BESCHREIBUNG: Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung für ein Fahrzeug nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Ge triebe-Antriebswelle in einer solchen Antriebsvorrichtung nach Anspruch 8.

Bei einem elektrisch betriebenen, zweispurigen Fahrzeug kann beispielhaft eine elektrisch angetriebene Vorderachse eine Elektromaschine aufweisen. Diese kann gegebenenfalls achsparallel zu den, zu den Fahrzeugrädern ge führten Flanschwellen angeordnet sein. In diesem Fall kann die Elektroma schine über eine einfache oder doppelte Stirnrad-Getriebestufe auf ein Vor- derachsdifferenzial und weiter auf die zu den Fahrzeugrädern geführten Flanschwellen der Fahrzeug-Vorderachse abtreiben.

In einer gattungsgemäßen Antriebsvorrichtung ist eine Rotorwelle einer Elektromaschine als Hohlwelle mit Innenverzahnung ausgebildet, in die eine dazu koaxiale Getriebe-Antriebswelle mit Außenverzahnung gesteckt ist, und zwar unter Bildung einer momentenübertragenden Passverzahnung. Die Ro torwelle ist unter Zwischenschaltung eines Rotorwellen-Drehlagers durch eine Lageröffnung des Elektromaschinen-Gehäuses nach außen geführt. Zudem ist der Außenverzahnung der Getriebe-Antriebswelle ein Zentriersitz zugeordnet, um eine Schiefstellung zwischen der Getriebe-Antriebswelle und der Rotorwelle zu vermeiden. Der Zentriersitz ist eine am Außenumfang der Getriebe-Antriebswelle umlaufende, glattzylindrische Fläche, die in enger Spielpassung mit dem Rotorwellen-Innenumfang in Anlage ist.

Im Stand der Technik ist der auf der Getriebe-Antriebswelle ausgebildete Zentriersitz in der Axialrichtung über eine Hebelarm länge von dem Rotorwel- len-Drehlager beabstandet. Es hat sich gezeigt, dass im Fährbetrieb bei ro tierender sowie radial belasteter Getriebe-Antriebswelle speziell aufgrund der oben erwähnten Hebelarmlänge sich eine Wellen-Durchbiegung einstellt. Eine solche Wellen-Durchbiegung kann zu einer übermäßig großen Belas tung des Rotorwellen-Drehlagers, zu einer Geräuschentwicklung und zu ei ner Reduzierung der Standzeit des Rotorwellen-Drehlagers führen.

Aus der DE 23 54 301 A1 ist ein Antrieb eines schienengebundenen elektri schen Triebfahrzeugs bekannt. Aus der EP 1 433 975 B1 ist eine Kraftüber tragungsvorrichtung bekannt. Aus der DE 102010 050217 A1 ist eine elekt rische Achse für ein Kraftfahrzeug bekannt. Aus der US 2007/0131375 A1 ist eine elektrische Lenkvorrichtung bekannt.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Antriebsvorrichtung für ein Fahrzeug bereitzustellen, bei der die Getriebe-Antriebswelle im Vergleich zum Stand der Technik in konstruktiv einfacher Weise im Fährbetrieb mit verbesserter Laufruhe rotiert.

Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Anspruches 1 und 8 gelöst. Bevor zugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.

Die Erfindung beruht auf dem Sachverhalt, dass sich eine Wellen- Durchbiegung der Getriebe-Antriebswelle im Stand der Technik vorrangig aufgrund einer Hebelarmlänge zwischen dem Rotorwellen-Drehlager und dem auf der Getriebe-Antriebswelle ausgebildeten Zentriersitz einstellt. Vor diesem Hintergrund ist gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 zur Reduzierung der Biegebeanspruchung der Getriebe-Antriebswelle deren Zentriersitz ohne Axialversatz (das heißt ohne Hebelarm länge) zum Rotor wellen-Drehlager in Axialflucht zum Rotorwellen-Drehlager angeordnet. Er findungsgemäß ist also die Hebelarmlänge zwischen dem Zentriersitz der Getriebe-Antriebswelle und dem Rotorwellen-Drehlager auf null reduziert, wodurch Radialkräfte in direkter Krafteinleitung (das heißt ohne Biegebean spruchung) von der Getriebe-Antriebswelle über deren Zentriersitz in das Rotorwellen-Drehlager einleitbar sind. Erfindungsgemäß wird insbesondere die Durchbiegung der Rotorwelle im Überlappungsbereich der beiden Wellen begrenzt.

Zur weiteren Reduzierung der Wellen-Biegebeanspruchung ist es besonders bevorzugt, wenn das Rotorwellen-Drehlager nicht als ein Festlager, sondern vielmehr als ein axial verschiebbares, insbesondere federvorgespanntes Loslager realisiert ist. Die Reduzierung der Durchbiegung funktioniert auch, wenn an Stelle des Loslagers ein Festlager sitzt. Die Federvorspannung ist zur jederzeitigen definierten Belastung der Wälzkörper, damit kein lastloser Zustand entsteht, was die Laufruhe reduzieren würde.

In einer technischen Umsetzung kann die auf der Getriebe-Antriebswelle ausgebildete Außenverzahnung über einen Axialversatz versetzt zum Dreh lager angeordnet sein. Die Getriebe-Antriebswelle kann mit ihrer elektroma- schinenseitigen Wellen-Stirnseite in die Rotorwelle einragen. Bevorzugt ist es, wenn der Zentriersitz unmittelbar an der elektromaschinenseitigen Wel len-Stirnseite abschließt. Auf diese Weise wird ein möglichst großer Axialab stand zwischen dem Zentriersitz und einem später beschriebenen Lagersitz der Getriebe-Antriebswelle erzielt, was die Durchbiegung der Rotorwelle be grenzt, und zwar im Überlappungsbereich der beiden Wellen. Der unmittel bar an der elektromaschinenseitigen Wellen-Stirnseite angeordnete Zentrier sitz kann in Richtung auf eine getriebeseitige Wellen-Stirnseite zunächst in einen durchmesserreduzierten Wellenabschnitt übergehen. Im weiteren Axi alverlauf kann sich an den durchmesserreduzierten Wellenabschnitt die durchmessergrößere Außenverzahnung anschließen.

Die Getriebe-Antriebswelle ist in einer technischen Realisierung unter Zwi schenschaltung eines Getriebe-Drehlagers (insbesondere ein Festlager) in einem Getriebegehäuse drehgelagert. Das Getriebegehäuse-Drehlager sitzt auf einem entsprechenden Lagersitz der Getriebe-Antriebswelle. Bevorzugt ist der Lagersitz der Getriebe-Antriebswelle unmittelbar an der getriebeseiti gen Wellen-Stirnseite angeordnet, wodurch ein möglichst großer axialer La gerabstand zwischen dem Lagersitz und dem Zentriersitz der Getriebe- Antriebswelle bereitgestellt ist. Bevorzugt bilden die Getriebe-Antriebswelle und die Rotorwelle einen Wel lenverbund, der insgesamt in einer Drei-Punkt-Lagerung in der Antriebsvor richtung drehgelagert ist. Die Drei-Punkt-Lagerung umfasst bevorzugt an den beiden Wellenverbund-Stirnseiten jeweils Lagerstellen, an denen der Wel lenverbund über ein Festlager am Elektromaschinen-Gehäuse und am Ge triebe-Gehäuse drehgelagert ist, während in der Wellenverbund-Mitte das Rotorwellen-Drehlager als ein mittleres Loslager positioniert ist. Eine solche Drei-Punkt-Lagerung ist im Vergleich zu herkömmlichen Vier-Punkt- Lagerungen mit wesentlich geringeren Kosten sowie reduziertem Ferti gungsaufwand verbunden.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsvariante ist die Rotorwelle Be standteil einer Rotorinnenkühlung, bei der in den Hohlraum der Rotorwelle eine rohrförmige Öllanze einragt. Die Öllanze kann zusammen mit dem Ro- torwellen-lnnenumfang einen Ringspalt begrenzen. Im Fährbetrieb kann ein Schmier- und/oder Kühlmittel-Volumenstrom über eine Druckpumpe durch die Öllanze an einer Überströmöffnung in den Ringspalt geführt werden. Von dort kann der Schmier- und/oder Kühlmittel-Volumenstrom weiter in Richtung auf den Zentriersitz der Getriebe-Antriebswelle geführt werden. In diesem Fall kann der Zentriersitz der Getriebe-Antriebswelle einen axialen Strö mungsdurchlass aufweisen. Der durchmesserreduzierte Wellenabschnitt der Getriebe-Antriebswelle kann zusammen mit dem Rotorwellen-Innenumfang eine axiale Strömungsnut begrenzen. Auf diese Weise kann der Ringspalt über den Zentriersitz-Strömungsdurchlass sowie über die axiale Strömungs nut mit der Passverzahnung in strömungstechnischer Verbindung sein. Die Passverzahnung kann aufgrund von Verzahnungsspiel mit einem geringen Schmier- und/oder Kühlmittel-Volumenstrom durchströmt werden, um einen Abtransport von Passungsrost-Partikeln zu gewährleisten.

Die Getriebe-Antriebswelle kann bevorzugt als eine Hohlwelle ausgeführt sein. Zur Herstellung der Getriebe-Antriebswelle kann zunächst ein Wellen- Rohling aus einem härtbaren Stahl bereitgestellt werden. Im Wellen-Rohling können sowohl der Zentriersitz als auch der Lagersitz bereits ausgebildet sein. Anschließend erfolgt ein Wärmebehandlungsschritt, bei dem der Wel- len-Rohling gehärtet wird, und zwar unter Bauteilverzug mit entsprechender Wellen-Durchbiegung. Um den Bauteilverzug zu minimieren, erfolgt ein Aus- richt-Prozessschritt, bei dem der gehärtete Wellen-Rohling mittels Spann werkzeugen an zwei axial voneinander beabstandeten Einspannstellen ein- gespannt wird. Im eingespannten Zustand wird der Wellen-Rohling mit einer Prozesskraft plastisch verformt, um den Bauteilverzug zu reduzieren. Die Prozesskraft greift zwischen den beiden axial voneinander beabstandeten Einspannstellen an. Im Hinblick auf eine einwandfreie Ausrichtung des Wellen-Rohlings ist es bevorzugt, wenn die beiden voneinander axial beabstandeten Einspannstel len über einen möglichst großen Axialabstand voneinander beabstandet sind. Vor diesem Flintergrund ist es besonders bevorzugt, wenn die beiden Einspannstellen die jeweils an den Wellen-Stirnseiten der Getriebe- Antriebswelle ausgebildeten Lager- und Zentriersitze sind.

Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beigefüg ten Figuren beschrieben. Es zeigen:

Figur 1 eine Getriebestruktur einer Antriebsvorrichtung;

Figur 2 in einer Halbschnitt-Teilansicht einen Wellenverbund aus Getrie be-Antriebswelle und Rotorwelle gemäß einer nicht von der Erfin dung umfassten Vergleichsform;

Figur 3 eine Ansicht entsprechend der Figur 1 gemäß einer nicht von der Erfindung umfassten Vergleichsform;

Figur 4 eine Ausricht-Station, in der eine Getriebe-Antriebswelle gemäß einer nicht von der Erfindung umfassten Vergleichsform einge spannt ist; und Figur 5 eine Ansicht entsprechend der Figur 4 gemäß der Erfindung.

In der Figur 1 ist eine Antriebsvorrichtung gezeigt, mittels der Vorderachse VA eines zweispurigen Fahrzeugs antreibbar ist. Die Vorderachse VA weist eine Elektromaschine 1 auf, die achsparallel zu den, zu den Fahrzeugrädern geführten Flanschwellen 3 angeordnet ist. Die Rotorwelle 5 der Elektroma schine 1 ist über ein Getriebe 7 (Figur 3) in trieblicher Verbindung mit den beiden Flanschwellen 3. Die Rotorwelle 5 ist unter Zwischenschaltung eines Rotorwellen-Drehlagers 9 (Figur 1 oder 3) aus einer Lageröffnung 11 eines Elektromaschinen-Gehäuses 13 nach außen geführt und über eine momen- tenübertragende Passverzahnung 15 an einer koaxial angeordneten Getrie be-Antriebswelle 17 angebunden. Auf der Getriebe-Antriebswelle 17 ist ein Festzahnrad 19 einer Zahnradstufe St1 des Getriebes 7 angeordnet, das mit einem eingangsseitigen Zahnrad 21 eines Achsdifferenzials 23 kämmt. Das Achsdifferenzial 23 treibt beidseitig auf die zu den Fahrzeugrädern geführten Flanschwellen 3 ab.

Im Hinblick auf ein einfaches Verständnis der Erfindung wird zunächst ein nicht von der Erfindung umfasster Wellenverbund gemäß der Figur 2 be schrieben. Demzufolge ist die Rotorwelle 5 als eine Hohlwelle mit Innenver zahnung ausgebildet, in die die dazu koaxiale Getriebe-Antriebswelle 17 mit Außenverzahnung 16 (Figur 4 oder 5) gesteckt ist, wodurch sich die Pass verzahnung 19 ergibt. Gemäß der Figur 2 ragt die Getriebe-Antriebswelle 17 mit ihrer elektromaschinenseitigen Wellen-Stirnseite 25 in die Rotorwelle 5 ein. Unmittelbar an der elektromaschinenseitigen Wellen-Stirnseite 25 schließt ein Zentriersitz 27 ab, der eine umlaufende, glattzylindrische Ober fläche aufweist, die in enger Spielpassung mit dem ebenfalls glattzylindri schen Rotorwellen-Innenumfang ist.

Der Zentriersitz 27 geht in Richtung auf eine getriebeseitige Wellen-Stirnseite 29 (Figur 4 oder 5) in einen durchmesserreduzierten Wellenabschnitt 31 über, an dem sich im weiteren Axialverlauf die durchmessergrößere Außen verzahnung 16 anschließt. In der in der Figur 2 gezeigten Vergleichsform ist der auf der Getriebe-Antriebswelle 17 ausgebildete Zentriersitz 27 über eine Hebelarm länge h von dem Rotorwellen-Drehlager 9 beabstandet. Es hat sich gezeigt, dass im Fährbetrieb bei rotierender Getriebe-Antriebswelle 17 sowie bei Einwirkung einer Radialkraft FR auf die Getriebe-Antriebswelle 17 auf grund der Hebelarmlänge h sich eine Wellen-Durchbiegung D (Figur 2) ein stellt, die zu einer übermäßig großen Belastung des Rotorwellen-Drehlagers 9 führt sowie zu einer Geräuschentwicklung führt.

Vor diesem Hintergrund sind in der Figur 3 zur Reduzierung einer Wellen- Durchbiegung D die folgenden Maßnahmen getroffen: Im Unterschied zur Figur 2 ist in der Figur 3 der Zentriersitz 27 der Getriebe-Antriebswelle 17 nicht mehr über eine Hebelarmlänge h von dem Rotorwellen-Drehlager 9 beabstandet, sondern vielmehr ohne Axialversatz sowie in Axialflucht zum Rotorwellen-Drehlager 9 angeordnet. Dadurch reduziert sich die Biegebean spruchung der Getriebe-Antriebswelle 17. Zusätzlich ist das Rotorwellen- Drehlager 9 als ein axial verschiebbares federvorgespanntes Loslager reali siert.

Die Getriebe-Antriebswelle 17 und die Rotorwelle 5 bilden einen Wellenver bund W (Figur 1), der in einer konstruktiv einfachen Drei-Punkt-Lagerung in der Antriebsvorrichtung drehgelagert ist, und zwar an den beiden Wellenver bund-Stirnseiten jeweils über ein Festlager 33 am Elektromaschinen- Gehäuse und über ein weiteres Festlager 35 am Getriebe-Gehäuse 37. In der Wellenverbund-Mitte befindet sich das als Loslager realisierte Rotorwel len-Drehlager 9.

Wie aus der Figur 3 weiter hervorgeht, ragt in den Hohlraum der Rotorwelle 5 eine rohrförmige Öllanze 39 ein, die Bestandteil einer Rotorinnenkühlung ist. Die Öllanze 39 begrenzt zusammen mit dem Rotorwellen-Innenumfang einen Ringspalt 41. Bei aktivierter Rotorinnenkühlung fördert eine Druckpumpe 43 einen Schmier- und/oder Kühlmittel-Volumenstrom m von einem Pumpen sumpf 45 durch die Öllanze 39 und über deren Überströmöffnung 47 in den Ringspalt 41. Ausgehend vom Ringspalt 41 wird der Schmier- und/oder Kühlmittel-Volumenstrom m über eine Auslassöffnung 49 der Rotorwelle 5 in den Elektromaschinen-Innenraum gefördert. Außerdem wird der Schmier- und/oder Kühlmittel-Volumenstrom m über einen im Zentriersitz 27 ausgebil deten Strömungsdurchlass 51 sowie über eine axiale Strömungsnut 53 bis zur Passverzahnung 15 gefördert. Die axiale Strömungsnut 53 ist zwischen dem durchmesserreduzierten Wellenabschnitt 31 und dem Rotorwellen- Innenumfang begrenzt.

Nachfolgend wird anhand der Figur 4 und 5 eine Prozessabfolge zur Herstel lung der Getriebe-Antriebswelle 17 beschrieben: Demzufolge wird zunächst ein Wellen-Rohling 57 aus einem härtbaren Stahl bereitgestellt. Der Wellen- Rohling 57 weist sowohl den Zentriersitz 27 als auch den Lagersitz 30 auf. Der Lagersitz 30 ist in der Figur 4 und 5 unmittelbar an der getriebeseitigen Wellen-Stirnseite 29 der Getriebe-Antriebswelle 17 angeordnet.

Der Wellen-Rohling 57 wird anschließend in einem Wärmebehandlungs schritt gehärtet, und zwar unter Bauteilverzug, wodurch sich eine Wellen- Durchbiegung D ergibt. Die Wellen-Durchbiegung D ist in der Figur 4 und 5 mittels Biegelinien angedeutet. In einem nachfolgenden Ausricht-Schritt wird der Wellen-Rohling 57 mittels Spannwerkzeuge 55 an zwei axial voneinan der beabstandeten Einspannstellen eingespannt und mit einer Prozesskraft F plastisch verformt, bis sich der Bauteilverzug reduziert. Je größer der Ab stand zwischen den beiden Einspannstellen ist, desto einfacher lässt sich der Bauteilverzug (und die damit einhergehende Wellen-Durchbiegung) reduzie ren. Vor diesem Hintergrund sind in der Figur 5 die beiden Einspannstellen jeweils die an den Wellen-Stirnseiten 25, 29 ausgebildeten Lager- und Zent riersitze 27, 30. Auf diese Weise sind in der Figur 5 die beiden Einspannstel len über einen größtmöglichen Axialabstand voneinander beabstandet.

Demgegenüber ist in der, in der Figur 5 gezeigten Vergleichsform der Zent riersitz 27 der Getriebe-Antriebswelle 17 nicht unmittelbar an der elektroma- schinenseitigen Wellen-Stirnseite 25 ausgebildet, sondern vielmehr um einen Achsversatz a versetzt davon positioniert. Auf diese Weise ragt die elektro- maschinenseitige Wellen-Stirnseite 25 mit einem Überstand über die (in der Figur 5 linke) Einspannstelle hinaus, wodurch auch nach Durchführung des Ausricht-Schrittes ein Bauteilverzug in der Getriebe-Antriebswelle 17 ver bleibt.

BEZUGSZEICHENLISTE:

1 Elektromaschine

3 Flanschwellen 5 Rotorwelle

7 Getriebe

St1 Zahnradstufe

9 Rotorwellen-Drehlager

10 Vorspannfeder 11 Lageröffnung

13 Elektromaschinen-Gehäuse 15 Passverzahnung

17 Getriebe-Antriebswelle

19 Festzahnrad 21 eingangsseitiges Zahnrad

23 Achsdifferenzial

25 elektromaschinenseitige Wellen-Stirnseite 27 Zentriersitz

29 getriebeseitige Wellen-Stirnseite 30 Lagersitz

31 durchmesserreduzierter Wellenabschnitt

33 Festlager

35 Festlager

37 Getriebegehäuse 39 Öllanze

41 Ringspalt

43 Druckpumpe

45 Pumpensumpf

47 Überströmöffnung 49 Auslassöffnung

51 Zentriersitz-Strömungsdurchlass

53 axiale Strömungsnut

55 Spannwerkzeug

57 Wellenrohling D Wellen-Durchbiegung

W Wellenverbund h Hebelarmlänge a Axialversatz F Prozesskraft

FR Radialkraft m Kühlmittel-Volumenstrom