DE102011082017B4

DE102011082017B4 - Lageranordnung für eine Antriebsvorrichtung

Info

Publication number: DE102011082017B4
Application number: DE102011082017.5A
Authority: DE
Inventors: Frank Steiner; Ramon JURJANZ; Tomas Smetana
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2011-09-01
Filing date: 2011-09-01
Publication date: 2022-03-17
Anticipated expiration: 2031-09-02
Also published as: DE102011082017A1

Abstract

Lageranordnung für eine Antriebsvorrichtung (1) mit mindestens einer elektrischen Maschine (3) mit einem Rotor (7), der mit einer Leistungsübertragungseinheit (8) mechanisch verbunden ist und wobei die Leistungsübertragungseinheit (8) mit einer durch eine Rotorwelle (7a) des Rotors (7) der mindestens einen elektrischen Maschine (3) hindurchgeführten Ritzelwelle (5) mit einem Differenzial (4) mechanisch gekoppelt ist, wobei die Rotorwelle (7a) mittels einem ersten Wälzlager (9) und einem zweiten Wälzlager (14) und die Ritzelwelle (5) mittels einem dritten Wälzlager (15) und einem vierten Wälzlager (16) gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Lagerpatrone (20) das zweite Wälzlager (14), das dritte Wälzlager (15) und das vierte Wälzlager (16) aufnimmt und dass sich ein Außenring (27) des zweiten Wälzlagers (14) an der Lagerpatrone (20) abstützt.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Lageranordnung für eine Antriebsvorrichtung. Im Besonderen umfasst die Lageranordnung mindestens eine elektrische Maschine mit einem Rotor, der mit einer Leistungsübertragungseinheit mechanisch verbunden ist. Die Leistungsübertragungseinheit ist mit einer durch eine Rotorwelle des Rotors der mindestens einen elektrischen Maschine hindurchgeführten Ritzelwelle mit einem Differenzial mechanisch gekoppelt. Die Rotorwelle ist dabei mittels einem ersten Wälzlager und einem zweiten Wälzlager und die Ritzelwelle mittels einem dritten Wälzlager und einem vierten Wälzlager gelagert.
Hintergrund der Erfindung
Antriebsvorrichtungen der eingangs beschriebenen Art sind in den deutschen Offenlegungsschriften DE 37 05 607 A1 , DE 10 2004 024 086 A1 , DE 10 2006 023 577 A1 sowie im amerikanischen Patent US 7 164 179 B2 offenbart. Auch die Lagerung der Rotorwelle und der Ritzelwelle erfolgt hier jeweils mittels zweier Wälzlager, wobei aber allein die Lagerung der Rotorwelle beidseitig in einem einzelnen Lagerschild gelagert ist, d .h. ein erstes als auch ein zweites Wälzlager ist jeweils durch ein separates Lagerschild aufgenommen. Somit wird allein für die Lagerung der Rotorwelle eine beidseitige Befestigung zu einem Gehäuse der Antriebsvorrichtung benötigt, wodurch viel Bauraum beansprucht wird.
Eine aus einer elektrischen Maschine und einem Getriebe gebildete Antriebsvorrichtung ist in EP 1 354 744 A2 offenbart. Die Rotorwelle der elektrischen Maschine ist mit einem Stirnradritzel versehen. Das Stirnradritzel kämmt mit einem Stirnrad einer Zwischenwelle, über welche Leistungen zu einem Differenzial übertragen werden. Sowohl die Rotorwelle als auch die Zwischenwelle und der Differenzialkorb des Differenzials sind jeweils mit zwei Kugellagern gelagert. Eine in dem vorgenannten Sinne vergleichbare Antriebsvorrichtung ist auch mit der JP 2009 121 552 A offenbart.
Zur Lagerung von Ritzelwellen werden oft gegeneinander angestellte sowie vorgespannte Schräglager verwendet. Ein Beispiel einer derartigen Lageranordnung ist mit DE 10 2009 018 673 A1 offenbart. Zwei Kegelrollenlager sind mit einem gemeinsamen Außenring versehen. Jeder Reihe Kegelrollen ist ein Innenring zugeordnet. Beide Innenringe sind jedoch drehfest aber axial gegeneinander verschiebbar miteinander verbunden und mittels einer Axialverstelleinheit lastabhängig gegeneinander vorspannbar.
Ein weiteres Beispiel einer Ritzelwellen-Lageranordnung ist mit zwei gegeneinander angestellten Wälzlagern ist aus DE 10 2004 047 329 A1 bekannt.
Eine weitere Antriebsvorrichtung mit einem elektromotorischen Antrieb ist mit der DE 11 2008 000 534 T5 offenbart. Sowohl die Rotorwelle der elektrischen Maschine als auch die zur Rotorwelle achsparallel angeordneten Getriebewellen und -module eines Getriebes sind mit Kugellagern bzw. Schrägkugellagern gelagert.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lageranordnung für eine Antriebsvorrichtung zu schaffen, die einfach, kostengünstig und kompakt gebaut ist und dementsprechend wenig Bauraum beansprucht und leicht montierbar ist.
Die Aufgabe wird durch eine Lageranordnung für eine Antriebsvorrichtung gelöst, die die Merkmale des Anspruchs 1 umfasst.
Die erfindungsgemäße Lageranordnung für eine Antriebsvorrichtung umfasst mindestens eine elektrische Maschine mit einem Rotor. Die elektrische Maschine ist wahlweise als Elektromotor oder als Generator schaltbar und umfasst neben dem Rotor noch einen Stator. Der Stator ist an einem Gehäuse der Antriebsvorrichtung befestigt.
Der Rotor ist mit einer Leistungsübertragungseinheit mechanisch verbunden. Die Leistungsübertragungseinheit ist mit einer durch eine Rotorwelle des Rotors der mindestens einen elektrischen Maschine hindurchgeführten Ritzelwelle mit einem Differenzial mechanisch gekoppelt. Die Rotorwelle ist dabei mittels einem ersten Wälzlager und einem zweiten Wälzlager und die Ritzelwelle mittels einem dritten Wälzlager und einem vierten Wälzlager gelagert. Ferner ist die Rotorwelle als Hohlwelle ausgebildet, in der die Ritzelwelle berührungslos zur Rotorwelle steckt.
Insbesondere kann die Leistungsübertragungseinheit eine Kupplung oder eine Getriebe sein, wie beispielsweise ein Planetenradgetriebe. Ebenso ist es vorstellbar, dass die Leistungsübertragungseinheit eine Kombination von Kupplung oder Getriebe ist. Durch diese Anordnung ist die durch die mindestens eine elektrische Maschine hindurchgeführte Ritzelwelle konzentrisch zur Rotorwelle, zu dem Stator und zu dem Rotor entlang einer Hauptachse gelagert.
Im Besonderen ist die mechanische Kopplung der Ritzelwelle ein Winkeltrieb, der weiter noch durch ein Ritzel und ein Tellerrad gebildet ist. Das Ritzel ist beispielsweise ein Kegelrad, welches drehfest auf der Ritzelwelle sitzt. Das Tellerrad ist fest auf einem Differenzialkorb des Differenzials befestigt. Das Differenzial ist aus dem Differenzialkorb, in welchem Ausgleichsräder gelagert sind und aus Achswellenrädern, welche drehbar in dem Differenzialkorb gelagert sind sowie mit den Ausgleichsrädern im Zahneingriff stehen, gebildet. Die Achswellen sind dann mit Flanschen versehen, über die Verbindungen mit angetriebenen Wellen/Rädern hergestellt werden. Der Winkeltrieb entsteht somit durch den Zahneingriff des Ritzels in eine Verzahnung des Tellerrads.
Erfindungsgemäß nimmt eine Lagerpatrone das zweite Wälzlager, das dritte Wälzlager und das vierte Wälzlager auf. Ferner stützt sich erfindungsgemäß ein Außenring des zweiten Wälzlagers an der Lagerpatrone ab. Im Besonderen stützt sich eine Mehrzahl von Wälzkörpern des dritten und vierten Wälzlagers an der Lagerpatrone ab, so dass deren äußere Wälzkörperlaufbahnen direkt an der Lagerpatrone ausgebildet sind. Dadurch, dass die äußeren Wälzkörperbahnen direkt an der Lagerpatrone ausgebildet sind, ist die Lagerpatrone für die Mehrzahl der Wälzkörper des dritten und vierten Wälzlagers ein gemeinsamer als Außenring ausgeführter Lagerring.
In einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lageranordnung ist die Lagerpatrone mit mindestens einem Flansch an einem Gehäuse der Antriebsvorrichtung befestigt. Vorzugweise ist die Befestigung als eine Schraubverbindung ausgebildet.
Die Rotorwelle ist auf einem Innenring des zweiten Wälzlagers aufgenommen. Der Rotor ist somit über den Innenring und einer Mehrzahl von Wälzköpern vom zweiten Wälzlager an der Lagerpatrone und über den Flansch am Gehäuse befestigt.
In einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen nimmt ein Lagerschild das erste Wälzlager auf. Dabei stützt sich ein Außenring des ersten Wälzlagers an dem Lagerschild ab. Das erste Wälzlager weist ferner eine Mehrzahl von Wälzkörpern auf, die radial zwischen dem Außenring und eines zum ersten Wälzlager gehörigen Innenring angeordnet sind. Im Besonderen ist die Rotorwelle auch hier, wie beim zweiten Wälzlager, auf dem Innenring gelagert. Über das Lagerschild wird das erste Wälzlager an der Antriebsvorrichtung befestigt, vorzugsweise angeschraubt.
Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, dass durch die Anordnung von dem zweiten, dritten und vierten Wälzlager in der Lagerpatrone eine kompakte und kostengünstige Bauweise geschaffen ist, die lediglich eine Befestigung an dem Gehäuse der Antriebsvorrichtung braucht.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Lageranordnung für eine Antriebsvorrichtung ist, dass das als zweite Wälzlager ausgebildete Loslager eine Schnittstelle zwischen dem Rotor und der Lagerpatrone bildet, was eine einfache Montage beider Baugruppen, sprich Baukomponenten für die Lagerung von Ritzel- und Rotorwelle, ermöglicht.
In einer weiteren Ausführungsform sind in einem Außenring des ersten Wälzlagers und in einem Außenring des zweiten Wälzlagers jeweils mindestens ein O-Ring und jeweils mindestens ein Dichtring angeordnet. Dadurch ist zum einen der Motorraum der elektrischen Maschine von jeglichen Öl der ölgeschmierten Leistungsübertragungseinheit getrennt und zum anderen die Rotorwelle statisch abgedichtet.
In einer weiteren Ausführungsform sind dem ersten Wälzlager eine Wellenschulter der Rotorwelle und ein Sicherungsring zugeordnet. Somit ist das erste Wälzlager ein Festlager, das sich dadurch auszeichnet, dass der Innenring nach links abgestützt und nach rechts mit einem in eine Wellennut eingelassenen Sicherungsring fixiert ist. Vorzugsweise ist bei der Ausführungsform des ersten Wälzlagers als Festlager, das zweite Wälzlager ein Loslager. Sowohl das erste als auch das zweite Wälzlager ist in einer bevorzugten Ausführungsform ein Kugellager. Hingegen das dritte und das vierte Wälzlager in einer bevorzugten Ausführungsform ein Kegelrollenlager ist. Beide Kegelrollenlager sind vorzugsweise in einer „O“-Anordnung durch eine Vorspannmutter axial vorgespannt sind.
Im Folgenden sollen Ausführungsbeispiele die Erfindung und ihre Vorteile anhand der beigefügten Figuren näher erläutern. Die Größenverhältnisse in den Figuren entsprechen nicht immer den realen Größenverhältnissen, da einige Formen vereinfacht und andere Formen zur besseren Veranschaulichung vergrößert im Verhältnis zu anderen Elementen dargestellt sind. Dabei zeigen:

1 eine Wirkungskette zur Erläuterung der Funktionsweise der erfindungsgemäßen Lageranordnung für eine Antriebsvorrichtung nach 2;
2 eine schematische Teilansicht der erfindungsgemäßen Lageranordnung für eine Antriebsvorrichtung; und
3 eine Detailansicht des Ausschnitts D nach 2.

Für gleiche oder gleich wirkende Elemente der Erfindung werden identische Bezugszeichen verwendet. Ferner werden der Übersicht halber nur Bezugszeichen in den einzelnen Figuren dargestellt, die für die Beschreibung der jeweiligen Figur erforderlich sind. Die dargestellten Ausführungsformen stellen lediglich Beispiele dar, wie die erfindungsgemäße Lageranordnung für eine Antriebsvorrichtung ausgestaltet sein kann und stellen somit keine abschließende Begrenzung der Erfindung dar.
1 zeigt eine Wirkungskette zur Erläuterung der Funktionsweise der erfindungsgemäßen Lageranordnung für eine Antriebsvorrichtung 1 nach 2. Die Antriebsvorrichtung 1 weist mindestens eine elektrische Maschine 3 und ein Differenzial 4 auf. Die elektrische Maschine 3 ist über eine nicht weiter dargestellte Leistungsübertragungseinheit 8, wie beispielsweise ein Getriebe, mit einer durch eine Rotorwelle 7a (siehe 2) hindurchgeführten Ritzelwelle 5 mit dem Differenzial 4 mechanisch gekoppelt.
Eine ausführliche Beschreibung bzgl. der mechanischen Kopplung und einzelnen weiteren Lagerkomponenten ist bereits eingehend beschrieben, so dass auf eine weitere Beschreibung an dieser Stelle verzichtet wird.
2 zeigt eine schematische Teilansicht der erfindungsgemäßen Lageranordnung für eine Antriebsvorrichtung 1. Die Antriebsvorrichtung 1 umfasst in der dargestellten Ausführungsform eine elektrische Maschine 3 mit einem Rotor 7 und einem Stator 6, die beide jeweils um eine Hauptachse 2 angeordnet sind.
Wie bereits zu 1 beschrieben, umfasst die Lageranordnung der Antriebsvorrichtung 1 eine Rotorwelle 7a und eine Ritzelwelle 5. Die Rotorwelle 7 ist mittels einem ersten Wälzlager 9 und einem zweiten Wälzlager 14 gelagert, wobei das erste Wälzlager 9 ein Festlager und das zweite Wälzlager 14 ein Loslager ist (Fest-Los-Lagerung in 3 genauer beschrieben). Die Loslagerung des zweiten Wälzlagers 14 bringt den Vorteil mit sich, dass, wenn die Rotorwelle 7a sich aufgrund von Temperaturänderungen ausdehnt, der Schiebesitz des Loslagers diese thermische Ausdehnung ausgleichen kann.
Die Ritzelwelle 5 ist mittels einem dritten Wälzlager 15 und einem vierten Wälzlager 16 gelagert, welche gemäß dieser Ausführungsform als Kegelrollenlager in einer „O“-Anordnung zusammen mit einem Innenring 28 des dritten Wälzlagers 15 und einem Innenring 29 des vierten Wälzlagers 16 durch eine Vorspannmutter 40 (siehe 3) axial vorgespannt sind.
Erfindungsgemäß nimmt eine Lagerpatrone 20 das zweite Wälzlager 14, das dritte Wälzlager 15 und das vierte Wälzlager 16 auf, wobei sich ein Außenring 27 (siehe 3) des zweiten Wälzlagers 14 an der Lagerpatrone 20 abstützt. Vorzugsweise stützt sich eine Mehrzahl von Wälzkörpern 15a des dritten Wälzlagers 15 und eine Mehrzahl von Wälzkörpern 16a des vierten Wälzlagers 16 direkt an der Lagerpatrone 20 ab, so dass deren äußere Wälzkörperlaufbahnen 15b, 16b direkt an der Lagerpatrone 20 ausgebildet sind. Ferner ist die Lagerpatrone 20 hier mit einem Flansch 21 an einem Gehäuse 22 der Antriebsvorrichtung 1 festgeschraubt.
Weitere Elemente sind der Übersicht wegen hier nicht eingezeichnet, so dass an dieser Stelle auf 3 verwiesen wird.
3 zeigt eine Detailansicht des Ausschnitts D nach 2. Wie bereits aufgeführt, ist das erste Wälzlager 9 ein Festlager, das nach links durch eine Wellenschulter 33 der Rotorwelle 7a abgestützt und nach rechts mit einem in eine Wellennut 35 eingelassenen Sicherungsring 34 fixiert ist. Das zweite Wälzlager 14 ist ein Loslager. Beide Wälzlager 9, 14 weisen jeweils einen O-Ring 31 und einen Dichtring 32 auf, so dass die elektrische Maschine 3 (siehe 2) von der ölgeschmierten Leistungsübertragungseinheit 8 (siehe 1) getrennt angeordnet und ferner noch die Rotorwelle 7a statisch abgedichtet ist.
Die Rotorwelle 7a ist auf einem Innenring 26 des zweiten Wälzlagers 14 aufgenommen. Der Rotor 7 ist somit über den Innenring 26 und einer Mehrzahl von Wälzköpern 14a vom zweiten Wälzlager 14 an der Lagerpatrone 20 und über den Flansch 21, wie bereits in 2 dargestellt, am Gehäuse 22 befestigt.
Das erste Wälzlager 9 ist in einem Lagerschild 12 aufgenommen, das an Antriebsvorrichtung 1 angeschraubt wird. Dabei stützt sich ein Außenring 25 des ersten Wälzlagers 9 an dem Lagerschild 12 ab, wobei eine Mehrzahl von Wälzkörpern 9a radial zwischen dem Außenring 25 und einem Innenring 24 angeordnet sind. Auch hier ist die Rotorwelle 7a über den Innenring 24 gelagert.
Durch die Anordnung der drei Wälzlager 14, 15, 16 in der Lagerpatrone 20 und des ersten Wälzlagers 9 in dem Lagerschild 12 ist eine kompakte Bauweise geschaffen, die insgesamt, d. h. für die Rotor- und Ritzelwelle, lediglich zwei Befestigungen am Gehäuse 22 der Antriebsvorrichtung 1 benötigt.
Bezugszeichenliste

1: Antriebsvorrichtung
2: Hauptachse
3: Elektrische Maschine
4: Differenzial
5: Ritzelwelle
6: Stator
7: Rotor
7a: Rotorwelle
8: Leistungsübertragungseinheit
9: erstes Wälzlager
9a: Wälzkörper des ersten Wälzlagers
12: Lagerschild
14: zweites Wälzlager
14a: Wälzkörper des zweiten Wälzlagers
15: drittes Wälzlager
15a: Wälzkörper des dritten Wälzlagers
16: viertes Wälzlager
16a: Wälzkörper des vierten Wälzlagers
20: Lagerpatrone
21: Flansch
22: Gehäuse
24: Innenring des ersten Wälzlagers
25: Außenring des ersten Wälzlagers
26: Innenring des zweiten Wälzlagers
27: Außenring des zweiten Wälzlagers
28: Innenring des dritten Wälzlagers
29: Innenring des vierten Wälzlagers
31: O-Ring
32: Dichtring
33: Wellenschulter
34: Sicherungsring
35: Wellennut
D: Ausschnitt

Claims

Lageranordnung für eine Antriebsvorrichtung (1) mit mindestens einer elektrischen Maschine (3) mit einem Rotor (7), der mit einer Leistungsübertragungseinheit (8) mechanisch verbunden ist und wobei die Leistungsübertragungseinheit (8) mit einer durch eine Rotorwelle (7a) des Rotors (7) der mindestens einen elektrischen Maschine (3) hindurchgeführten Ritzelwelle (5) mit einem Differenzial (4) mechanisch gekoppelt ist, wobei die Rotorwelle (7a) mittels einem ersten Wälzlager (9) und einem zweiten Wälzlager (14) und die Ritzelwelle (5) mittels einem dritten Wälzlager (15) und einem vierten Wälzlager (16) gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Lagerpatrone (20) das zweite Wälzlager (14), das dritte Wälzlager (15) und das vierte Wälzlager (16) aufnimmt und dass sich ein Außenring (27) des zweiten Wälzlagers (14) an der Lagerpatrone (20) abstützt.
Lageranordnung für eine Antriebsvorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei die Lagerpatrone (20) mit mindestens einem Flansch (21) an einem Gehäuse (22) der Antriebsvorrichtung (1) befestigt ist.
Lageranordnung für eine Antriebsvorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei ein Lagerschild (12) das erste Wälzlager (9) aufnimmt und sich ein Außenring (25) des ersten Wälzlagers (9) an dem Lagerschild (12) abstützt.
Lageranordnung für eine Antriebsvorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei in einem Außenring (25) des ersten Wälzlagers (9) und in einem Außenring (27) des zweiten Wälzlagers (14) jeweils mindestens ein O-Ring (31) und jeweils mindestens ein Dichtring (32) angeordnet ist.
Lageranordnung für eine Antriebsvorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei dem ersten Wälzlager (9) eine Wellenschulter (33) der Rotorwelle (7a) und ein Sicherungsring (34) zugeordnet ist.
Lageranordnung für eine Antriebsvorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das erste Wälzlager (9) ein Festlager und das zweite Wälzlager (14) ein Loslager ist.
Lageranordnung für eine Antriebsvorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das erste Wälzlager (9) und das zweite Wälzlager (14) ein Kugellager ist.
Lageranordnung für eine Antriebsvorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das dritte Wälzlager (15) und das vierte Wälzlager (16) ein Kegelrollenlager ist.