferably designed as a circumferential groove in the inner ring.
  • the outer ring can in particular connect the connection structure to the angular roller bearing or the rolling elements.
  • the connection structure can be connected to the side of the lateral surface of the outer ring facing the bearing, with the roller rolling bodies of the tapered roller bearing rolling on the outer ring raceway opposite this lateral surface.
  • the outer ring can be formed from a metallic and/or ceramic material. In principle, it is conceivable to design the outer ring in one piece or in several parts, in particular in two parts.
  • the outer ring can have an outer ring recess.
  • a cover disk, sealing disk and/or seal can be arranged in an outer ring recess, in particular in a non-positive and/or positive manner.
  • the outer ring recess is preferably designed as a circumferential groove in the outer ring.
  • the rolling elements have the shape of a roller. They roll on the raceways of the tapered roller bearing and have the task of transferring the force acting on the tapered roller bearing from the outer ring to the inner ring and vice versa.
  • Roller-shaped rolling bodies can, for example, be selected from the group of symmetrical pendulum rollers, asymmetrical pendulum rollers, cylindrical rollers, needle rollers and/or tapered rollers.
  • the rolling elements can roll within the rolling bearing, in particular on the inner ring raceway of the inner ring.
  • the surface of the inner ring raceway can advantageously be designed to be correspondingly abrasion-resistant, for example by means of a corresponding surface treatment process and/or by applying a corresponding additional material layer.
  • the inner ring raceway can be flat or profiled.
  • a profiled design of the inner ring raceway can be used, for example, to guide the rolling elements on the inner ring raceway.
  • a flat shape of the Inner ring raceway on the other hand, can, for example, allow a certain axial displaceability of the rolling elements on the inner ring raceway.
  • the rolling elements can roll within the rolling bearing, in particular on the outer ring raceway of the outer ring.
  • the surface of the outer ring raceway can advantageously be designed to be correspondingly abrasion-resistant, for example by means of a corresponding surface treatment process and/or by applying a corresponding additional material layer.
  • the outer ring raceway can be flat or profiled.
  • a profiled design of the outer ring raceway can be used, for example, to guide the rolling elements on the outer ring raceway.
  • a flat shape of the outer ring raceway can, for example, allow a certain axial displaceability of the rolling elements on the outer ring raceway.
  • Rolling elements can be guided in a cage or through rolling element spacers and spaced apart from one another.
  • a cageless rolling bearing which is also referred to as a full complement rolling bearing. With full complement rolling bearings, adjacent rolling elements can contact each other.
  • a rolling bearing can have a cage, with the cage guiding the rolling elements.
  • the cage is designed in such a way that the rolling body balls and/or the rolling body rollers are spaced apart from one another, so that, for example, the friction and heat development of the rolling bodies is kept as low as possible. Furthermore, the cage keeps the rolling element balls and/or rolling element rollers at a fixed distance from one another during rolling, whereby an even load distribution can be achieved.
  • the cage can be made in one piece or in several pieces.
  • a rolling bearing may have a seal to prevent lubricant from leaking out of the rolling bearing or dirt or moisture from entering the rolling bearing.
  • the seals used can be provided with one or more sealing lips, which can rest on a component of the rolling bearing. These are designed in such a way that, on the one hand, they are as wide as possible The bearing must be sealed for the entire service life, and on the other hand the friction caused by the seal is not too high.
  • a spacer sleeve (intermediate ring/spacer) on the shaft or a raised shaft shoulder (raised shaft section) is arranged axially between the first inner ring and the second inner ring, on which the first inner ring and the second inner ring issue.
  • the advantage of this configuration is that the inner rings are arranged at a fixed distance from one another. This can be done using a fixing screw fastened in the shaft, which presses the inner rings from the outside against the spacer sleeve/intermediate ring or a raised shaft shoulder, which serves as an axial supporting element.
  • the first outer ring is arranged with play in the radial direction relative to the first connection structure and/or the second outer ring is arranged with play in the radial direction relative to the second connection structure. This can ensure that the material of the connection structure has a higher thermal expansion than the material of the outer rings.
  • connection structure can be, for example, a motor or gearbox housing. It can also be advantageous to form the first connection structure and the second connection structure in one piece, in particular monolithically. Furthermore, according to a likewise advantageous embodiment of the invention, it can be provided that the first outer ring rests axially on a first securing element. The advantageous effect of this configuration is that very precise axial guidance of the transmission components such as gears, etc. can be ensured during operation.
  • the first securing element is fixed axially with respect to the first connection structure.
  • the first securing element can be designed, for example, as a securing ring or the like, which is inserted into the first connection structure.
  • the first securing element it would also be conceivable for the first securing element to be formed in one piece, in particular monolithically, with the first connection structure.
  • the invention can also be further developed in such a way that the second outer ring is positioned with axial play relative to a second securing element.
  • the advantage of this configuration is that a slightly axially floating operation of the rolling bearings would be conceivable. Eliminating the axial load means a lower overall load on the rolling bearings, which can be associated with low friction losses.
  • the second securing element is fixed axially relative to the second connection structure.
  • the second securing element can then also be designed, for example, as a securing ring or the like, which is inserted into the second connection structure.
  • the second securing element it would also be conceivable here for the second securing element to be formed in one piece, in particular monolithically, with the second connection structure.
  • first roller rolling bodies and/or the second roller rolling bodies are designed as cylindrical rollers or as tapered rollers.
  • the advantage of this What can be realized is that the tapered rollers work almost slip-free due to the kinematically clean rolling and the cylindrical rollers are easier to manufacture.
  • first inner ring rim and/or the second inner ring rim in one piece, in particular monolithically, with the first inner ring or the second inner ring.
  • first inner ring rim and/or the second inner ring rim are each designed as a separate component and are connected to the first inner ring or the second inner ring.
  • first outer ring rim and/or the second outer ring rim in one piece, in particular monolithically, with the first outer ring or the second outer ring.
  • first outer ring rim and/or the second outer ring rim are each designed as a separate component and are connected to the first outer ring or the second outer ring.
  • first tapered roller bearing and the second tapered roller bearing are arranged in an O-configuration.
  • first tapered roller bearing and the second tapered roller bearing are arranged in an X configuration.
  • an electrically operable drive train of a motor vehicle comprising an electric machine and a transmission arrangement coupled to the electric machine, the electric machine having a stator and a rotor arranged rotatably relative to the stator, the rotor and/or a shaft of the gear arrangement is/is mounted by means of a rolling bearing arrangement according to one of the preceding claims.
  • An electrically operable drive train may include an electric machine and a transmission arrangement coupled to the electric machine.
  • the gear arrangement and the electric machine can also be structural form unity. This can be formed, for example, by means of a drive train housing in which the transmission arrangement and the electric machine are accommodated together.
  • the electric machine preferably has a motor housing and/or the transmission arrangement has a transmission housing, with the structural unit then being able to be effected by fixing the transmission arrangement relative to the electric machine.
  • the gearbox is a housing for holding a gearbox. Its task is to guide existing shafts over the bearings and to grant the wheels (possibly cam disks) the degrees of freedom they require under all loads, without hindering their rotation and possibly path movement, as well as to absorb bearing forces and supporting moments.
  • a gearbox housing can be single-shell or multi-shell, that is, undivided or divided.
  • the gearbox housing should in particular be able to dampen noise and vibrations as well as safely absorb hydraulic fluid.
  • the gearbox housing is preferably formed from a metallic material, particularly preferably from aluminum, gray cast iron or cast steel, in particular by means of a primary molding process such as casting or die casting.
  • the motor housing houses the electrical machine.
  • a motor housing can also accommodate the control and power electronics.
  • the motor housing can also be part of a cooling system for the electric machine and can be designed in such a way that hydraulic fluid can be supplied to the electric machine via the motor housing and/or the heat can be dissipated to the outside via the housing surfaces.
  • the motor housing protects the electrical machine and any electronics that may be present from external influences.
  • a motor housing can in particular be formed from a metallic material.
  • the motor housing can be formed from a metallic cast material, such as die-cast aluminum, die-cast magnesium, gray cast iron or cast steel.
  • the motor housing can preferably be designed in several parts.
  • the electrical machine is used to convert electrical energy into mechanical energy and/or vice versa, and it generally comprises a stationary part referred to as a stator, stand or armature and a stationary part referred to as a rotor or rotor and arranged to be movable, in particular rotatable, relative to the stationary part Part.
  • the electric machine is dimensioned such that vehicle speeds greater than 50 km/h, preferably greater than 80 km/h and in particular greater than 100 km/h can be achieved.
  • the electric motor particularly preferably has a power greater than 30 kW, preferably greater than 50 kW and in particular greater than 70 kW. It is further preferred that the electric machine provides speeds greater than 5,000 rpm, particularly preferably greater than 10,000 rpm, most preferably greater than 12,500 rpm.
  • motor vehicles are land vehicles that are moved by mechanical power without being tied to railway tracks.
  • a motor vehicle can, for example, be selected from the group of passenger cars (passenger cars), trucks (lorries), mopeds, light vehicles, motorcycles, motor buses (KOM) or tractors.
  • FIG. 1 shows an axial sectional view of a first rolling bearing arrangement for an electrically operable drive train of a motor vehicle
  • FIG. 2 shows an axial sectional view of a second rolling bearing arrangement for an electrically operable drive train of a motor vehicle
  • Figure 3 shows a fully electric and a hybrid motor vehicle in a schematic block diagram.
  • the first tapered roller bearing 4 has a first inner ring 7 which is connected in a rotationally fixed manner to the shaft 6 and a first outer ring 8, between which first roller rolling bodies 10 are accommodated at a first pressure angle 9, which are located on an inner ring raceway 11 of the first inner ring 7 and an outer ring raceway 12 of the first outer ring 8.
  • the second tapered roller bearing 5 similarly has a second inner ring 13 which is connected in a rotationally fixed manner to the shaft 6 and a second outer ring 14, between which second roller rolling bodies 16 are accommodated at a second pressure angle 15, which are located on a second inner ring raceway 17 of the second inner ring 13 and a second outer ring raceway 18 of the second outer ring 14 roll.
  • the first roller rolling bodies 10 and the second roller rolling bodies 16 are designed as cylindrical rollers or as tapered rollers.
  • the two tapered roller bearings 4.5 are constructed essentially identically, but are rotated by 180° relative to one another and arranged on the shaft 6 at an axial distance from one another.
  • the first inner ring 7 of the first tapered roller bearing 4 and the second inner ring 13 of the second tapered roller bearing 5 are each arranged axially fixed on the shaft 6.
  • the first outer ring 8 of the first tapered roller bearing 4 is also fixed axially relative to a first connection structure 19 of the rolling bearing arrangement 1.
  • the fixation of these rings is also symbolized in FIG. 1 by the unmarked circles in the respective rings. It can be seen that the first tapered roller bearing 4 acts as a fixed bearing and the second tapered roller bearing 5 are designed as a floating bearing.
  • the second outer ring 14 is axially displaceable relative to a second connection structure 20.
  • the first outer ring 8 rests axially on a first securing element 26 and is thus axially fixed on one side.
  • the first securing element 26 is fixed axially relative to the first connection structure 19.
  • the inner rings 7, 14 can be fixed axially secured on the shaft 6, for example by means of a press fit.
  • a spacer sleeve 25 is arranged axially between the first inner ring 7 and the second inner ring 13 on the shaft 6 .
  • the spacer sleeve 25 is an intermediate ring or spacer on the shaft 6. It would of course also be possible to design the spacer sleeve 25 in one piece with the shaft 6, so that a radially raised shaft shoulder is formed, against which the inner rings 7, 13 rest.
  • the inner rings 7,13 are arranged at a fixed distance from one another. This can be done, for example, by a fixing screw attached to the shaft 6, which presses the inner rings 7, 13 from the outside against the spacer sleeve 25 or a raised shaft shoulder, which serves as an axially supporting element.
  • the first tapered roller bearing 4 and the second tapered roller bearing 5 are essentially not axially preloaded.
  • first inner ring 7 has a first inner ring rim 21
  • first outer ring 8 has a first outer ring rim 22
  • second inner ring 13 has a second inner ring rim 23
  • the second outer ring 14 has a second outer ring rim 24.
  • the first roller rolling bodies 10 do not run on the first inner ring edge 21, which is due to the geometry of the first tapered roller bearing 4.
  • the roller rolling body 10 designed as a tapered roller, is pressed against the outer ring edge 22 by the cone effect, which is indicated by the black filled arrow.
  • the cone effect which is indicated by the black filled arrow.
  • Contact with the inner ring edge 21 can occur. This does not significantly worsen the efficiency of the angular roller bearings 4.5, but on the other hand can have a positive effect on preventing roller setting.
  • the first outer ring 8 is arranged with play in the radial direction relative to the first connection structure 19 and the second outer ring 14 is arranged with play in the radial direction relative to the second connection structure 20, which is well illustrated by the annular gap shown between the outer rings 8, 14 and the connection structures 19, 20 can be understood.
  • the second outer ring 14 is positioned with axial play relative to a second securing element 27, with the second securing element 27 itself being fixed axially relative to the second connecting structure 20.
  • first tapered roller bearing 4 and the second tapered roller bearing 5 are arranged in an O-configuration.
  • first tapered roller bearing 4 and the second tapered roller bearing 5 are shown in an X configuration.
  • the spacer sleeve 25 is designed monolithically with the connection structure 19, with the outer rings 8, 14 being axially supported on the spacer sleeve 25.
  • the inner rings 7, 13 rest axially on the securing elements 26 and 27, respectively.
  • FIG. 3 shows two embodiments of an electrically operable drive train 2 of a motor vehicle 3, each comprising an electric machine 28 and a transmission arrangement 29 coupled to the electric machine 28, the electric machine 28 having a stator 30 and a rotor 31 arranged rotatably relative to the stator 30 having.
  • the rotor 31 and/or a shaft of the gear arrangement 29 is mounted by means of a rolling bearing arrangement 1 as shown in FIG. 1 or FIG. 2.

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  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Wälzlageranordnung (1) für einen elektrisch betreibbaren Antriebsstrang (2) eines Kraftfahrzeugs (3), umfassend eine durch ein erstes Schrägrollenlager (4) und ein zweites Schrägrollenlager (5) drehbar gelagerte Welle (6), wobei das erste Schrägrollenlager (4) einen ersten mit der Welle (6) drehfest verbundenen Innenring (7) und einen ersten Außenring (8) aufweist, zwischen denen in einem ersten Druckwinkel (9) angestellte erste Rollenwälzkörper (10) aufgenommen sind, welche auf einer Innenringlaufbahn (11) des ersten Innenrings (7) und einer Außenringlaufbahn (12) des ersten Außenrings (8) wälzen, und das zweite Schrägrollenlager (5) einen zweiten mit der Welle (6) drehfest verbundenen Innenring (13) und einen zweiten Außenring (14) aufweist, zwischen denen in einem zweiten Druckwinkel (15) angestellte zweite Rollenwälzkörper (16) aufgenommen sind, welche auf einer zweiten Innenringlaufbahn (17) des zweiten Innenrings (13) und einer zweiten Außenringlaufbahn (18) des zweiten Außenrings (14) wälzen, wobei das erste Schrägrollenlager (4) und das zweite Schrägrollenlager (5) axial voneinander beabstandet und axial im Wesentlichen nicht vorgespannt sind.

Description

Wälzlaqeranordnunq und elektrisch betreibbarer Antriebsstranq eines Kraftfahrzeugs
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wälzlageranordnung für einen elektrisch betreibbaren Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, umfassend eine durch ein erstes Schrägrollenlager und ein zweites Schrägrollenlager drehbar gelagerte Welle, wobei das erste Schrägrollenlager einen ersten mit der Welle drehfest verbundenen Innenring und einen ersten Außenring aufweist, zwischen denen in einem ersten Druckwinkel angestellte erste Rollenwälzkörper aufgenommen sind, welche auf einer Innenringlaufbahn des ersten Innenrings und einer Außenringlaufbahn des ersten Außenrings wälzen, und das zweite Schrägrollenlager einen zweiten mit der Welle drehfest verbundenen Innenring und einen zweiten Außenring aufweist, zwischen denen in einem zweiten Druckwinkel angestellte zweite Rollenwälzkörper aufgenommen sind, welche auf einer zweiten Innenringlaufbahn des zweiten Innenrings und einer zweiten Außenringlaufbahn des zweiten Außenrings wälzen, wobei das erste Schrägrollenlager und das zweite Schrägrollenlager axial voneinander beabstandet sind. Die Erfindung betrifft ferner einen elektrisch betreibbarer Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs.
Bei Kraftfahrzeugen werden für den Antrieb verstärkt Elektromotoren eingesetzt, um Alternativen zu Verbrennungsmotoren zu schaffen, die fossile Brennstoffe benötigen. Um die Alltagstauglichkeit der Elektroantriebe zu verbessern und zudem den Benutzern den gewohnten Fahrkomfort bieten zu können, sind bereits erhebliche Anstrengungen unternommen worden. Zunehmend werden in derartigen automobilen Anwendungen auch Axialflussmaschinen als Antriebsaggregate eingesetzt.
Eine Axialflussmaschine bezeichnet eine dynamoelektrische Maschine, bei der der magnetische Fluss zwischen Rotor und Stator parallel zur Drehachse des Rotors verläuft. Häufig sind sowohl Stator als auch Rotor weitgehend scheibenförmig ausgebildet. Axialflussmaschinen sind insbesondere dann vorteilhaft, wenn der axial zur Verfügung stehende Bauraum in einem gegebenen Anwendungsfall begrenzt ist. Dies ist beispielsweise vielfach beiden eingangs beschriebenen elektrischen Antriebsystemen für Elektro- oder Hybridfahrzeuge der Fall. Neben der verkürzten axialen Baulänge liegt ein weiterer Vorteil der Axialflussmaschine in ihrer vergleichsweise hohen Drehmomentdichte. Ursächlich hierfür ist die im Vergleich zu Radialflussmaschinen größere Luftspaltfläche, die bei einem gegebenen Bauraum zur Verfügung steht. Ferner ist auch ein geringeres Eisenvolumen im Vergleich zu konventionellen Maschinen notwendig, was sich positiv auf den Wirkungsgrad der Maschine auswirkt.
In der Regel umfasst eine Axialflussmaschine mindestens einen Stator, der Wicklungen zur Erzeugung des axial ausgerichteten magnetischen Feldes aufweist. Mindestens ein Rotor ist beispielsweise mit Permanentmagneten bestückt, deren magnetisches Feld in Wechselwirkung mit dem magnetischen Feld der Statorwicklungen über einen Luftspalt ein Antriebsmoment erzeugt.
Insbesondere bei hybriden oder vollelektrischen Antriebskonzepten spielen die Geräuschentwicklung durch den Antrieb eine zunehmend wichtigere Rolle.
Systembedingt kann es im Betrieb einer derartigen elektrischen Maschine für einen hybriden oder vollelektrischen Antriebsstrang beispielsweise zu einer hohen elektromagnetischen Anregung kommen, welche auch zu akustischen Schwingungen in den Strukturbauteilen der elektrischen Maschine oder des Antriebsstrangs führen können. Dies kann dann auch im Fahrzeuginnenraum akustisch wahrnehmbar sein, was regelmäßig als störend empfunden wird. Dies ist umso bedeutender, da im elektrischen Betrieb eines entsprechenden Fahrzeugs, derartige Störgeräusche besonders auffallen und das ansonsten akustisch besonders ruhige Fahrerlebnis nachteilig beeinflussen.
Bei der Lagerung der Rotoren in derartigen elektrischen Maschinen kommen üblicherweise Wälzlageranordnungen zum Einsatz. Dabei werden beispielsweise Loslager üblicherweise auf der Rotorwelle aufgepresst, so dass diese einen Festsitz am Innenring des Wälzlagers aufweisen. Der Lageraußenring ist hierbei in der Regel zum Ausgleich von wärmeinduzierten Längenausdehnungen der Rotorwelle im Betrieb verschiebbar ausgeführt. Zur Herstellung vorteilhafter Laufverhältnisse zwischen Kugelsatz und Lagerlaufbahnen des Loslagers sowie zur akustischen Verbesserung, wird der Lageraußenring regelmäßig vorgespannt. Durch das vorgespannte Lager können ungewollte akustische Auffälligkeiten des entsprechenden Wälzlagers durch Ausbildung einer Spielfreiheit der sich gegeneinander bewegenden Lagerkomponenten vermieden werden.
Neben den genannten steigenden akustischen Anforderungen an die Wälzlageranordnungen innerhalb von elektrischen Antriebssträngen in Kraftfahrzeugen, besteht weiter ein wachsendes Bedürfnis die mechanischen Verlustleistungen, insbesondere auch bei der Lagerung von Wellen von elektrischen Maschinen oder Getrieben, zu reduzieren. Die reduzierte Verlustleistung in diesen elektrischen Maschinen und/oder Getrieben wirkt sich direkt proportional (positiv) auf den Stromverbrauch und letztendlich auf die erzielbare Reichweite elektrisch betriebener Kraftfahrzeuge aus.
Gleichzeitig zu den Anforderungen an die Reibungsverlustminimierung steigen jedoch auch aufgrund von erzielten Leistungsverdichtungen zunehmend die Motordrehmomente in den elektrischen Antriebssträngen, welche dann nachfolgend auch von den Getrieben übertragen müssen, stetig weiter an. Damit steigen auch die zu übertragenden Lasten der Wälzlager in derartigen elektrischen Antriebssträngen.
Üblicherweise werden für derartige elektrische Maschinen und/oder Getriebe Standardwälzlager in Fest-/Loslager-Anordnung eingesetzt. Bei diesen Lagern handelt es sich auf der Festlagerseite üblicherweise um Rillenkugellager oder 3- bzw. 4-Punktlager. Diese Lager sind zwar hinsichtlich der Reibungsverluste sehr effizient, haben jedoch gleichzeitig physikalisch bedingt (Punktkontakt) deutlich geringere Tragzahlen als Rollenlager. Um die benötigten Lasten übertragen zu können, müssen diese Wälzlager größer gebaut werden. Dies führt dazu, dass die elektrischen Maschinen und/oder Getriebe größer und schwerer werden und auch das Reibmoment wieder deutlich ansteigt.
Dem gegenüber können auch Wälzlager mit höheren Tragzahlen verwendet werden. Dies sind üblicherweise Kegelrollenlager in angestellter Anordnung. Diese Lager können, bedingt durch den Linienkontakt, deutlich höhere Lasten tragen und können kleiner und leichter ausgeführt werden. Dies hat positive Auswirkungen auf das Motorgewicht und/oder das Getriebegewicht und den benötigten Bauraum. Allerdings werden angestellte Kegelrollenlager paarweise mit relativ hoher Vorspannung verwendet. Dies führt dazu, dass die Verlustleistungen (durch die höhere Reibung) höher sind als bei der Fest-/Loslager-Anordnung.
Aus den Druckschriften DE 10 2016 214 353 A1 und DE 10 2016 214 355 A1 sind zwei Ausführungsformen von Schrägrollenlagern bekannt, welche im Wesentlichen aus einem inneren Lagerring mit einer an dessen äußerer Mantelfläche schräg zur Lagerrotationsachse angeordneten inneren Laufbahn und einen diese Laufbahn an ihrem kleinsten Durchmesser begrenzenden Bord, aus einem äußeren Lagerring mit einer an dessen innerer Mantelfläche ebenfalls schräg zur Lagerrotationsachse angeordneten äußeren Laufbahn und einem diese Laufbahn an ihrem größten Durchmesser begrenzenden Bord sowie aus einer Vielzahl zwischen den Lagerringen angeordneter und auf deren Laufbahnen abrollender Rollenwälzkörper bestehen, die in Umfangsrichtung durch einen Lagerkäfig in gleichmäßigen Abständen zueinander gehalten werden. Die äußere Mantelfläche des inneren Lagerrings und die innere Mantelfläche des äußeren Lagerrings sind dabei außerhalb der Laufbahnen gemäß DE 102016 214 353 A1 koaxial zylindrisch oder gemäß DE 102016 214 355 A1 gegensinnig schräg zur Lagerrotationsachse verlaufend ausgebildet und die Laufbahnen beider Lagerringe sind jeweils kegelförmig in diese Mantelflächen eingearbeitet, so dass die dabei entstehenden und die Laufbahnen jeweils einseitig begrenzenden Borde dadurch jeweils einteilig mit den Lagerringen ausgebildet sind.
Die Aufgabe der Erfindung ist es die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zu vermeiden oder zumindest zu verringern und eine Wälzlageranordnung für einen elektrisch betreibbaren Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs bereitzustellen, die eine geringe Reibung, eine hohe Tragzahl sowie einen akustisch unauffälligen Betrieb erlaubt. Es ist ferner die Aufgabe der Erfindung einen elektrisch betreibbaren Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs zu realisieren, der besonders geringe Reibungsverluste und eine kompakte Bauform aufweist.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Wälzlageranordnung für einen elektrisch betreibbaren Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, umfassend eine durch ein erstes Schrägrollenlager und ein zweites Schrägrollenlager drehbar gelagerte Welle, wobei das erste Schrägrollenlager einen ersten mit der Welle drehtest verbundenen Innenring und einen ersten Außenring aufweist, zwischen denen in einem ersten Druckwinkel angestellte erste Rollenwälzkörper aufgenommen sind, welche auf einer Innenringlaufbahn des ersten Innenrings und einer Außenringlaufbahn des ersten Außenrings wälzen, und das zweite Schrägrollenlager einen zweiten mit der Welle drehtest verbundenen Innenring und einen zweiten Außenring aufweist, zwischen denen in einem zweiten Druckwinkel angestellte zweite Rollenwälzkörper aufgenommen sind, welche auf einer zweiten Innenringlaufbahn des zweiten Innenrings und einer zweiten Außenringlaufbahn des zweiten Außenrings wälzen, wobei das erste Schrägrollenlager und das zweite Schrägrollenlager axial voneinander beabstandet sind, wobei der erste Innenring des ersten Schrägrollenlagers sowie der zweite Innenring des zweiten Schrägrollenlagers jeweils axial fixiert an der Welle angeordnet sind, und der erste Außenring des ersten Schrägrollenlagers axial gegenüber einer ersten Anbindungsstruktur der Wälzlageranordnung festgelegt ist, und der zweite Außenring gegenüber einer zweiten Anbindungsstruktur axial versetzbar ist, wobei der erste Innenring einen ersten Innenringbord, der erste Außenring einen ersten Außenringbord, der zweite Innenring einen zweiten Innenringbord und der zweite Außenring einen zweiten Außenringbord aufweist und das erste Schrägrollenlager und das zweite Schrägrollenlager axial im Wesentlichen nicht vorgespannt sind.
Hierdurch wird der Vorteil erzielt, dass die Wälzlageranordnung eine hohe Tragfähigkeit sowie Lebensdauer im Vergleich zu Kugellagerlösungen und eine geringe Reibung im Vergleich zu Kegelrollenlagerlösungen aufweist. Ein Grundgedanke der Erfindung ist, die Schrägrollenlager ohne oder nur mit geringer Vorspannung zu betreiben. Damit wirkt eine deutlich geringere Vorspannkraft auf die Lager und das Reibmoment sinkt deutlich. Gleichzeitig können diese Schrägrollenlager aber bedingt durch den Linienkontakt weiterhin hohe Lasten übertragen.
Die zusätzlichen Innenringborde an den Innenringen der Schrägrollenlager sorgen dafür, dass das interne axiale Spiel der Schrägrollenlager limitiert wird und ein starker Lebensdauerverlust der Schrägrollenlager hierdurch verhindert wird. Die Vorteile dieser Lagerung wie Tragfähigkeit und Reibung bleiben dabei jedoch erhalten.
Ein mögliches Einsatzgebiet der erfindungsgemäßen Wälzlageranordnung ist in elektrisch betriebenen Antriebssträngen von Kraftfahrzeugen zu finden, beispielsweise in elektrische Maschinen oder in dedizierten Hybridgetrieben, da die Einbausituation in den jeweiligen Gehäusen eine schwimmende oder leicht vorgespannte angestellte Anordnung der Schrägrollenlager erlaubt, ohne zusätzliche Zwangskräfte auf die Lagerung auszuüben.
Zunächst werden die einzelnen Elemente des beanspruchten Erfindungsgegenstandes in der Reihenfolge ihrer Nennung im Anspruchssatz erläutert und nachfolgend besonders bevorzugte Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes beschrieben.
Die erfindungsgemäße Wälzlageranordnung umfasst zwei axial voneinander beabstandete Schrägrollenlager. Um nun eine Welle drehbeweglich gegenüber den Anbindungsstrukturen zu lagern, besitzt jedes der Schrägrollenlager jeweils einen Innenring, einen Außenring und zwischen diesen Ringen wälzend angeordnete Rollenwälzköper. Zwischen diesen drei Hauptkomponenten Innenring, Außenring und den Wälzkörpern tritt innerhalb des Schrägrollenlagers in der Regel hauptsächlich Rollreibung auf. Da die Rollenwälzkörper im Innen- und Außenring bevorzugt auf gehärteten Stahlflächen mit optimierter Schmierung abrollen können, ist die Rollreibung derartiger Lager relativ gering.
Der Innenring kann insbesondere die Schrägrollenlager aufnehmende Welle mit dem Schrägrollenlager bzw. den Rollenwälzkörpern verbinden. Dabei kann insbesondere die Welle mit der der Welle zugewandten Seite der Mantelfläche des Innenrings verbunden sein, wobei auf der dieser Mantelfläche gegenüberliegenden Innenringlaufbahn die Wälzkörper des Schrägrollenlagers wälzen. Der Innenring kann aus einem metallischen und/oder keramischen Werkstoff gebildet sein. Es ist grundsätzlich denkbar, den Innenring einteilig oder mehrteilig, insbesondere zweiteilig auszubilden. Der Innenring kann einen Innenringeinstich aufweisen. In einem Innenringeinstich kann insbesondere eine Abdeckscheibe, Dichtscheibe und/oder Dichtung insbesondere kraft- und/oder formschlüssig angeordnet sein. Bevorzugt ist der Innenringeinstich als eine umlaufende Nut in dem Innenring ausgebildet.
Der Außenring kann insbesondere die Anbindungsstruktur mit dem Schrägrollenlager bzw. den Wälzkörpern verbinden. Dabei kann insbesondere die Anbindungsstruktur mit der der Lagerung zugewandten Seite der Mantelfläche des Außenrings verbunden sein, wobei auf der dieser Mantelfläche gegenüberliegenden Außenringlaufbahn die Rollenwälzkörper des Schrägrollenlagers wälzen. Der Außenring kann aus einem metallischen und/oder keramischen Werkstoff gebildet sein. Es ist grundsätzlich denkbar, den Außenring einteilig oder mehrteilig, insbesondere zweiteilig auszubilden.
Der Außenring kann einen Außenringeinstich aufweisen. In einem Außenringeinstich kann insbesondere eine Abdeckscheibe, Dichtscheibe und/oder Dichtung insbesondere kraft- und/oder formschlüssig angeordnet sein. Bevorzugt ist der Außenringeinstich als eine umlaufende Nut in dem Außenring ausgebildet.
Die Wälzkörper haben die Form einer Rolle. Sie wälzen sich auf den Laufbahnen des Schrägrollenlagers ab und haben die Aufgabe, die auf das Schrägrollenlager wirkende Kraft vom Außenring auf den Innenring und umgekehrt zu übertragen. Rollenförmige Wälzkörper können beispielsweise ausgewählt sein aus der Gruppe der symmetrischen Pendelrollen, der asymmetrischen Pendelrollen, der Zylinderrollen, der Nadelrollen und/oder der Kegelrollen.
Die Wälzkörper können innerhalb des Wälzlagers insbesondere auf der Innenringlaufbahn des Innenrings abwälzen. Hierzu kann vorteilhafter Weise die Oberfläche der Innenringlaufbahn entsprechend abriebfest ausgebildet sein, beispielsweise auch durch ein entsprechendes Oberflächenbehandlungsverfahren und/oder durch Aufbringen einer entsprechenden zusätzlichen Materialschicht. Die Innenringlaufbahn kann eben oder profiliert ausgebildet sein. Eine profilierte Ausgestaltung der Innenringlaufbahn kann beispielsweise zur Führung der Wälzkörper auf der Innenringlaufbahn dienen. Eine ebene Ausformung der Innenringlaufbahn kann hingegen beispielsweise eine gewisse axiale Verschiebbarkeit der Wälzkörper auf der Innenringlaufbahn erlauben.
Die Wälzkörper können innerhalb des Wälzlagers insbesondere auf der Außenringlaufbahn des Außenrings abwälzen. Hierzu kann vorteilhafter Weise die Oberfläche der Außenringlaufbahn entsprechend abriebfest ausgebildet sein, beispielsweise auch durch ein entsprechendes Oberflächenbehandlungsverfahren und/oder durch Aufbringen einer entsprechenden zusätzlichen Materialschicht.
Die Außenringlaufbahn kann eben oder profiliert ausgebildet sein. Eine profilierte Ausgestaltung der Außenringlaufbahn kann beispielsweise zur Führung der Wälzkörper auf der Außenringlaufbahn dienen. Eine ebene Ausformung der Außenringlaufbahn kann hingegen beispielsweise eine gewisse axiale Verschiebbarkeit der Wälzkörper auf der Außenringlaufbahn erlauben.
Wälzkörper können in einem Käfig oder durch Wälzkörperdistanzstücke geführt und voneinander beabstandet sein. Es ist grundsätzlich auch denkbar, ein käfigloses Wälzlager auszubilden, welches auch als vollrolliges Wälzlager bezeichnet wird. Bei vollrolligen Wälzlagern können sich benachbarte Wälzkörper kontaktieren.
Ein Wälzlager kann einen Käfig aufweisen, wobei der Käfig die Wälzkörper führt. Der Käfig so ausgebildet, dass die Wälzkörperkugeln und/oder die Wälzkörperrollen voneinander beabstandet werden, damit beispielsweise die Reibung und Wärmeentwicklung der Wälzkörper möglichst geringgehalten wird. Ferner hält der Käfig die Wälzkörperkugeln und/oder Wälzkörperrollen in einem festen Abstand beim Abwälzen zueinander, wodurch eine gleichmäßige Lastverteilung erzielt werden kann. Der Käfig kann einstückig oder mehrstückig ausgeführt sein.
Ein Wälzlager kann eine Dichtung aufweisen, um ein Austreten von Schmiermittel aus dem Wälzlager oder ein Eintreten von Schmutz oder Feuchtigkeit in das Wälzlager zu verhindern. Hierzu können die eingesetzten Dichtungen mit einer oder mehreren Dichtlippen versehen sein, die an einem Bauteil des Wälzlagers anliegen können. Diese sind derart ausgelegt, dass sie zum einen möglichst über die gesamte Lebensdauer das Lager abdichten, andererseits die Reibung durch die anliegende Dichtung nicht zu hoch ist.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängig formulierten Ansprüchen angegeben. Die in den abhängig formulierten Ansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale sind in technologisch sinnvoller Weise miteinander kombinierbar und können weitere Ausgestaltungen der Erfindung definieren. Darüber hinaus werden die in den Ansprüchen angegebenen Merkmale in der Beschreibung näher präzisiert und erläutert, wobei weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung dargestellt werden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass axial zwischen dem ersten Innenring und dem zweiten Innenring eine Abstandshülse (Zwischenring/Spacer) auf der Welle oder eine erhöhte Wellenschulter (erhöhter Wellenabschnitt) angeordnet ist, an welcher der erste Innenring und der zweite Innenring anliegen. Der Vorteil dieser Ausgestaltung liegt darin, dass die Innenringe in einem festen Abstand zueinander angeordnet sind. Dies kann durch eine in der Welle befestigte Fixierschraube geschehen, welche die Innenringe von außen gegen die Abstandshülse/Zwischenring oder eine erhöhte Wellenschulter drückt, welche als axial abstützendes Element dient.
Es kann gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung auch vorgesehen sein, dass der erste Außenring in radialer Richtung spielbehaftet gegenüber der ersten Anbindungsstruktur und/oder der zweite Außenring in radialer Richtung spielbehaftet gegenüber der zweiten Anbindungsstruktur angeordnet ist. Es kann hierdurch erreicht werden, dass der Werkstoff der Anbindungsstruktur eine höhere thermische Ausdehnung besitzt als der Werkstoff der Außenringe.
Bei der Anbindungsstruktur kann es sich beispielsweise um ein Motor- oder Getriebegehäuse handeln. Auch kann es vorteilhaft sein, die erste Anbindungsstruktur und die zweite Anbindungsstruktur einstückig, insbesondere monolithisch, auszuformen. Des Weiteren kann es gemäß einer ebenfalls vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass der erste Außenring axial an einem ersten Sicherungselement anliegt. Die vorteilhafte Wirkung dieser Ausgestaltung ist darin begründet, dass im Betrieb eine sehr genaue axiale Führung der Getriebekomponenten wie z.B. Zahnräder etc. sichergestellt werden kann.
Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass das erste Sicherungselement axial gegenüber der ersten Anbindungsstruktur fixiert ist. Hierbei kann das erste Sicherungselement beispielsweise als Sicherungsring oder dergleichen ausgebildet sein, der in die erste Anbindungsstruktur eingesetzt wird. Grundsätzlich wäre es auch denkbar, dass das erste Sicherungselement einstückig, insbesondere monolithisch, mit der ersten Anbindungsstruktur ausgebildet ist.
Des Weiteren kann die Erfindung auch dahingehend weiterentwickelt sein, dass der zweite Außenring axial spielbehaftet gegenüber einem zweiten Sicherungselement positioniert ist. Der Vorteil dieser Ausgestaltung ist, dass ein geringfügig axial schwimmender Betrieb der Wälzlager denkbar wäre. Ein Verzicht auf die axiale Last bedeutet geringere Gesamtlast auf die Wälzlager, was mit geringen Reibungsverlusten verbunden sein kann.
In einer ebenfalls bevorzugten Ausgestaltungsvariante der Erfindung kann auch vorgesehen sein, dass das zweite Sicherungselement axial gegenüber der zweiten Anbindungsstruktur fixiert ist. Hierbei kann dann auch das zweite Sicherungselement beispielsweise als Sicherungsring oder dergleichen ausgebildet sein, der in die zweite Anbindungsstruktur eingesetzt wird. Grundsätzlich wäre es auch hier denkbar, dass das zweite Sicherungselement einstückig, insbesondere monolithisch, mit der zweiten Anbindungsstruktur ausgebildet ist.
Auch kann es vorteilhaft sein, die Erfindung dahingehend weiterzuentwickeln, dass die ersten Rollenwälzkörper und/oder die zweiten Rollenwälzkörper als Zylinderrollen oder als Kegelrollen ausgeführt sind. Der Vorteil, der sich hierdurch realisieren läßt ist, dass die Kegelrollen nahezu schlupffrei durch das kinematisch saubere Abrollen arbeiten und die Zylinderrollen einfacher in der Herstellung sind.
Ferner wäre es möglich, den ersten Innenringbord und/oder den zweiten Innenringbord einstückig, insbesondere monolithisch, mit dem ersten Innenring oder dem zweiten Innenring auszuformen. Alternativ ist es natürlich auch denkbar, dass der erste Innenringbord und/oder der zweite Innenringbord jeweils als ein separates Bauteil ausgeführt und mit dem ersten Innenring oder dem zweiten Innenring verbunden ist.
Analog zum Innenring ist es auch möglich, den ersten Außenringbord und/oder den zweiten Außenringbord einstückig, insbesondere monolithisch, mit dem ersten Außenring oder dem zweiten Außenring auszuformen. Alternativ ist es natürlich auch hier wieder denkbar, dass der erste Außenringbord und/oder der zweite Außenringbord jeweils als ein separates Bauteil ausgeführt und mit dem ersten Außenring oder dem zweiten Außenring verbunden ist.
Gemäß einer weiteren zu bevorzugenden Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes kann vorgesehen sein, dass das erste Schrägrollenlager und das zweite Schrägrollenlager in einer O-Konfiguration angeordnet sind. Grundsätzlich wäre es auch möglich, das erste Schrägrollenlager und das zweite Schrägrollenlager in einer X-Konfiguration anzuordnen.
Die Aufgabe der Erfindung wird ferner gelöst durch einen elektrisch betreibbaren Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, umfassend eine elektrische Maschine und eine mit der elektrischen Maschine gekoppelte Getriebeanordnung, wobei die elektrische Maschine einen Stator und einen relativ zum Stator drehbar angeordneten Rotor aufweist, wobei der Rotor und/oder eine Welle der Getriebeanordnung mittels einer Wälzlageranordnung nach einem der vorherigen Ansprüche gelagert sind/ist.
Ein elektrisch betreibbarer Antriebsstrang kann eine elektrische Maschine und eine mit der elektrischen Maschine gekoppelte Getriebeanordnung umfassen. Die Getriebeanordnung und die elektrische Maschine können auch eine bauliche Einheit bilden. Diese kann beispielsweise mittels eines Antriebsstranggehäuses gebildet sein, in welchem die Getriebeanordnung und die elektrische Maschine gemeinsam aufgenommen sind.
Die elektrische Maschine besitzt bevorzugt ein Motorgehäuse und/oder die Getriebeanordnung ein Getriebegehäuse, wobei die bauliche Einheit dann über eine Fixierung der Getriebeanordnung gegenüber der elektrischen Maschine bewirkbar ist.
Das Getriebegehäuse ist ein Gehäuse zur Aufnahme eines Getriebes. Es hat die Aufgabe, vorhandene Wellen jeweils über die Lager zu führen und den Rädern (eventuell Kurvenscheiben) bei allen Belastungen diejenigen Freiheitsgrade zu gewähren, derer sie bedürfen, ohne sie in der Dreh- und eventuell Bahnbewegung zu behindern, sowie Lagerkräfte und Abstützmomente aufzunehmen. Ein Getriebegehäuse kann ein- oder mehrschalig, das heißt, ungeteilt oder geteilt ausgebildet sein. Das Getriebegehäuse sollte insbesondere auch sowohl Geräusche und Vibrationen dämpfen als auch Hydraulikfluid sicher aufnehmen können. Das Getriebegehäuse ist bevorzugt aus einem metallischen Material, insbesondere bevorzugt aus Aluminium, Grauguss oder Stahlguss, insbesondere mittels einem Urform verfahren wie Gießen oder Druckguss geformt.
Das Motorgehäuse umhaust die elektrische Maschine. Ein Motorgehäuse kann darüber hinaus auch die Steuer- und Leistungselektronik aufnehmen. Das Motorgehäuse kann darüber hinaus auch Bestandteil eines Kühlsystems für die elektrische Maschine und derart ausgebildet sein, dass Hydraulikfluid über das Motorgehäuse der elektrischen Maschine zugeführt werden und/oder die Wärme über die Gehäuseflächen nach außen abgeführt werden kann. Darüber hinaus schützt das Motorgehäuse die elektrische Maschine sowie die ggf. vorhandene Elektronik vor äußeren Einflüssen. Ein Motorgehäuse kann insbesondere aus einem metallischen Material gebildet sein. Vorteilhafter Weise kann das Motorgehäuse aus einem metallischen Gussmaterial, wie zum Beispiel Aluminiumdruckguss, Magnesiumdruckguss, Grauguss oder Stahlguss geformt sein. Das Motorgehäuse kann bevorzugt mehrteilig ausgebildet sein. Die elektrische Maschine dient zur Umwandlung elektrischer Energie in mechanische Energie und/oder umgekehrt, und sie umfasst in der Regel einen als Stator, Ständer oder Anker bezeichneten ortsfesten Teil sowie einen als Rotor oder Läufer bezeichneten und gegenüber dem ortsfesten Teil beweglich, insbesondere drehbar, angeordneten Teil.
Insbesondere ist die elektrische Maschine so dimensioniert, dass Fahrzeuggeschwindigkeiten größer als 50 km/h, vorzugsweise größer als 80 km/h und insbesondere größer als 100 km/h erreicht werden können. Besonders bevorzugt weist der Elektromotor eine Leistung größer als 30 kW, vorzugsweise größer als 50 kW und insbesondere größer als 70 kW auf. Es ist des Weiteren bevorzugt, dass die elektrische Maschine Drehzahlen größer als 5.000 U/min, besonders bevorzugt größer als 10.000 U/min, ganz besonders bevorzugt größer als 12.500 U/min bereitstellt.
Als Kraftfahrzeuge im Sinne dieser Anmeldung gelten Landfahrzeuge, die durch Maschinenkraft bewegt werden, ohne an Bahngleise gebunden zu sein. Ein Kraftfahrzeug kann beispielsweise ausgewählt sein aus der Gruppe der Personenkraftwagen (PKW), Lastkraftwagen (LKW), Kleinkrafträder, Leichtkraftfahrzeuge, Krafträder, Kraftomnibusse (KOM) oder Zugmaschinen.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Figuren ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens näher erläutert werden.
Es zeigt:
Figur 1 eine Axialschnittdarstellung einer ersten Wälzlageranordnung für einen elektrisch betreibbaren Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs,
Figur 2 eine Axialschnittdarstellung einer zweiten Wälzlageranordnung für einen elektrisch betreibbaren Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, Figur 3 jeweils ein vollelektrisch und ein hybrid betreibbares Kraftfahrzeug in einer schematischen Blockschaltdarstellung.
Die Figur 1 zeigt eine Wälzlageranordnung 1 für einen elektrisch betreibbaren Antriebsstrang 2 eines Kraftfahrzeugs 3, umfassend eine durch ein erstes Schrägrollenlager 4 und ein zweites Schrägrollenlager 5 drehbar gelagerte Welle 6.
Das erste Schrägrollenlager 4 weist einen ersten mit der Welle 6 drehfest verbundenen Innenring 7 und einen ersten Außenring 8 auf, zwischen denen in einem ersten Druckwinkel 9 angestellte erste Rollenwälzkörper 10 aufgenommen sind, welche auf einer Innenringlaufbahn 11 des ersten Innenrings 7 und einer Außenringlaufbahn 12 des ersten Außenrings 8 wälzen.
Das zweite Schrägrollenlager 5 weist analog hierzu einen zweiten mit der Welle 6 drehfest verbundenen Innenring 13 und einen zweiten Außenring 14 auf, zwischen denen in einem zweiten Druckwinkel 15 angestellte zweite Rollenwälzkörper 16 aufgenommen sind, welche auf einer zweiten Innenringlaufbahn 17 des zweiten Innenrings 13 und einer zweiten Außenringlaufbahn 18 des zweiten Außenrings 14 wälzen.
Die ersten Rollenwälzkörper 10 und die zweiten Rollenwälzkörper 16 sind als Zylinderrollen oder als Kegelrollen ausgeführt sind. Wie sich aus der Figur 1 gut erkennen lässt, sind die beiden Schrägrollenlager 4,5 im Wesentlichen identisch aufgebaut, jedoch um 180° verdreht zueinander und axial voneinander beabstandet auf der Welle 6 angeordnet.
Der erste Innenring 7 des ersten Schrägrollenlagers 4 sowie der zweite Innenring 13 des zweiten Schrägrollenlagers 5 sind jeweils axial fixiert an der Welle 6 angeordnet. Auch der erste Außenring 8 des ersten Schrägrollenlagers 4 ist axial gegenüber einer ersten Anbindungsstruktur 19 der Wälzlageranordnung 1 festgelegt. Die Fixierung dieser Ringe wird in der Figur 1 auch durch die nicht bezeichneten Kreise in den jeweiligen Ringen symbolisiert. Man erkennt, dass somit das erste Schrägrollenlager 4 als ein Festlager und das zweite Schrägrollenlager 5 als ein Loslager ausgebildet sind. Dabei ist zweite Außenring 14 gegenüber einer zweiten Anbindungsstruktur 20 axial versetzbar.
Der erste Außenring 8 liegt axial an einem ersten Sicherungselement 26 an und ist so einseitig axial festgelegt. Das erste Sicherungselement 26 ist axial gegenüber der ersten Anbindungsstruktur 19 fixiert. Die Innenringe 7,14 können beispielsweise mittels einer Presspassung axial gesichert auf der Welle 6 fixiert sein. Axial zwischen dem ersten Innenring 7 und dem zweiten Innenring 13 ist eine Abstandshülse 25 auf der Welle 6 angeordnet, an welcher der erste Innenring 7 und der zweite Innenring 13 anliegen.
Die Abstandshülse 25 ist in der gezeigten Ausführungsform ein Zwischenring oder Spacer auf der Welle 6. Es wäre natürlich auch möglich die Abstandshülse 25 einstückig mit der Welle 6 auszubilden, so dass eine radial erhöhte Wellenschulter gebildet ist, an welcher die Innenringe 7,13 anliegen. Die Innenringe 7,13 sind in einem festen Abstand zueinander angeordnet. Dies kann beispielsweise durch eine an der Welle 6 befestigte Fixierschraube geschehen, welche die Innenringe 7,13 von außen gegen die Abstandshülse 25 oder eine erhöhte Wellenschulter drückt, welche als axial abstützendes Element dient.
Das erste Schrägrollenlager 4 und das zweite Schrägrollenlager 5 sind axial im Wesentlichen nicht vorgespannt.
Ferner kann man der Figur 1 gut entnehmen, dass der erste Innenring 7 einen ersten Innenringbord 21 , der erste Außenring 8 einen ersten Außenringbord 22, der zweite Innenring 13 einen zweiten Innenringbord 23 und der zweite Außenring 14 einen zweiten Außenringbord 24 aufweist. Dabei laufen die ersten Rollenwälzkörper 10 nicht an dem ersten Innenringbord 21 an, was durch die Geometrie des ersten Schrägrollenlagers 4 begründet ist.
Abhängig von den Betriebstemperaturen und der initial eingebrachten Vorspannung auf dem Sicherungselement 26, drückt sich der als Kegelrolle ausgebildete Rollenwälzkörper 10 durch den Kegeleffekt an den Außenringbord 22, was durch den schwarz gefüllten Pfeil angedeutet ist. Bei bestimmten (eher lastarmen) Fällen kann es zu dem Kontakt mit dem Innenringbord 21 kommen. Dies verschlechtert die Effizienz der Schrägrollenlager 4,5 nicht signifikant, kann sich aber andererseits positiv auf das Verhindern des Rollenschränkens auswirken.
Der erste Außenring 8 ist in radialer Richtung spielbehaftet gegenüber der ersten Anbindungsstruktur 19 und der zweite Außenring 14 ist in radialer Richtung spielbehaftet gegenüber der zweiten Anbindungsstruktur 20 angeordnet, was sich gut anhand der dargestellten ringförmigen Spalte zwischen dem Außenringen 8,14 und den Anbindungsstrukturen 19,20 nachvollziehen lässt.
Der zweite Außenring 14 ist axial spielbehaftet gegenüber einem zweiten Sicherungselement 27 positioniert, wobei das zweite Sicherungselement 27 selbst axial gegenüber der zweiten Anbindungsstruktur 20 fixiert ist.
In dem Ausführungsbeispiel der Figur 1 sind das erste Schrägrollenlager 4 und das zweite Schrägrollenlager 5 in einer O-Konfiguration angeordnet. In dem Ausführungsbeispiel der Figur 2 sind das erste Schrägrollenlager 4 und das zweite Schrägrollenlager 5 in einer X-Konfiguration gezeigt. In dieser Ausführungsform der Figur 2 ist die Abstandshülse 25 monolithisch mit der Anbindungsstruktur 19 ausgebildet, wobei sich die Außenringe 8, 14 an der Abstandshülse 25 axial abstützen. Die Innenringe 7,13 liegen axial an den Sicherungselementen 26 bzw. 27 an.
Die Figur 3 zeigt zwei Ausführungsformen eines elektrisch betreibbaren Antriebsstrangs 2 eines Kraftfahrzeugs 3, umfassend jeweils eine elektrische Maschine 28 und eine mit der elektrischen Maschine 28 gekoppelte Getriebeanordnung 29, wobei die elektrische Maschine 28 einen Stator 30 und einen relativ zum Stator 30 drehbar angeordneten Rotor 31 aufweist. Hierbei ist der Rotor 31 und/oder eine Welle der Getriebeanordnung 29 mittels einer Wälzlageranordnung 1 wie sie in der Figur 1 oder der Figur 2 gezeigt ist, gelagert.
Die in dieser Anmeldung benutzten Begriffe „radial“, „axial“, „tangential“ und „Umfangsrichtung“ beziehen sich immer auf die Rotationsachse der Welle 6. Die Begriffe „links“, „rechts“, „oben“, „unten“, „oberhalb“ und „unterhalb“ dienen hier nur dazu, um zu verdeutlichen, welche Bereiche der Abbildungen gerade im Text beschrieben werden. Die spätere Ausführung der Erfindung kann auch anders angeordnet werden. Die Erfindung ist ferner nicht auf die in den Figuren dargestellten Ausführungsformen beschränkt. Die vorstehende Beschreibung ist daher nicht als beschränkend, sondern als erläuternd anzusehen. Die nachfolgenden Patentansprüche sind so zu verstehen, dass ein genanntes Merkmal in zumindest einer Ausführungsform der Erfindung vorhanden ist. Dies schließt die Anwesenheit weiterer Merkmale nicht aus. Sofern die Patentansprüche und die vorstehende Beschreibung 'erste' und 'zweite' Merkmal definieren, so dient diese Bezeichnung der Unterscheidung zweier gleichartiger Merkmale, ohne eine Rangfolge festzulegen.
Bezuqszeichenliste
1 Wälzlageranordnung
2 Antriebsstrang
3 Kraftfahrzeug
4 Schrägrollenlager
5 Schrägrollenlager
6 Welle
7 Innenring
8 Außenring
9 Druckwinkel
10 Rollenwälzkörper
11 Innenringlaufbahn
12 Außenringlaufbahn
13 Innenring
14 Außenring
15 Druckwinkel
16 Rollenwälzkörper
17 Innenringlaufbahn
18 Außenringlaufbahn
19 Anbindungsstruktur
20 Anbindungsstruktur
21 Innenringbord
22 Außenringbord
23 Innenringbord
24 Außenringbord
25 Abstandshülse
26 Sicherungselement
27 Sicherungselement
28 elektrische Maschine
29 Getriebeanordnung
30 Stator
31 Rotor

Claims

Ansprüche Wälzlageranordnung (1 ) für einen elektrisch betreibbaren Antriebsstrang (2) eines Kraftfahrzeugs (3), umfassend eine durch ein erstes Schrägrollenlager (4) und ein zweites Schrägrollenlager (5) drehbar gelagerte Welle (6), wobei das erste Schrägrollenlager (4) einen ersten mit der Welle (6) drehfest verbundenen Innenring (7) und einen ersten Außenring (8) aufweist, zwischen denen in einem ersten Druckwinkel (9) angestellte erste Rollenwälzkörper (10) aufgenommen sind, welche auf einer Innenringlaufbahn (11 ) des ersten Innenrings (7) und einer Außenringlaufbahn (12) des ersten Außenrings (8) wälzen, und das zweite Schrägrollenlager (5) einen zweiten mit der Welle (6) drehfest verbundenen Innenring (13) und einen zweiten Außenring (14) aufweist, zwischen denen in einem zweiten Druckwinkel (15) angestellte zweite Rollenwälzkörper (16) aufgenommen sind, welche auf einer zweiten Innenringlaufbahn (17) des zweiten Innenrings (13) und einer zweiten Außenringlaufbahn (18) des zweiten Außenrings (14) wälzen, wobei das erste Schrägrollenlager (4) und das zweite Schrägrollenlager (5) axial voneinander beabstandet sind, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Innenring (7) des ersten Schrägrollenlagers (4) sowie der zweite Innenring (13) des zweiten Schrägrollenlagers (5) jeweils axial fixiert an der Welle (6) angeordnet sind, und der erste Außenring (8) des ersten Schrägrollenlagers (4) axial gegenüber einer ersten Anbindungsstruktur (19) der Wälzlageranordnung (1 ) festgelegt ist, und der zweite Außenring (14) gegenüber einer zweiten Anbindungsstruktur (20) axial versetzbar ist, wobei der erste Innenring (7) einen ersten Innenringbord (21 ), der erste Außenring (8) einen ersten Außenringbord (22), der zweite Innenring (13) einen zweiten Innenringbord (23) und der zweite Außenring (14) einen zweiten Außenringbord (24) aufweist und das erste Schrägrollenlager (4) und das zweite Schrägrollenlager (5) axial im Wesentlichen nicht vorgespannt sind. Wälzlageranordnung (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass axial zwischen dem ersten Innenring (7) und dem zweiten Innenring (13) eine Abstandshülse (25) auf der Welle (6) angeordnet ist, an welcher der erste Innenring (7) und der zweite Innenring (13) anliegen. Wälzlageranordnung (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Außenring (8) in radialer Richtung spielbehaftet gegenüber der ersten Anbindungsstruktur (19) und/oder der zweite Außenring (14) in radialer Richtung spielbehaftet gegenüber der zweiten Anbindungsstruktur (20) angeordnet ist. Wälzlageranordnung (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Außenring (8) axial an einem ersten Sicherungselement (26) anliegt. Wälzlageranordnung (1 ) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Sicherungselement (26) axial gegenüber der ersten Anbindungsstruktur (19) fixiert ist. Wälzlageranordnung (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Außenring (14) axial spielbehaftet gegenüber einem zweiten Sicherungselement (27) positioniert ist. Wälzlageranordnung (1 ) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Sicherungselement (27) axial gegenüber der zweiten Anbindungsstruktur (20) fixiert ist. Wälzlageranordnung (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Rollenwälzkörper (10) und/oder die zweiten Rollenwälzkörper (16) als Zylinderrollen oder als Kegelrollen ausgeführt sind. Wälzlageranordnung (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Schrägrollenlager (4) und das zweite Schrägrollenlager (5) in einer 0- Konfiguration angeordnet sind. Elektrisch betreibbarer Antriebsstrang (2) eines Kraftfahrzeugs (3), umfassend eine elektrische Maschine (28) und eine mit der elektrischen Maschine (28) gekoppelte Getriebeanordnung (29), wobei die elektrische Maschine (28) einen Stator (30) und einen relativ zum Stator (30) drehbar angeordneten Rotor (31 ) aufweist, wobei der Rotor (31 ) und/oder eine Welle der Getriebeanordnung (29) mittels einer Wälzlageranordnung (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche gelagert sind/ist.
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