DE102007027490A1 - Antriebsvorrichtung eines Fahrzeugs, insbesondere eines Kraftfahrzeugs - Google Patents

Antriebsvorrichtung eines Fahrzeugs, insbesondere eines Kraftfahrzeugs Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung eines Fahrzeugs, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, mit mindestens einer Brennkraftmaschine und mindestens einer Elektromaschine, wobei die Elektromaschine ein Rotorlager und einen mit einer Welle versehenen Rotor aufweist, der mittels des Rotorlagers drehbar gelagert und über die Welle mit einer weiteren, sich drehenden Fahrzeugkomponente, insbesondere Antriebsvorrichtungskomponente, gekoppelt ist. Es ist vorgesehen, dass das Rotorlager (35) ein Festlager (36) ist und dass der Rotor (12) über ein Loslager (17) drehfest auf der Welle (38) gelagert ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung eines Fahrzeugs, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, mit mindestens einer Brennkraftmaschine und mindestens einer Elektromaschine, wobei die Elektromaschine ein Rotorlager und einen mit einer Welle versehenen Rotor aufweist, der mittels des Rotorlagers drehbar gelagert ist und über die Welle mit einer weiteren, sich drehenden Fahrzeugkomponente, insbesondere Antriebvorrichtungsskomponente, gekoppelt ist.
  • Stand der Technik
  • Aus dem Stand der Technik sind Antriebsvorrichtungen der eingangs genannten Art bekannt. Diese weisen sowohl eine Brennkraftmaschine als auch eine elektrische Maschine auf, wobei die elektrische Maschine als Startermotor, Generator und/oder als elektrische Antriebsmaschine vorgesehen ist. Aus Gründen der Bauraumoptimierung wurde dabei dazu übergegangen, die Elektromaschine nicht parallel zu der Brennkraftmaschine, sondern in Reihe dazu anzuordnen beziehungsweise zu schalten. So ist beispielsweise aus der DE 199 16 459 A1 eine Elektromaschine bekannt, die zwischen der Brennkraftmaschine und einem sich an die Brennkraftmaschine anschließenden Getriebe geschaltet beziehungsweise angeordnet ist.
  • Durch ein derartiges, so genanntes „Add-On-Konzept" ist es möglich, die Elektromaschine platzsparend gegenüber einer über einen Riemen- oder Kettentrieb in einen Antriebsstrang eingebundenen Elektromaschine in die Antriebsvorrichtung einzugliedern. Der Rotor der Elektromaschine ist dabei mittels eines Rotorlagers drehbar gelagert und mit einer Welle versehen, die mit einer weiteren, sich drehenden Fahrzeugkomponente, wie zum Beispiel dem Getriebe, gekoppelt ist, sodass ein Antriebsdrehmoment von der Elektromaschine über das Getriebe auf Antriebsräder des Fahrzeugs übertragen werden kann.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Rotorlager ein Festlager ist und dass der Rotor über ein Loslager drehfest auf der Welle gelagert ist. Es ist also vorgesehen, dass das Rotorlager als Festlager ausgebildet ist, welches die Bewegungsfreiheitsgrade des Rotors auf eine Rotations- beziehungsweise Drehbewegung reduziert, sodass der Rotor axial und radial in seiner Position festgelegt ist. Weiterhin ist vorgesehen, dass der Rotor über ein Loslager drehfest auf der Welle gelagert ist. Das Loslager lässt dem Rotor somit einen gewissen Bewegungsfreiraum, sodass die Gesamt-Lagerung des Rotors nicht überbestimmt ist. Das Loslager erlaubt bevorzugt ein Verkippen und/oder ein Verschieben in axialer und/oder radialer Richtung, sodass der Rotor nicht aufgrund von baulichen oder betriebsbedingten Gegebenheiten verspannt und/oder verklemmt. Das Loslager dient hierbei also zweckmäßigerweise als Toleranzausgleich. Aufgrund des Festlagers läuft der Rotor stets in vorgegebener Position, sodass die Elektromaschine besonders effizient betrieben werden kann und ein Verspannen aufgrund des Loslagers verhindert wird. Wobei das Loslager eine drehfeste Verbindung von Rotor und Welle darstellt, sodass über das Loslager lediglich Rotationskräfte beziehungsweise Antriebsmomente übertragen werden. Hierbei spielt es natürlich keine Rolle, ob die Elektromaschine im generatorischen oder im motorischen Betrieb läuft.
  • Vorteilhafterweise ist der Rotor über das Festlager drehbar an der Elektromaschine gelagert. Das Festlager bildet also zweckmäßigerweise ein Element der Elektromaschine, sodass der Rotor stets in vorgegebener Position zu einem mit dem Rotor zusammenwirkenden Stator beziehungsweise Ständer der Elektromaschine rotiert/läuft. Durch die Lagerung über das Festlager an der Elektromaschine wirkt der Rotor stets, wie bereits gesagt, mit dem Ständer optimal zusammen, wobei er über das Loslager direkt auf der Welle gelagert ist. Die vorteilhafte Anordnung erlaubt eine besonders bauraumsparende Ausbildung der Antriebsvorrichtung, ohne dass Kompromisse in den Betriebseigenschaften der Elektromaschine beziehungsweise der Antriebsvorrichtung eingegangen werden müssen.
  • Besonders bevorzugt ist der Rotor über das Festlager an einem Lagerschild gelagert. Hierbei ist also vorgesehen, dass das Festlager an einem feststehenden Lagerschild angeordnet ist, wobei das Lagerschild ein Teil der Elektromaschine sein kann oder von der Brennkraftmaschine und/oder einer weiteren Komponente der Antriebsvorrichtung, wie zum Beispiel einer Kupplung beziehungsweise eines Kupplungsgehäuses, gebildet wird. Die dynamischen Kräfte des Rotors werden dabei von beiden Lagern der Eigenlagerung der Elektromaschine, also von dem Festlager und dem Loslager aufgenommen. Dies stellt eine Festlagerkombination für den Rotor dar.
  • Vorteilhafterweise ist das Lagerschild an einem Gehäuseflansch der Brennkraftmaschine und/oder des Getriebes und/oder der Elektromaschine befestig. Wesentlich dabei ist, dass das Lagerschild und damit der Rotor in Bezug auf den Ständer der Elektromaschine genau ausgerichtet und gelagert ist. Das Lagerschild kann beispielsweise mittels Verschrauben, Verklemmen, Verlöten, Verschweißen und/oder Verkleben an einer der obenstehenden Komponenten der Antriebsvorrichtung befestigt werden.
  • In einer vorteilhaften Ausbildung der Erfindung ist die Welle eine Getriebewelle eines Getriebes der Antriebsvorrichtung und/oder eine Kurbelwelle der Brennkraftmaschine. Der Rotor ist somit direkt auf einer Welle einer der Antriebskomponenten der Antriebsvorrichtung gelagert. Die Elektromaschine selbst weist somit keine eigene Welle auf, die mit den übrigen, rotierenden Antriebsstrangkomponenten gekoppelt ist. Durch die direkte Lagerung des Rotors der Elektromaschine auf einer bereits vorhandenen Welle der Antriebsvorrichtung wird besonders effizient Bauraum gespart, wobei das Loslager, wie bereits oben beschrieben, einen Toleranzausgleich erlaubt. Dieser ist hierbei insbesondere von Bedeutung, da die bereits vorhandenen Wellen, wie zum Beispiel die Getriebewelle, bereits ausreichend gelagert beziehungsweise bestimmt sind. Auch kann die Welle eine Abtriebs- oder Antriebswelle einer Kupplung der Antriebsvorrichtung sein.
  • Zweckmäßigerweise weist der Rotor eine die Welle aufnehmende Nabe auf, wobei die Nabe und die Welle zumindest im Bereich der Nabe derart ausgebildet sind, dass sie zusammen das Loslager bilden.
  • Bevorzugt ist das Festlager – in axialer Richtung gesehen – im Wesentlichen mittig zu dem Rotor beziehungsweise der Elektromaschine auf der Nabe angeordnet. Auf der Innenseite bildet die Nabe also zusammen mit der Welle das Loslager und auf der Außenseite ist das Festlager angeordnet. Vorteilhafterweise sind Rotor und/oder Nabe derart entsprechend geformt, dass die mittige Anordnung des Festlagers in Bezug auf den Rotor möglich ist. Dadurch ist der Rotor im Wesentlichen in seinem Schwerpunkt drehbar mittels des Festlagers gelagert und auch dort axial sowie radial festgelegt. Dies wirkt sich günstig auf die Rotationseigenschaften des Rotors in jedem Betriebszustand aus.
  • Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist das Festlager mindestens ein Wälzlager, insbesondere ein Rillenkugellager. Es ist also vorgesehen, dass das Festlager von einem oder mehreren Wälzlagern/Rillenkugellagern gebildet wird. Dabei liegt das Wälzlager bevorzugt mit seinem Innenring auf der Außenseite der Nabe auf. Die Nabe weist dazu vorteilhafterweise eine Lageraufnahme auf, die einen Axialanschlag bildet, an den das Wälzlager beziehungsweise der Innenring des Wälzlagers geschoben ist. In die andere (axiale) Richtung ist das Wälzlager vorteilhafterweise mittels eines Sicherungsrings beziehungsweise eines Spannrings, der in einer randoffenen, sich über den gesamten Umfang der Nabe erstreckenden Nut einliegt, an einer axialen Bewegung beziehungsweise Verschiebung gehindert. Die Lageraufnahme ist dabei im Wesentlichen mittig zu dem Rotor auf der Nabe angeordnet. Zweckmäßigerweise ist auf ähnliche Art und Weise ein Außenring des Wälzlagers an dem Lagerschild festgelegt. Das Lagerschild ragt dabei zumindest bereichsweise – in axialer Richtung gesehen – in den Rotor hinein, wobei eine besonders kompakte Bauform der Antriebsvorrichtung entsteht.
  • Weiterhin ist vorgesehen, dass das Loslager von einer Verzahnung gebildet ist. Die Verzahnung ist dabei also derart ausgebildet, dass sie der Lagerung des Rotors auf der Welle Loslagereigenschaften gibt. Hierbei weist der Rotor bevorzugt eine Innenverzahnung und die Welle eine Außenverzahnung auf, die ineinandergreifen, wobei die Innenverzahnung zweckmäßigerweise an der Nabe angeordnet ist. Vorteilhafterweise erstreckt sich die Innenverzahnung über die gesamte axiale Länge der Nabe. Bevorzugt erstreckt sich die Außenverzahnung der Welle – in axialer Richtung gesehen – über einen weiteren Bereich als die Innenverzahnung, sodass die Nabe auf der Welle zumindest axial verschieblich ist, wobei stets das gleiche Drehmoment-Übertragungsverhalten gewährleistet ist. Die Innenverzahnung und die Außenverzahnung sind darüber hinaus vorteilhafterweise derart ausgebildet, dass der zuvor erwähnte Toleranzausgleich gewährleistet ist. Dabei sind Innenverzahnung und Außenverzahnung derart ausgebildet, dass zum Beispiel ein Verkippen der Welle in der Nabe möglich ist, ohne dass der Rotor mit radialen (Kipp-)Kräften von der Welle beaufschlagt ist. Die Verzahnung ist derart ausgebildet, dass lediglich eine Drehmomentübertragung zwischen Welle und Rotor beziehungsweise Welle und Nabe stattfindet. Hierdurch werden auch Toleranzen aufgrund von auftretenden temperaturbedingten Längen- und/oder Lageänderungen wirkungsvoll ausgeglichen. Alternativ zu der Verzahnung ist auch jede andere ein Loslager bildende Welle-Nabe-Verbindung denkbar, wie zum Beispiel ein Kegelspannsatz, mindestens eine Passfeder, eine Keilwelle, ein Polygonprofil von Welle und/oder Nabe und/oder mindestens ein Spannelement, das zumindest einen Bewegungsfreiheitsgrad zulässt.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Im Folgenden soll die Erfindung anhand einer Figur näher erläutert werden. Dazu zeigt die
  • Figur eine Schnittdarstellung einer vorteilhaften Antriebsvorrichtung.
  • Ausführungsform(en) der Erfindung
  • Die Figur zeigt in einer Schnittdarstellung ein Ausführungsbeispiel einer vorteilhaften Antriebsvorrichtung 1 eines Kraftfahrzeugs. Die Antriebsvorrichtung 1, die hier nur abschnittsweise dargestellt ist, weist eine Brennkraftmaschine 2 auf, deren Kurbelwelle 3 über eine hydraulisch betätigte Reibkupplung 4 mit einer Getriebewelle 5 eines Getriebes 6 wirkverbindbar ist. Von dem Getriebe 6 ist hier nur ein kleiner, das Getriebegehäuse 7 andeutender Abschnitt dargestellt. Zwischen der Kupplung 4 und dem Getriebe 6 ist hierbei eine Elektromaschine 8 angeordnet. Die Elektromaschine 8 ist in einem Kupplungsgehäuse 9 der Kupplung 4, welches sich zwischen einem Gehäuse 10 der Brennkraftmaschine und dem Getriebegehäuse 7 erstreckt, angeordnet. Die Elektromaschine 8 weist einen Ständer 11 auf, der fest in dem Gehäuse 9 angeordnet ist, und einen Rotor 12, der direkt auf der Getriebewelle 5 angeordnet ist.
  • Der Rotor 12 weist eine Nabe 13 auf, in der die Getriebewelle 5 aufgenommen ist. Die Getriebewelle 5 weist im Bereich der Nabe 13 eine Außenverzahnung 14 auf, die mit einer Innenverzahnung 15 der Nabe 13 zusammenwirkt, wodurch eine Verzahnung 16 zwischen Rotor 12 und Getriebewelle 5 gebildet ist. Die Innenverzahnung 15 erstreckt sich dabei über die gesamte axiale Länge der Nabe 13. Die Außenverzahnung 14 erstreckt sich über einen weiteren Bereich, sodass Getriebewelle 5 und Rotor 12 axial zueinander verschiebbar so gelagert sind, dass stets ein ausreichender Formschluss zur Übertragung von Drehmomenten zur Verfügung steht. Vorteilhafterweise ist die Verzahnung 16 weiterhin derart ausgebildet, dass Rotor 12 und Getriebewelle 5 zueinander verkippbar und/oder radial zueinander verschiebbar sind. Die Verzahnung 16 bildet somit ein Loslager 17 für den Rotor 12 der Elektromaschine 8. Dadurch wird ermöglicht, dass die Drehachsen des Rotors 12 und der Getriebewelle 5 nicht koaxial zueinander ausgerichtet sein müssen.
  • An dem – in axialer Richtung gesehen – getriebeseitigen Ende der Nabe 13 erstreckt sich von der Nabe 13 ein Steg 18 des Rotors 12 zunächst radial nach außen, dann parallel zur Nabe 13, sodass ein Freiraum 19 gebildet wird, und anschließend wieder radial nach außen. An seinem freien, äußeren Ende ist der Steg 18 über eine Verschraubung mit einem Rotorrad 20 des Rotors 12 verbunden. Auf dem Rotorrad 20 sind umfänglich Magnete angeordnet, die mit am Ständer 11 angeordneten Wicklungen zusammenwirken. An dem vom Getriebe wegweisenden Ende der Nabe 13 ist eine Lageraufnahme 21 ausgebildet, die einen axialen Anschlag 22 aufweist. Auf die Lageraufnahme 21 ist ein Innenring 23 eines als Rillenkugellager 24 ausgebildeten Wälzlagers 25 bis an den Anschlag 22 aufgeschoben. Auf der dem Anschlag 22 gegenüberliegenden Seite der Lageraufnahme 21 ist eine sich über den gesamten Umfang erstreckende, randoffene Nut 26 ausgebildet, in der ein Sicherungsring 27 einliegt. Der Anschlag 22 und der Sicherungsring 27 bilden hierbei eine axiale Sicherung für den Innenring 23 des Wälzlagers 25, sodass dieses auf der Nabe 13 beziehungsweise dem Rotor 12 axial festgelegt ist. Die Lageraufnahme 21 ist mit Vorteil zumindest im Wesentlichen mittig zu dem Rotor 12 beziehungsweise der Elektromaschine 8 angeordnet, sodass sich besonders günstige Laufbedingungen für den Rotor 12 ergeben. Ein Außenring 28 des Wälzlagers 25 ist in eine Lageraufnahme 29 eines Lagerschilds 30, das mittels einer Verschraubung 31 am Kupplungsgehäuse 9 befestigt ist, angebracht. Die Lageraufnahme 29 weist ebenfalls einen Axialanschlag 32 auf, bis zu dem das Wälzlager 25 beziehungsweise der Außenring 28 aufgeschoben ist. Ein in einer sich über den gesamten Umfang der Lageraufnahme 29 erstreckenden, randoffenen Nut 33 einliegender Sicherungsring 34 ist gegenüber dem Axialanschlag 32 angeordnet, sodass der Außenring 28 des Wälzlagers 25 in einer axialen Position festgehalten ist. Das Wälzlager 25 bildet somit ein Rotorlager 35, das als Festlager 36 ausgebildet ist. Über das Festlager 36 ist der Rotor 12 drehbar gelagert, wobei das Festlager 36 die Position des Rotors 12 sowie seine Drehachse festlegt. Das Kupplungsgehäuse 9 ist hierbei als Gehäuseflansch 37 ausgebildet, sodass das Lagerschild 30 an dem Gehäuseflansch 37 des Getriebes 6 befestigt ist. Das Getriebe 6 und die Elektromaschine 8 können somit als eine Einheit beziehungsweise eine Baugruppe verwendet werden. Das Lagerschild 30 stellt dabei einen Bestandteil der Elektromaschine 8 dar. Das Lagerschild 30 ist dabei derart geformt, dass es – axial gesehen – in den Rotor 12 hineinragt, wobei ein die Lageraufnahme 29 aufweisender, kreiszylinderförmiger Vorsprung in den Freiraum 19 des Rotors 12 hineinragt, wodurch der vorhandene Bauraum vorteilhaft ausgenutzt werden kann.
  • Im Betrieb sorgt das Festlager 36 dafür, dass der Rotor 12 sich stets in einer vorgegebenen Position befindet und rotiert, wohingegen das Loslager 17 einen Toleranzausgleich für die eine Welle 38 des Rotors 12 bildende Getriebewelle 5 erlaubt, wobei die Getriebewelle 5 beispielsweise verkippt in der Nabe 13 liegen kann. Dadurch wird eine Überbestimmung des Rotors 12 beziehungsweise ein Verklemmen oder Verspannen der Elektromaschine 8 auf einfache Art und Weise verhindert. Gleichzeitig können betriebsbedingte, temperaturabhängige Längenänderungen der Getriebewelle 5 ausgeglichen werden.
  • Insgesamt bietet die vorliegende Antriebsvorrichtung 1 eine besonders einfache und kostengünstige Möglichkeit, die Elektromaschine 8 in die Antriebsvorrichtung 1 zu integrieren. Wobei der Rotor Lagerungseigenschaften einer eigengelagerten Elektromaschine 8 aufweist und dennoch direkt auf der Getriebewelle 5 gelagert ist.
  • Natürlich ist es auch denkbar, die Elektromaschine 8 beziehungsweise den Rotor 12 der Elektromaschine 8 direkt auf der Kurbelwelle 3 oder einer zu der Kupplung 4 gehörenden Welle zu lagern. Wesentlich dabei ist, dass der Rotor 12 direkt über eine Loslagerung auf der entsprechenden Welle drehfest und über eine Festlagerung drehbar an der Antriebsvorrichtung gelagert ist.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - DE 19916459 A1 [0002]

Claims (11)

  1. Antriebsvorrichtung eines Fahrzeugs, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, mit mindestens einer Brennkraftmaschine und mindestens einer Elektromaschine, wobei die Elektromaschine ein Rotorlager und einen mit einer Welle versehenen Rotor aufweist, der mittels des Rotorlagers drehbar gelagert und über die Welle mit einer weiteren, sich drehenden Fahrzeugkomponente, insbesondere Antriebsvorrichtungskomponente, gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Rotorlager (35) ein Festlager (36) ist und das der Rotor (12) über ein Loslager (17) drehfest auf der Welle (38) gelagert ist.
  2. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (12) über das Festlager (36) drehbar an der Elektromaschine (8) gelagert ist.
  3. Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (12) über das Festlager (36) an einem Lagerschild (30) an der Elektromaschine (8) gelagert ist.
  4. Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Lagerschild (30) an einem Gehäuseflansch (37) der Brennkraftmaschine (2) und/oder des Getriebes (6) befestigt ist.
  5. Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (38) eine Getriebewelle (5) eines Getriebes (6) und/oder eine Kurbelwelle (3) der Brennkraftmaschine (2) ist.
  6. Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (12) eine die Welle (38) aufnehmende Nabe (13) aufweist.
  7. Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Festlager (36) – in axialer Richtung gesehen – im Wesentlichen mittig zum Rotor (12) auf der Nabe (13) angeordnet ist.
  8. Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Festlager (36) mindestens ein Wälzlager (25), insbesondere ein Rillenkugellager (24) ist.
  9. Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Loslager (17) von einer Verzahnung (16) gebildet ist.
  10. Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Loslager (17) von einem Kegelspannsatz, mindestens einer Passfeder, einer Keilwelle, mindestens einem Spannelement und/oder einem Polygonprofil gebildet ist.
  11. Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (12) eine Innenverzahnung (15) und die Welle (38) eine Außenverzahnung (14) aufweist.
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