DE102018110879A1

DE102018110879A1 - Anordnung zur axialen Lagesicherung eines Sonnenrads einer Planetengetriebestufe auf einer Rotorwelle einer elektrischen Maschine und Verwendung einer solchen Anordnung

Info

Publication number: DE102018110879A1
Application number: DE102018110879.6A
Authority: DE
Inventors: Bernhard Linz; Marcel Laake
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2018-05-07
Filing date: 2018-05-07
Publication date: 2019-11-07
Also published as: US20210231212A1; CN112088263B; US11287028B2; CN112088263A; WO2019214762A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur axialen Lagesicherung eines Sonnenrads (1) einer Planetengetriebestufe auf einer Rotorwelle (2) einer elektrischen Maschine, wobei das Sonnenrad (1) einen am Innendurchmesser nach radial außen abgesetzten Endabschnitt (8) aufweist und mit zumindest einem Sicherungsring (6) auf der Rotorwelle (2) axial festgesetzt ist, und zur Sicherung gegen die bei Rotation der Rotorwelle (2) auf den Sicherungsring (6) wirkenden Fliehkräfte zumindest ein Sicherungselement (9) vorgesehen ist, das zur Befestigung in den Endabschnitt (8) am Sonnenrad (1) eingesteckt und zumindest teilweise über den Sicherungsring (6) geschoben ist und diesen radial sichert.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur axialen Lagesicherung eines Sonnenrads einer Planetengetriebestufe auf einer Rotorwelle einer elektrischen Maschine und eine Verwendung einer solchen Anordnung gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bzw. 10 näher definierten Art.
Aus DE 10 2011 082 017 A1 ist eine Lageranordnung für eine Antriebsvorrichtung mit mindestens einer elektrischen Maschine bekannt. Dort ist zur Lagerung einer Rotorwelle einer elektrischen Maschine ein erstes und zweites Wälzlager vorgesehen. Die Wälzlager sind jeweils über einen in eine Wellennut eingelassenen Sicherungsring auf der Rotorwelle fixiert. Nachteilig wirkt sich bei dieser Ausgestaltung der Umstand aus, dass auf Rotorwellen in elektrischen Maschinen ab einer Drehzahl von ca. 6000 U/min und höher bei einfachen Standard-Sicherungsringen die im Betrieb wirkenden Fliehkräfte zu einem Aufweiten und Lösen des jeweiligen Sicherungsrings führen können, wodurch die axiale Sicherung auf der Rotorwelle nicht mehr gewährleistet ist. Daher ist in solchen Fällen der Einsatz von Spezial-Sicherungsringen, insbesondere mit sogenannter Self-Locking-Funktion, erforderlich. Diese sind in sich geschlossen und können sich dadurch nicht unter Fliehkraft öffnen. Der Einsatz von Spezial-Sicherungsringen ist teuer und in Serienmontage nur mit großem Aufwand oder nur in Handmontage zu realisieren. Zudem ist eine Demontage in der Regel nur durch Zerstörung des Sicherungsrings möglich.
Zusammenfassung der Erfindung
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Anordnung der vorgenannten Art hinsichtlich ihres Aufbaus und ihrer Montage zu vereinfachen und betriebssicher zu gestalten. Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, eine Verwendung einer Anordnung der vorgenannten Art vorzuschlagen.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 und alternativ durch die Merkmale des Patentanspruchs 10 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen.
Es wird eine Anordnung zur axialen Lagesicherung eines Sonnenrads einer Planetengetriebestufe auf einer Rotorwelle einer elektrischen Maschine vorgeschlagen. Erfindungsgemäß weist das Sonnenrad einen am Innendurchmesser nach radial außen abgesetzten Endabschnitt auf und ist mit zumindest einem Sicherungsring auf der Rotorwelle axial festgesetzt. Dabei ist zur Sicherung gegen die bei Rotation der Rotorwelle auf den Sicherungsring wirkenden Fliehkräfte zumindest ein Sicherungselement vorgesehen, das zur Befestigung in den Endabschnitt am Sonnenrad eingesteckt und zumindest teilweise über den Sicherungsring geschoben ist und diesen radial sichert. Auf diese Weise wird eine einfach aufgebaute und einfach montierbare Fliehkraftsicherung des Sicherungsrings erreicht, die bauraumsparend zumindest teilweise in das Sonnenrad integriert ist. Hierdurch ist ein fliehkraftbedingtes Aufweiten und Lösen des Sicherungsrings im Betrieb sicher vermeidbar und die Verwendung von einfach herstell- und montierbaren Standard-Sicherungsringen auf Rotorwellen von elektrischen Maschinen unabhängig von der Drehzahl derselben möglich. Im Gegenzug kann auf teure Spezial-Sicherungsringe oder andere aufwendig aufgebaute und nur aufwendig herstell- und montierbare Lösungen verzichtet werden.
Es ist von Vorteil, wenn dabei das Sicherungselement in das Sonnenrad zur Befestigung kraftschlüssig eingesteckt ist. Die Anordnung ist so besonders einfach montier- und zerstörungsfrei demontierbar. Denkbar sind auch andere lösbare form- oder form- und kraftschlüssige Verbindungen, insbesondere eine Schnappverbindung.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist das Sicherungselement als Sicherungshülse ausgeführt, die in den nach radial außen abgesetzten Endabschnitt des Sonnenrads axial eingepresst ist. In besonders vorteilhafter Weise ist dabei die Sicherungshülse vollständig in das Sonnenrad bauraumsparend integriert.
Die Sicherungshülse kann mit einem Endabschnitt nach radial innen abgewinkelt sein, derart, dass sie mit dem freien stirnseitigen Ende des Endabschnitts den Sicherungsring am Außendurchmesser radial umfasst. Auf diese Weise wird eine einfach an die Einbauverhältnisse anpassbare Fliehkraftsicherung des Sicherungsrings ermöglicht. Das Sicherungselement ist zudem als sogenannte Winkelhülse einfach herstellbar.
Es ist weiterhin von Vorteil, wenn die Sicherungshülse mit einem Endabschnitt rechtwinklig nach radial innen abgewinkelt an einem am Innendurchmesser des Sonnenrads gebildeten radialen Ringabsatz flächig axial anliegt.
Eine besonders einfache Demontage wird ermöglicht, wenn das Sicherungselement mehrere Öffnungen zum Angriff eines Abziehwerkzeugs aufweist.
Das Sicherungselement kann spanlos durch Umformen insbesondere aus Blech oder Kunststoff einfach hergestellt werden.
In der erfindungsgemäßen Anordnung ist es in besonders vorteilhafter Weise möglich, zur axialen Lagesicherung des Sonnenrads auf der Rotorwelle drehzahlunabhängig zumindest einen Standard-Sicherungsring, beispielsweise einen Sicherungsring Seeger Typ SW, zu verwenden. Dieser ist in Massenfertigung kostengünstig herstellbar und kann zur Montage einfach auf die Rotorwelle aufgesteckt und in einer Sicherungsnut am Außendurchmesser der Rotorwelle befestigt werden. Er ist zudem einfach zerstörungsfrei demontierbar.
Die erfindungsgemäße Anordnung ermöglicht das Sonnenrad in einem Endbereich der Rotorwelle anzuordnen und axial zu sichern. Vorzugsweise ragt es dabei mit dem radial abgesetzten Endabschnitt über das Ende der Rotorwelle axial hinaus. Dadurch kann im abgesetzten Endabschnitt des Sonnenrads neben dem Sicherungselement ein weiteres Bauteil bauraumsparend zumindest teilweise integriert werden. Beispielsweise kann eine koaxial zur Sicherungshülse angeordnete Dichtung in den das Ende der Rotorwelle überragenden Endabschnitt des Sonnenrads radial eingreifen und zur Abdichtung am Innendurchmesser desselben angelegt sein. In besonders vorteilhafter Weise kann dabei die Dichtung mit dem Innendurchmesser auf dem Außendurchmesser einer durch die als Hohlwelle ausgeführte Rotorwelle koaxial hindurchgeführten Welle zur Abdichtung abgestützt sein.
Die erfindungsgemäße Aufgabe der Erfindung wird auch durch eine Verwendung der erfindungsgemäßen Anordnung in einem elektrischen Achsantrieb eines Fahrzeugs gelöst. Dabei bildet die Anordnung mit dem Sonnenrad und der Rotorwelle mit der elektrischen Maschine einen elektrischen Antrieb als Teil des Achsantriebs des Fahrzeugs. Bevorzugt ist hierbei eine Welle als Abtriebswelle des elektrischen Achsantriebs durch die Rotorwelle bauraumsparend hindurchgeführt.
Figurenliste
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den Zeichnungen, in denen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung vereinfacht dargestellt ist. Es zeigen:

1 eine geschnittene Ansicht einer erfindungsgemäßen Anordnung zur axialen Lagesicherung eines Sonnenrads auf einer Rotorwelle einer elektrischen Maschine,
2 einen vergrößerten Ausschnitt aus 1,
3 und 4 Einzelansichten eines erfindungsgemäßen Sicherungselements der Anordnung,
5 eine geschnittene Ansicht eines Sicherungselements aus 3 und 4,
6 einen vergrößerten Ausschnitt aus 5.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
1 und 2 zeigen beispielhaft eine erfindungsgemäße Anordnung zur axialen Lagesicherung eines Sonnenrads 1 einer Planetengetriebestufe auf einer Rotorwelle 2 einer elektrischen Maschine. Das Sonnenrad 1 ist auf der Rotorwelle 2 drehfest angeordnet und steht zum Antrieb mit einem Satz Planetenräder 3 der nicht weiter dargestellten Planetengetriebestufe in Eingriff. Die Rotorwelle 2 trägt einen koaxial angeordneten Rotor 4 der elektrischen Maschine. An der rotorabgewandten axialen Seite ist das Sonnenrad 1 am Innendurchmesser mit einem radialen Ringabsatz 5 nach radial außen abgesetzt und an diesem durch einen auf der Rotorwelle 2 angeordneten Sicherungsring 6 axial gesichert. Der Sicherungsring 6 sichert das Sonnenrad 1 am Ringabsatz 5 desselben axial anliegend und ist in eine Sicherungsnut 7 am Außendurchmesser der Rotorwelle 2 zur Befestigung eingelassen. Der Ringabsatz 5 begrenzt einen am Innendurchmesser nach radial außen abgesetzten Endabschnitt 8 des Sonnenrads 1, in den am rotorabgewandten Ende des Sonnenrads 1 ein Sicherungselement 9 koaxial eingesteckt ist. Dabei wird das Sicherungselement 9 am Ringabsatz 5 als Montageanschlag anliegend radial über den am Ringabsatz 5 axial anliegenden Sicherungsring 6 geschoben, wodurch dieser an seinem Außendurchmesser durch das Sicherungselement 9 radial gesichert ist.
Das Sicherungselement 9 ist als Sicherungshülse ausgeführt, die mit ihrem Außendurchmesser am Innendurchmesser des nach radial außen ringförmig abgesetzten zylindrischen Endabschnitts 8 des Sonnenrads 1 vollständig axial eingepresst ist (1 und 2). Dabei ist die Sicherungshülse 9 mit einem Endabschnitt 10 nach radial innen rechtwinklig abgewinkelt und bildet auf diese Weise eine sogenannte Winkelhülse (3 bis 5). Sie liegt mit dem abgewinkelten Endabschnitt 10 flächig am Ringabsatz 5 als Montageanschlag axial an (2). Mit dem freien stirnseitigen Ende 17 des Endabschnitts 10 umfasst die Sicherungshülse 9 radial ringförmig den Außendurchmesser des Sicherungsrings 6 vollständig. Sie blockiert auf diese Weise das Öffnen des Sicherungsrings 6 unter Fliehkraft und das Lösen desselben von der Rotorwelle 2. Dadurch ist es möglich, zur axialen Sicherung des Sonnenrads 1 auf der Rotorwelle 2 in besonders vorteilhafter Weise den Sicherungsring 6 als Standard-Außensicherungsring, beispielsweise des Typs Seeger SW, auszuführen, der einfach montier- und zerstörungsfrei demontierbar ist. Der Sicherungsring 6 ist durch die in das Sonnenrad 1 vollständig integrierte Sicherungshülse 9 zur Fliehkraftsicherung radial umfasst.
Die Sicherungshülse 9 bildet mit dem radial abgewinkelten Endabschnitt 10 ein rechtwinkliges L-förmiges Längsprofil als sogenannte Winkelhülse oder L-Scheibe (3 bis 6). Der Außendurchmesser d₁ der Sicherungshülse 9 ist so gewählt, dass er mit dem Innendurchmesser des nach radial außen ringförmig abgesetzten Endabschnitts 8 des Sonnenrads 1 eine Presspassung bildet, während der am freien stirnseitigen Ende 17 des abgewinkelten Endabschnitts 10 gebildete Innendurchmesser d₂ der Sicherungshülse 9 eine Größe aufweist, die es erlaubt bei der Montage die Sicherungshülse 9 mit dem freien Ende 17 mit geringfügigem radialen Spiel über den Außendurchmesser des Sicherungsringes 6 zu schieben. Im Bereich der 90°-Krümmung am Ansatz des abgewinkelten Endabschnitts 10 der Sicherungshülse 9 sind mehrere gleichmäßig über den Umfang verteilt angeordnete Öffnungen 11 vorgesehen (6), die als radiale Durchgangsbohrungen ausgeführt sind, in die am Innendurchmesser der Sicherungshülse 9 ein Abziehwerkzeug eingreifen kann, um die Sicherungshülse 9 aus dem Sonnenrad 1 zu ziehen. Auf diese Weise ist eine zerstörungsfreie Demontage der Sicherungshülse 9 und des Sicherungsrings 6 möglich.
Das Sonnenrad 1 mit dem Ringabsatz 5 und der Sicherungsring 6 sind an einem Endbereich der Rotorwelle 2 angeordnet, wobei das Sonnenrad 1 mit dem rotorabgewandten Endabschnitt 8 über das Ende der Rotorwelle 2 hinausragt. Dadurch kann eine koaxial zur Sicherungshülse 9 angeordnete Dichtung 16 in den radial abgesetzten Endabschnitt 8 des Sonnenrads 1 radial eingreifen und am Innendurchmesser desselben anliegend integriert werden (1 und 2). Sicherungshülse 9 und Dichtung 16 können auf diese Weise koaxial hintereinander im abgesetzten Endabschnitt 8 des Sonnenrad 1 bauraumsparend angeordnet werden.
Die erfindungsgemäße Anordnung ist besonders vorteilhaft in einem elektrischen Achsantrieb eines Fahrzeugs einsetzbar (1 und 2). Hierbei bildet die Anordnung mit dem Sonnenrad 1 und der Rotorwelle 2 der elektrischen Maschine einen Teil des Achsantriebs. Die Lager 12 bilden die Rotorwellenlagerung. Die Rotorwelle 2 ist als Hohlwelle ausgeführt, durch die eine Welle 15 koaxial hindurchgeführt ist. Diese bildet eine Abtriebswelle des elektrischen Achsantriebs, wobei die Dichtung 16 mit dem Innendurchmesser auf dem Außendurchmesser der Welle 15 zur Abdichtung abgestützt ist.
Bezugszeichenliste

1: Sonnenrad
2: Rotorwelle
3: Planetenrad
4: Rotor
5: Ringabsatz
6: Sicherungsring
7: Sicherungsnut
8: Endabschnitt
9: Sicherungselement, Sicherungshülse
10: Endabschnitt
11: Öffnung
12: Lager
13: Lager
14: Gehäuse
15: Welle
16: Dichtung
17: Ende
d₁: Außendurchmesser
d₂: Innendurchmesser

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 102011082017 A1 [0002]

Claims

Anordnung zur axialen Lagesicherung eines Sonnenrads (1) einer Planetengetriebestufe auf einer Rotorwelle (2) einer elektrischen Maschine, wobei das Sonnenrad (1) einen am Innendurchmesser nach radial außen abgesetzten Endabschnitt (8) aufweist und mit zumindest einem Sicherungsring (6) auf der Rotorwelle (2) axial festgesetzt ist, und zur Sicherung gegen die bei Rotation der Rotorwelle (2) auf den Sicherungsring (6) wirkenden Fliehkräfte zumindest ein Sicherungselement (9) vorgesehen ist, das zur Befestigung in den Endabschnitt (8) am Sonnenrad (1) eingesteckt und zumindest teilweise über den Sicherungsring (6) geschoben ist und diesen radial sichert.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherungselement (9) in das Sonnenrad (1) kraftschlüssig eingesteckt ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherungselement (9) als Sicherungshülse ausgeführt ist, die in den radial abgesetzten Endabschnitt (8) des Sonnenrads (1) axial eingepresst ist.
Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Sicherungshülse mit einem Endabschnitt (10) nach radial innen abgewinkelt ist und mit dem freien stirnseitigen Ende den Sicherungsring (6) am Außendurchmesser radial umfasst.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Sicherungshülse mit einem Endabschnitt (10) rechtwinklig nach radial innen abgewinkelt an einem am Innendurchmesser des Sonnenrads (1) gebildeten radialen Ringabsatz (5) flächig axial anliegt.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherungselement (9) mehrere Öffnungen (11) zum Angriff eines Abziehwerkzeugs zur Demontage aufweist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherungselement (9) spanlos durch Umformen hergestellt ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Sicherungsring (6) als Standard-Sicherungsring ausgeführt ist, der auf die Rotorwelle (2) aufgesteckt und in einer Sicherungsnut (7) am Außendurchmesser der Rotorwelle (2) befestigt ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Sonnenrad (1) in einem Endbereich der Rotorwelle (2) angeordnet ist und mit dem radial abgesetzten Endabschnitt (8) über das Ende der Rotorwelle (2) axial hinausragt.
Verwendung einer Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung in einem elektrischen Achsantrieb eines Fahrzeugs verwendet wird.