DE102014222503A1

DE102014222503A1 - Antriebsanordnung für ein Fahrzeug mit Verbindungseinrichtung zum axialen Längenausgleich

Info

Publication number: DE102014222503A1
Application number: DE102014222503.5A
Authority: DE
Inventors: Norbert Radinger; Thomas Schauer; Philipp Storner; Philip Wurzberger
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2014-11-04
Filing date: 2014-11-04
Publication date: 2016-05-04

Abstract

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Antriebsanordnung für ein Fahrzeug vorzuschlagen, welche die Funktion und/oder die Lebensdauer der Antriebsanordnung verbessert. Hierzu wird eine Antriebsanordnung 2 für ein Fahrzeug 1 mit einem Elektromotor 3 zur Erzeugung eines Antriebsdrehmoments M, mit einem Getriebeabschnitt 4, wobei der Getriebeabschnitt 4 mindestens eine Getriebestufe aufweist, wobei ein Momentenpfad des Antriebsdrehmoments M zwischen dem Elektromotor 3 und dem Getriebeabschnitt 4 verläuft, und mit einer Verbindungseinrichtung 9, wobei die Verbindungseinrichtung 9 einen Wellenabschnitt 12 und einen Nabenabschnitt 13 als Verbindungspartner 11 umfasst, wobei die Verbindungseinrichtung 9 in dem Momentenpfad angeordnet ist und wobei die Verbindungseinrichtung 9 eine Verbindungsachse 10 definiert, vorgeschlagen, wobei die Verbindungseinrichtung 9 mindestens einen Wälzkörper 17 aufweist, wobei der Wellenabschnitt 12 mindestens eine Wellennut 14 und der Nabenabschnitt 13 mindestens eine Nabennut 15 aufweist, so dass mindestens ein in der axialen Richtung der Verbindungsachse 10 verlaufendes Wellennut-Nabennut-Paar 16 gebildet ist, wobei der mindestens eine Wälzkörper 17 in dem mindestens einen Wellennut-Nabennut-Paar 16 angeordnet ist, so dass der Wellenabschnitt 12 relativ zu dem Nabenabschnitt 13 über den mindestens einen Wälzkörper 17 in der axialen Richtung der Verbindungsachse 10 verschiebbar ist und in der Umlaufrichtung um die Verbindungsachse 10 durch den mindestens einen Wälzkörper 17 formschlüssig verbunden ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Antriebsanordnung für ein Fahrzeug mit einem Elektromotor zur Erzeugung eines Antriebsdrehmoments, mit einem Getriebeabschnitt, wobei der Getriebeabschnitt mindestens eine Getriebestufe aufweist, wobei ein Momentenpfad des Antriebsdrehmoments zwischen dem Elektromotor und dem Getriebeabschnitt verläuft, mit einer Verbindungseinrichtung, wobei die Verbindungseinrichtung einen Wellenabschnitt und einen Nabenabschnitt als Verbindungspartner umfasst, wobei die Verbindungseinrichtung in dem Momentenpfad angeordnet ist und wobei die Verbindungseinrichtung eine Verbindungsachse definiert.
Bei elektrischen Antrieben wird durch den Momentenpfad ausgehend vom Motor bis hin zu den angetriebenen Rädern eine Vielzahl von Antriebsstrangabschnitten durchlaufen. Während der maßgebliche Fokus darauf liegt, das Drehmoment entlang des Antriebsstrangs zu führen, wurde beispielsweise innerhalb eines Getriebes eines derartigen elektrischen Antriebs festgestellt, dass ein axialer Längenausgleich vorteilhaft ist, z.B. um Fertigungstoleranzen zwischen zwei Getriebestufen zu kompensieren.
In diesem Zusammenhang schlägt die Druckschrift DE 10 2010 055 410 A1 , die wohl den nächstkommenden Stand der Technik bildet, für eine Getriebeanordnung für eine elektrisch antreibbare Achse eines Kraftfahrzeugs vor, innerhalb der Getriebeanordnung zwischen zwei Planetenradgetriebestufen zum Längenausgleich eine Wellenverbindung aus drehfest und zugleich axial verschiebbaren ineinandersteckbaren Wellenteilen vorzusehen. Der Vorteil ist, dass eine solche Steckverbindung zum einen die Übertragung einer Antriebsleistung zwischen den Planetenradgetriebestufen und zum anderen einen Längenausgleich durch eine axiale Verschiebung der Wellenteile zueinander ermöglicht.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Antriebsanordnung für ein Fahrzeug vorzuschlagen, welche die Funktion und/oder die Lebensdauer der Antriebsanordnung verbessert. Diese Aufgabe wird durch eine Antriebsanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren.
Im Rahmen der Erfindung wird eine Antriebsanordnung vorgeschlagen, welche für ein Fahrzeug geeignet und/oder ausgebildet ist. Bei dem Fahrzeug kann es sich insbesondere um einen Personenkraftwagen, Lastkraftwagen, Bus, etc. handeln. Insbesondere bildet die Antriebsanordnung einen Teilabschnitt des Antriebsstrangs oder den Antriebsstrang selbst.
Die Antriebsanordnung weist einen Elektromotor auf, welcher zur Erzeugung eines Antriebsdrehmoments für das Fahrzeug dient. Insbesondere ist der Elektromotor ausgebildet, ein Hauptantriebsdrehmoment für das Fahrzeug zu erzeugen. Besonders bevorzugt kann das Fahrzeug ausschließlich mit dem Antriebsdrehmoment des Elektromotors gefahren werden. Insbesondere wird das Antriebsdrehmoment des Elektromotors über den Antriebsstrang auf angetriebene Räder des Fahrzeugs zum Zweck des Vorwärtsfahrens geführt. Der Elektromotor und/oder die Antriebsanordnung ist insbesondere so dimensioniert, dass diese das Fahrzeug auf eine Geschwindigkeit von größer als 50 Stundenkilometer bringen kann.
Die Antriebsanordnung weist ferner einen Getriebeabschnitt auf, wobei der Getriebeabschnitt mindestens eine Getriebestufe aufweist. Bei der Getriebestufe ist vorzugsweise eine Übersetzung oder Untersetzung vorgesehen. Der Getriebeabschnitt kann zum Beispiel als ein Zweigang- oder Mehrganggetriebe zur Übersetzung des Antriebsdrehmoments ausgebildet sein. Bei weniger bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung kann der Getriebeabschnitt einen Teilabschnitt eines Getriebes bilden und somit innerhalb des Getriebes des Fahrzeugs angeordnet sein.
Es ist vorgesehen, dass die Antriebsanordnung konstruktiv so ausgeführt ist, dass ein Momentenpfad des Antriebsdrehmoments zwischen dem Elektromotor und dem Getriebeabschnitt verläuft. Der beschriebene Momentenpfad bildet somit einen Teil eines Antriebsmomentenpfads, welcher von dem Elektromotor zu den angetriebenen Rädern des Fahrzeugs verläuft.
Die Antriebsanordnung weist eine Verbindungseinrichtung auf, welche einen Wellenabschnitt und einen Nabenabschnitt umfasst. Die Verbindungseinrichtung ist in dem Momentenpfad, also zwischen dem Elektromotor und dem Getriebeabschnitt, angeordnet. Zum Zwecke der Definition wird festgelegt, dass die Verbindungseinrichtung, insbesondere durch deren Rotationsachse, eine Verbindungsachse definiert. Der Wellenabschnitt und der Nabenabschnitt sind zueinander in einer axialen Richtung zu der Verbindungsachse verschiebbar, jedoch in Umlaufrichtung um die Verbindungsachse drehfest miteinander gekoppelt. Somit kann über die Verbindungseinrichtung das Antriebsdrehmoment weitergeleitet werden. Zugleich kann über die Verbindungseinrichtung ein Längenausgleich in axialer Richtung durch das relative Verschieben von Wellenabschnitt und Nabenabschnitt in der axialen Richtung zu der Verbindungsachse umgesetzt werden.
Im Rahmen der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Verbindungseinrichtung mindestens einen Wälzkörper aufweist. Zudem weist der Wellenabschnitt mindestens eine Wellennut und der Nabenabschnitt mindestens eine Nabennut auf. Die mindestens eine Wellennut und die mindestens eine Nabennut bilden gemeinsam mindestens ein in der axialen Richtung zu der Verbindungsachse verlaufendes Wellennut-Nabennut-Paar. Der mindestens eine Wälzkörper ist in dem mindestens einen Wellennut-Nabennut-Paar angeordnet, sodass der Wellenabschnitt relativ zu dem Nabenabschnitt über den mindestens einen Wälzkörper in der axialen Richtung der Verbindungsachse verschiebbar ist und der Wellenabschnitt mit dem Nabenabschnitt in der Umlaufrichtung um die Verbindungsachse durch den mindestens einen Wälzkörper formschlüssig verbunden ist. In der allgemeinsten Ausführungsform der Erfindung ist die Form, insbesondere der Querschnitt, der Wellennut und/oder der Nabennut beliebig derart ausgebildet, dass der Querschnitt zu dem Wälzkörper angepasst ist.
Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung wird vorteilhaft erreicht, dass der Wellenabschnitt und der Nabenabschnitt zueinander über den mindestens einen Wälzkörper abwälzen können, sodass ein Reibungswiderstand für die Relativbewegung zwischen Wellenabschnitt und Nabenabschnitt bei der relativen Verschiebung in der axialen Richtung minimiert ist und zugleich Wellenabschnitt und Nabenabschnitt in Umlaufrichtung zueinander drehfest gekoppelt sind, da die beiden Abschnitte durch den mindestens einen Wälzkörper formschlüssig in Umlaufrichtung verbunden sind.
Es ist dabei eine Überlegung der Erfindung, dass ein Längenausgleich in dem Momentenpfad in einem unbelasteten Zustand der Antriebsanordnung vergleichsweise einfach durchführbar ist. Somit kann der Längenausgleich wie in dem Stand der Technik vorgeschlagen über eine Steckverzahnung, wie zum Beispiel eine Keil- oder Kerb- oder Polygonverzahnung erfolgen. Betrachtet man dagegen eine derartige Verbindung in dem belasteten Zustand, das heißt bei einem Durchleiten des Antriebsdrehmoments, kann die notwendige Verschiebekraft F in axialer Richtung gemäß der nachfolgenden Formel wie folgt abgeschätzt werden:
mit:

F: Verschiebekraft
T: übertragenes Drehmoment
d_m: mittlerer Verbindungsdurchmesser
µ: Reibungskoeffizient bei Gleitreibung in einer typischen Steckverzahnung (µ_gleit = 0,1...0,2)

Damit erhöht sich die notwendige Verschiebekraft F in axialer Richtung proportional zu dem übertragenen Antriebsdrehmoment. Somit kann in dem unbelasteten Zustand der axiale Längenausgleich reibungsarm und damit vergleichsweise einfach erfolgen, in einem belasteten Zustand ist der Längenausgleich dagegen mit einer erheblichen axialen Verschiebekraft F durchzuführen, so dass die Verbindungspartner in axialer Richtung zueinander verspannt werden.
Demgegenüber schlägt die Erfindung vor, den axialen Längenausgleich über mindestens einen Wälzkörper umzusetzen, sodass der Wellenabschnitt und der Nabenabschnitt nicht aneinander gleiten, sondern relativ zueinander über den mindestens einen Wälzkörper abwälzen können. Nachdem der Reibkoeffizient bei einem Rollkontakt deutlich niedriger als bei einem Gleitkontakt ist, z.B. µ_roll = 0,0005...0,001, kann die axiale Verschiebekraft um einen Faktor x > 10, vorzugsweise > 100, verkleinert werden. Für den Faktor x gilt z.B.:
Es ist darauf hinzuweisen, dass die Abschätzung der notwendigen axialen Verschiebekraft F bzw. des Faktors x hier nur modellhaft und zu Erläuterungszwecken dargelegt wurde und nicht den tatsächlichen Kräften entsprechen muss, da die tatsächliche Berechnung der axialen Verschiebekräfte abhängig von der Größe der Kontaktflächen, der Anzahl der Wälzkörper, etc. ist. Aus der modellhaften Abschätzung lässt sich jedoch erkennen, dass durch den Einsatz des mindestens einen Wälzkörpers die axiale Verschiebekraft nachvollziehbar deutlich reduziert wird. Durch die Reduzierung der axialen Verschiebekraft durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung wird eine Verspannung der Verbindungseinrichtung und der in axialer Richtung gekoppelten weiteren Komponenten verringert. Aufgrund der verringerten Verspannung kann die Funktion der Antriebsanordnung verbessert werden, da z.B. Geräuschemissionen aufgrund von Verspannungen in dem Momentenpfad verringert werden. Alternativ oder ergänzend kann die Lebensdauer der Antriebsanordnung verbessert werden, da die Lager der mit der Verbindungseinrichtung gekoppelten Komponenten nicht verspannt werden und damit verschleißärmer laufen.
Wie bereits oben erläutert, kann der Querschnitt der Nuten in der allgemeinsten Ausprägung der Erfindung eine beliebige Form einnehmen, welche jedoch an den mindestens einen Wälzkörper angepasst sein muss, sodass dieser während der axialen Längsverschiebung abwälzen kann. Somit können die Nuten beispielsweise einen dreieckigen Querschnitt einnehmen, um eine schräg gestellte Kegelrolle aufzunehmen. Die Nuten können auch einen rechteckigen Querschnitt aufweisen, um eine tangential zu der Verbindungsachse ausgerichtete Rolle aufzunehmen. Besonders bevorzugt ist jedoch vorgesehen, dass die Nuten jeweils als eine Rille ausgebildet sind und der mindestens eine Wälzkörper als eine Kugel realisiert ist. Derartige Strukturen als Wellennuten und/oder Nabennuten sind besonders verschleißarm.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist die Verbindungseinrichtung eine Mehrzahl von Wellennut-Nabennut-Paaren auf, welche jeweils mindestens einen, vorzugsweise mehrere Wälzkörper aufweisen. Besonders bevorzugt sind die Wellennut-Nabennut-Paare in Umlaufrichtung um die Verbindungsachse gleichmäßig verteilt. Auf diese Weise wird erreicht, dass die relative Abstützung zwischen Wellenabschnitt und Nabenabschnitt in Umlaufrichtung gleichmäßig erfolgt. Besonders bevorzugt sind in diesem Ausführungsbeispiel die Wälzkörper als Kugeln ausgebildet. bei Alternativen Ausgestaltungen können verschiedene Wellennut-Nabennut-Paare mit unterschiedlichen Wälzkörpern bestückt werden.
Es kann vorgesehen sein, dass die Wälzkörper, insbesondere die Kugeln, in der Verbindungseinrichtung käfiglos angeordnet sind. Um jedoch die Montage zu vereinfachen und zudem Fehlmontagen zu vermeiden ist es bevorzugt, dass der mindestens eine Wälzkörper, einige der Wälzkörper oder alle der Wälzkörper in einem Wälzkörperkäfig bevorzugt selbsthaltend angeordnet sind. In diesem Fall kann der Wälzkörperkäfig mit dem oder den Wälzkörpern in einfacher Weise zwischen dem Wellenabschnitt und dem Nabenabschnitt montiert werden.
Bei einer möglichen konstruktiven Ausgestaltung der Erfindung ist die Wellennut in den Wellenabschnitt eingeformt. Alternativ oder ergänzend kann die Nabennut in den Nabenabschnitt eingeformt sein. Somit sind bei dieser Ausgestaltung die Wellennut und/oder die Nabennut in einem Grundmaterial des Wellenabschnitts beziehungsweise des Nabenabschnitts ausgebildet. Bei einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung weist der Wellenabschnitt ein Wellennutteil und ein Wellenträgerteil auf, wobei die Wellennut oder die Wellennuten in dem Wellennutteil eingeformt sind und das Wellennutteil an dem Wellenträgerteil festgelegt ist. Besonders bevorzugt ist das Wellennutteil als ein Ziehteil ausgebildet, wobei die Wellennuten umformtechnisch eingebracht sind und wobei das Wellennutteil auf dem Wellenträgerteil aufgepresst ist. Alternativ oder ergänzend weist der Nabenabschnitt ein Nabennutteil und ein Nabenträgerteil auf, wobei die Nabennut beziehungsweise die Nabennuten in dem Nabennutteil angeordnet sind und das Nabennutteil in das Nabenträgerteil eingepresst ist. Bevorzugt ist das Nabennutteil als ein Ziehteil ausgebildet, wobei die Nabennut oder Nabennuten umformtechnisch in das Nabennutteil eingebracht sind. Es kann auch vorgesehen sein, dass einer der Verbindungspartner eine eingeformte Nut und der andere Verbindungspartner ein Nutteil aufweist.
Bei einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist einer der Verbindungspartner, also der Wellenabschnitt oder der Nabenabschnitt, mit einer Rotorwelle des Elektromotors insbesondere in axialer Belastungsrichtung starr verbunden. Diese Ausgestaltung bildet eine Konstellation bei der durch die Verbindungseinrichtung erreicht wird, dass axial Kräfte nicht in die Rotorwelle des Elektromotors eingeleitet werden, sondern durch ein axiales Verschieben von Wellenabschnitt und Nabenabschnitt in axialer Richtung gestoppt werden. Diese Ausgestaltung reflektiert, dass es im Betrieb der Antriebsanordnung nicht auszuschließen ist, dass durch den Getriebeabschnitt Axialkräfte erzeugt werden. Derartige Axialkräfte können beispielsweise erzeugt werden, wenn der Getriebeabschnitt Getrieberäder mit einer Schrägverzahnung aufweist. Durch die Verbindungseinrichtung wird erreicht, dass derartige axiale Belastungen oder Axialkräfte von der Rotorwelle und damit vom Rotor entkoppelt werden und insbesondere nicht in den Elektromotor überführt werden. Mit dieser Maßnahme wird somit die Lebensdauer des Elektromotors und damit der Antriebsanordnung erhöht.
Zugleich kann auch ein ruhigerer Lauf des Elektromotors erreicht werden, da dieser keine axialen Belastungen ausleiten muss.
Bei einer Weiterbildung oder einer Alternative der Erfindung ist einer der Verbindungspartner insbesondere in axialer Belastungsrichtung mit einer Getriebeeingangswelle des Getriebeabschnitts starr verbunden. Während bei der zuvor beschriebenen Ausgestaltung durch die Verbindungseinrichtung sichergestellt wurde, dass keine axialen Belastungen ausgehend von der Verbindungseinrichtung zu dem Elektromotor übertragen werden, wird durch diese vorteilhafte Weiterbildung oder Alternative erreicht, dass von dem Getriebeabschnitt, insbesondere der Getriebeeingangswelle, keine axialen Belastungen in Richtung der Verbindungseinrichtung oder über diese hinaus eingeleitet werden können. Somit wird einmal die Quelle der axialen Belastungen und zum anderen das Ziel der axialen Belastungen geschont. Es ist bei dieser Weiterbildung oder Alternative besonders bevorzugt vorgesehen, dass die Getriebeeingangswelle mit mindestens einem Getrieberad der Getriebestufe starr verbunden ist. Insbesondere weist das Getrieberad eine Schrägverzahnung auf, die eine mögliche Ursache für eine derartige axiale Belastung der Getriebeeingangswelle bilden kann.
Neben der Entkopplung von Axialkräften, welche von dem Getriebeabschnitt eingeleitet und in Richtung des Elektromotors geführt werden, erfolgt in gleicher Weise eine Entkopplung von Axialkräften, welche von dem Elektromotor eingeleitet und in Richtung des Getriebeabschnitts geführt werden
Bei einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Rotorwelle koaxial zu der Verbindungsachse und/oder die Getriebeeingangswelle koaxial zu der Verbindungsachse angeordnet. Besonders bevorzugt sind Rotorwelle, Verbindungsachse und Getriebeeingangswelle zueinander koaxial arrangiert. Gerade in dieser geometrischen und/oder konstruktiven Anordnung der Komponenten der Antriebsanordnung kann sich eine axiale Belastung und/oder Verspannung im Antriebsstrang besonders stark ausbilden. Diese wird durch die erfindungsgemäße Verbindungseinrichtung besonders effektiv vermieden.
Bei einer besonders bevorzugten Realisierung der Erfindung sind der Elektromotor und der Getriebeabschnitt starr miteinander verbunden, beispielsweise sind der Elektromotor und der Getriebeabschnitt, insbesondere deren stationären Komponenten, mit oder in einem gemeinsamen Gehäuse zueinander starr montiert. In dieser Ausgestaltung ergeben sich die Vorteile der Erfindung besonders deutlich, da sich der Elektromotor in der Gesamtheit nicht von dem Getriebeabschnitt in der Gesamtheit beabstanden kann, wenn axiale Belastungen auftreten.
Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung sowie der beigefügten Figuren. Dabei zeigen:
1 eine schematische Blockdarstellung eines Fahrzeugs mit einer Antriebsanordnung als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung;
2 eine Explosionsdarstellung der Verbindungseinrichtung in der Antriebsanordnung in der 1.
Die 1 zeigt in einer schematischen Blockdarstellung ein Fahrzeug 1 mit einer Antriebsanordnung 2 als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Antriebsanordnung 2 ist beispielsweise als eine elektrische Achse ausgebildet und dient zum Antrieb von zwei Rädern einer Achse des Fahrzeugs 1 als angetriebene Räder. Beispielsweise kann die angetriebene Achse als die Vorderachse oder die Hinterachse des Fahrzeugs 1 ausgebildet sein. Es kann auch vorgesehen sein, dass jede der Achsen eine derartige Antriebsanordnung 2 aufweist. Bei alternativen Ausgestaltungen der Erfindung kann die andere Achse auch mit einem Verbrennungsmotor angetrieben werden. Es ist auch möglich, dass die Antriebsanordnung 2 einen Teil eines Hybridantriebsstrangs in dem Fahrzeug 1 bildet.
Die Antriebsanordnung 2 weist einen Elektromotor 3 sowie einen Getriebeabschnitt 4 auf. Der Elektromotor 3 umfasst einen Stator 5 sowie einen Rotor 6, wobei der Rotor 6 mit einer Rotorwelle 7 drehfest gekoppelt ist.
Der Getriebeabschnitt 4 weist mindestens eine Getriebestufe auf und ist in dieser Ausgestaltung als ein Einganggetriebe realisiert. Der Getriebeabschnitt 4 kann jedoch auch als ein Zweiganggetriebe oder Mehrganggetriebe realisiert sein. Der Getriebeabschnitt 4 weist eine Getriebeeingangswelle 8 auf.
Die Rotorwelle 7 und die Getriebeeingangswelle 8 sind über eine Verbindungseinrichtung 9 miteinander drehfest gekoppelt, sodass ein Antriebsdrehmoment M des Elektromotors 3 mit einer Drehzahl n über die Rotorwelle 7, die Verbindungseinrichtung 9 und die Getriebeeingangswelle 8 zu dem Getriebeabschnitt 4 als Momentenpfad geleitet werden kann. Durch die Verbindungseinrichtung 9, insbesondere durch eine Rotationsachse der Verbindungseinrichtung 9, wird eine Verbindungsachse 10 definiert, wobei Rotorwelle 7 und Getriebeeingangswelle 8 koaxial zu der Verbindungsachse 10 angeordnet sind.
Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Rotorwelle 7 in axialer Richtung starr mit dem Rotor 6 verbunden. Dadurch wird die Rotorwelle 7 neben der Beaufschlagung mit dem Antriebsdrehmoment M auch mit einer axialen Kraft Fmotor,ax beaufschlagt, welche beispielsweise aufgrund einer thermischen Dehnung des Elektromotors 3 oder aus Positionierfehlern von Rotor 6 zu Stator 5 entstehen.
Die Getriebeeingangswelle 8 ist zum Beispiel mit mindestens einem Getrieberad in dem Getriebeabschnitt 4 in axialer Richtung starr verbunden, sodass Axialkräfte Fgetriebe,ax aufgrund einer thermischen Dehnung des Getriebeabschnitts 4 oder zum Beispiel aufgrund von Verzahnungseffekten, wie zum Beispiel Axialkräfte, die durch eine Schrägverzahnung des Getrieberads entstehen, erzeugt werden.
Bei dem in der 1 gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Rotorwelle 7 und die Getriebeeingangswelle 8 koaxial zueinander angeordnet, sodass die beiden axialen Kräfte Fmotor,ax und Fgetriebe,ax ebenfalls koaxial zueinander angeordnet sind. Aufgrund der koaxialen Anordnung würden ohne weiteren Maßnahmen die axialen Kräfte Fmotor,ax und Fgetriebe,ax über die Verbindungseinrichtung 9 auf die Rotorwelle 7 und damit auf den Rotor 8 bzw. auf die Getriebewelle 8 und damit auf das Getrieberad übertragen werden und dort eine Verspannung des Elektromotors 3 bzw. des Getriebeabschnitts 4 mit negativen Folgen für die Lebensdauer, Lärmemission und/oder Reibungsfreiheit etc. bewirken. Durch die Verbindungseinrichtung 9 wird eine konstruktive Möglichkeit für einen Längenausgleich in axialer Richtung geschaffen, so dass sich die Rotorwelle 7 aufgrund der axialen Kraft Fmotor,ax in axialer Richtung ausdehnen kann, ohne einen Kraftübertrag auf die Getriebewelle 8 zu bewirken und/oder dass sich die Getriebewelle 8 aufgrund der axialen Kraft Fgetriebe,ax in axialer Richtung ausdehnen kann, ohne einen Kraftübertrag auf die Rotorwelle 7 zu bewirken.
Um den Längenausgleich zwischen Rotorwelle 7 und Getriebeeingangswelle 8 zu erreichen, sind Rotorwelle 7 und Getriebeeingangswelle 8 über die Verbindungseinrichtung 9 miteinander verbunden. Die Verbindungseinrichtung 9 ist ausgebildet, eine relative Verschiebung in axialer Richtung zwischen Rotorwelle 7 und Getriebeeingangswelle 8 zu ermöglichen, jedoch zugleich Rotorwelle 7 und Getriebeeingangswelle 8 in Umlaufrichtung drehfest miteinander zu verbinden.
An den freien Enden der Rotorwelle 7 und der Getriebeeingangswelle 8 ist jeweils ein Verbindungspartner 11 angeordnet, wobei die Verbindungspartner 11 gemeinsam die Verbindungseinrichtung 9 bilden. Die Verbindungspartner 11 sind jeweils auf der Rotorwelle 7 beziehungsweise Getriebeeingangswelle 8 in axialer Richtung starr und in Umlaufrichtung um die Verbindungsachse 10 drehfest aufgesetzt.
Die 2 zeigt die Verbindungseinrichtung 9 in einer schematischen dreidimensionalen Explosionsdarstellung, wobei einer der Verbindungspartner 11 als ein Wellenabschnitt 12 und der andere Verbindungspartner 11 als ein Nabenabschnitt 13 ausgebildet ist. Somit kann der Wellenabschnitt 12 mit der Rotorwelle 7 oder mit der Getriebeeingangswelle 8 verbunden sein, der Nabenabschnitt 13 bildet jeweils den anderen Verbindungspartner 11.
Der Wellenabschnitt 12 weist eine Mehrzahl von in axialer Richtung zu der Verbindungsachse 10 verlaufenden Wellennuten 14 auf, welche in Umlaufrichtung um die Verbindungsachse 10 gleichmäßig verteilt sind. Die Wellennuten 14 sind in einem Querschnitt senkrecht zu der Verbindungsachse 10 rinnenförmig ausgebildet. Insbesondere bilden die Wellennuten 14 jeweils eine Rille. Die Wellennuten 14 sind radial nach außen geöffnet.
Dagegen weist der Nabenabschnitt 13 eine entsprechende Anzahl von Nabennuten 15 auf, wobei jeweils eine Nabennut 15 einer Wellennut 14 zugeordnet ist, sodass diese gemeinsam ein Wellennut-Nabennut-Paar 16 bilden. Die Nabennuten 15 sind ebenfalls in axialer Richtung zu der Verbindungsachse 10 ausgerichtet. Die Nabennuten 15 sind radial nach innen geöffnet und sind im Querschnitt senkrecht zu der Verbindungsachse 10 ebenfalls rinnenförmig ausgebildet, insbesondere derart, dass die Nabennuten 15 Rillen bilden.
Ferner weist die Verbindungseinrichtung 9 eine Mehrzahl von Wälzkörpern 17 auf, welche als Kugeln ausgebildet sind. In jedem Wellennut-Nabennut-Paar 16 sind bei diesem Ausführungsbeispiel vier Wälzkörper 17 angeordnet. Die Wälzkörper 17 sind in einem Käfig 18, welcher eine Hülsenform aufweist, verliersicher gehalten.
Die Verbindungseinrichtung 9 ist so ausgebildet, dass der Nabenabschnitt 13 relativ zu dem Wellenabschnitt 12 in axialer Richtung zu der Verbindungsachse 10 verschiebbar angeordnet ist, wobei bei einer Verschiebung der Nabenabschnitt 13 über die Kugeln als Wälzkörper 17 relativ zu dem Wellenabschnitt 12 abwälzt und/oder abrollt. Dagegen ist die Verbindungseinrichtung 9 so dimensioniert, dass der Nabenabschnitt 13 über die Wälzkörper 17 mit dem Wellenabschnitt 14 in Umlaufrichtung um die Verbindungsachse 10 formschlüssig verbunden ist. Die Wellennuten und Nabennuten 14, 15 sind von der Tiefe in radialer Richtung derart ausgebildet, dass ein Teil einer der Wälzkörper 17 jeweils in der Wellennut 14 und ein anderer Teil des gleichen Wälzkörpers 17 in der Nabennut 15 angeordnet ist.
Dadurch, dass der Nabenabschnitt 13 relativ zu dem Wellenabschnitt 12 über die Kugeln als Wälzkörper 17 gelagert ist, reduziert sich ein Reibungswiderstand bei der relativen axialen Verschiebung zwischen den Verbindungspartner 11. Während der Unterschied zwischen einer aufgrund der Kugeln als Wälzkörper 17 vorliegenden Rollreibung gegenüber einer wie aus dem Stand der Technik bekannten Gleitreibung in einem unbelasteten Zustand der Verbindungseinrichtung 9 relativ gering ausfällt, treten die Vorteile der beispielhaften erfindungsgemäßen Ausgestaltung besonders in einem belasteten Zustand, also wenn das Antriebsdrehmoment M über die Verbindungseinrichtung 9 übertragen wird, hervor. Hier zeigt sich, dass die Verbindungseinrichtung 9 mit den Wälzkörpern 17 eine deutlich geringere Reibungskraft für einen Längsausgleich aufweist als eine ähnliche Verbindungseinrichtung, welche über Gleitreibung arbeitet.
Im Betrieb wird durch die Verbindungseinrichtung 9 erreicht, dass die auftretenden Axialkräfte Fgetriebe,ax und Fmotor,ax durch eine Verschiebebewegung von Wellenabschnitt 12 und Nabenabschnitt 13 zueinander kompensiert werden können. Insbesondere werden auftretende Axialkräfte Fgetriebe,ax von dem Getriebeabschnitt 4 nicht über die Verbindungseinrichtung 9 zu dem Elektromotor 3 oder auftretende Axialkräfte Fmotor,ax von dem Elektromotor 3 nicht über die Verbindungseinrichtung 9 zu dem Getriebeabschnitt 4 weitergeleitet.
Bezugszeichenliste

1: Fahrzeug
2: Antriebsanordnung
3: Elektromotor
4: Getriebeabschnitt
5: Stator
6: Rotor
7: Rotorwelle
8: Getriebeeingangswelle
9: Verbindungseinrichtung
10: Verbindungsachse
11: Verbindungspartner
12: Wellenabschnitt
13: Nabenabschnitt
14: Wellennuten
15: Nabennuten
16: Wellennut-Nabennut-Paar
17: Wälzkörper/Kugeln
18: Käfig
M: Antriebsdrehmoment
n: Drehzahl des Elektromotors
Fgetriebe,ax: axiale Kraft ausgehend von dem Getriebe
Fmotor,ax: axiale Kraft ausgehend von dem Elektromotor

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 102010055410 A1 [0003]

Claims

Antriebsanordnung (2) für ein Fahrzeug (1) mit einem Elektromotor (3) zur Erzeugung eines Antriebsdrehmoments (M), mit einem Getriebeabschnitt (4), wobei der Getriebeabschnitt (4) mindestens eine Getriebestufe aufweist, wobei ein Momentenpfad des Antriebsdrehmoments (M) zwischen dem Elektromotor (3) und dem Getriebeabschnitt (4) verläuft, mit einer Verbindungseinrichtung (9), wobei die Verbindungseinrichtung (9) einen Wellenabschnitt (12) und einen Nabenabschnitt (13) als Verbindungspartner (11) umfasst, wobei die Verbindungseinrichtung (9) in dem Momentenpfad angeordnet ist und wobei die Verbindungseinrichtung (9) eine Verbindungsachse (10) definiert, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungseinrichtung (9) mindestens einen Wälzkörper (17) aufweist, wobei der Wellenabschnitt (12) mindestens eine Wellennut (14) und der Nabenabschnitt (13) mindestens eine Nabennut (15) aufweist, so dass mindestens ein in der axialen Richtung der Verbindungsachse (10) verlaufendes Wellennut-Nabennut-Paar (16) gebildet ist, wobei der mindestens eine Wälzkörper (17) in dem mindestens einen Wellennut-Nabennut-Paar (16) angeordnet ist, so dass der Wellenabschnitt (12) relativ zu dem Nabenabschnitt (13) über den mindestens einen Wälzkörper (17) in der axialen Richtung der Verbindungsachse (10) verschiebbar ist und in der Umlaufrichtung um die Verbindungsachse (10) durch den mindestens einen Wälzkörper (17) formschlüssig verbunden ist.
Antriebsanordnung (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Wälzkörper (17) als eine Kugel ausgebildet ist.
Antriebsanordnung (2) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungseinrichtung (9) eine Mehrzahl von Wellennut-Nabennut-Paaren (16) jeweils mit einem oder mehreren Wälzkörpern (17) aufweist.
Antriebsanordnung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Wellennut (14) in den Wellenabschnitt (12) eingeformt ist und/oder dass die mindestens eine Nabennut (15) in den Nabenabschnitt (13) eingeformt ist.
Antriebsanordnung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Wellenabschnitt (12) ein Wellennutteil und ein Wellenträgerteil aufweist, wobei das Wellennutteil an dem Wellenträgerteil festgelegt ist, und/oder dass der Nabenabschnitt (13) ein Nabennutteil und ein Nabenträgerteil aufweist, wobei das Nabennutteil an dem Nabenträgerteil festgelegt ist.
Antriebsanordnung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass einer der Verbindungspartner (11) mit einer Rotorwelle (7) des Elektromotors (3) starr verbunden ist.
Antriebsanordnung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass einer der Verbindungspartner (11) mit einer Getriebeeingangswelle (8) des Getriebeabschnitts (4) starr verbunden ist.
Antriebsanordnung (2) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebeeingangswelle (3) mit mindestens einem Getrieberad der Getriebestufe starr verbunden ist.
Antriebsanordnung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorwelle (7) koaxial zu der Verbindungsachse (10) und/oder die Getriebeeingangswelle (8) koaxial zu der Verbindungsachse (10) ausgebildet ist.
Antriebsanordnung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (3) und der Getriebeabschnitt (4) starr miteinander verbunden sind.