Die Erfindung betrifft einen Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Antriebsstränge für Kraftfahrzeuge, welche neben einem Verbrennungsmotor eine Elektromaschine als weitere Antriebseinheit aufweisen, werden von den

Automobilherstellern häufig durch eine Integration einer Elektromaschine in einen rein verbrennungsmotorischen Antriebsstrang dargestellt, so dass eine kompakt bauende Elektromaschine notwendig ist, um eine Integration realisieren zu können.

Aus der DE 102007027490 A1 ist bereits ein Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug mit einer Elektromaschine bekannt, in welchem die Elektromaschine einen Rotor aufweist, welcher mittels einem Festlager drehbar und mittels einem Loslager drehfest gelagert ist. Das Loslager stellt eine Verbindungseinheit zwischen einer Rotorwellennabe des Rotors und einer Antriebswelle dar. Die DE 102007027490 A1 schlägt vor, die Rotorwellennabe axial verschiebbar auf der Antriebswelle auszuführen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine kompakt bauende Elektromaschine für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs mit einem Verbrennungsmotor und einer Elektromaschine als Antriebseinheiten zu entwickeln, welche die

Lebensdauererwartungen, die an Komponenten eines Kraftfahrzeugantriebsstrangs gestellt werden, erfüllt.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch einen Antriebsstrang mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Erfindungsgemäß weist der Antriebsstrang einen

Verbrennungsmotor und eine als Elektromotor und/oder Generator betreibbare

Elektromaschine auf. Die Elektromaschine weist einen Rotor auf, wobei der Rotor mittels eines als erste Lagerstelle des Rotors dienenden Lagers drehbar gelagert ist. Der Rotor weist weiter eine Rotorwelle auf, welche über eine als zweite Lagerstelle des Rotors dienende Verbindungseinheit verfügt. Die Rotorwelle ist über die Verbindungseinheit mit einer Antriebswelle drehfest verbunden. Das Lager ist als Festlager des Rotors und die Verbindungseinheit als Loslager des Rotors ausgebildet. Es wird vorgeschlagen an der Verbindungseinheit eine mittelbar oder unmittelbar angrenzende Vorspanneinrichtung vorzusehen, mittels welcher eine Vorspannkraft zwischen beiden Lagerstellen des Rotors bewirkbar ist.

Die Erfindung betrifft jegliche Kraftfahrzeugarten, insbesondere Personenkraftwagen, Lastkraftwagen, Lieferwagen und Busse.

Unter einer Lagerstelle des Rotors wird im Rahmen der Erfindung eine Baugruppe verstanden, mittels welcher eine teilweise Fixierung des Rotors bewirkbar ist, so dass die Beweglichkeit des Rotors in gewollten Freiheitsgraden erhalten bleibt. So ist der Rotor durch das als Festlager ausgebildete Lager drehbar gelagert, wobei die axiale Position des Rotors und die Lage der Drehachse des Rotors festgelegt sind. Sowohl der

Außenring als auch der Innenring des Lagers sind in axialer Richtung fixiert. Durch die als Loslager wirkende Verbindungseinheit ist der Rotor mit der Antriebswelle drehfest verbunden und die Lage der Drehachse des Rotors ist festgelegt, der Rotor mit der Rotorwelle ist auf der Antriebswelle axial verschiebbar.

Unter einer Vorspannung zwischen den beiden Lagerstellen des Rotors wird im Rahmen der Erfindung eine mechanische Spannung verstanden, welche durch eine Montage der einzelnen Bauteile und Baugruppen des Antriebsstrangs zwischen den beiden Lagerstellen des Rotors bewirkt wird. Wird als Lager des Rotors ein Wälzkörperlager gewählt, so ist eine Aufbringung einer Vorspannung zwischen dem als erste Lagerstelle dienenden Lager und dem als zweite Lagerstelle dienenden Verbindungselement vorteilhaft, um eine Axialluft im Lager im Betrieb des Rotors zu vermeiden. Unter einer Axialluft wird im Rahmen der Erfindung das Maß bei einem nicht eingebauten Wälzkörperlager verstanden, um das sich die beiden Lagerringe eines Wälzkörperlagers in axialer Richtung von einer Endlage in die andere bis zur spannungsfreien Anlage gegeneinander verschieben lassen. Eine Axialluft im Betrieb eines Wälzkörperlagers hat zur Folge, dass sich die äußeren Kräfte, welche auf das Wälzkörperlager einwirken, nicht auf alle Wälzelemente verteilen, was Gleitbewegungen anstelle von Wälzbewegungen einzelner Wälzkörper zur Folge hat. Gleitbewegungen von Wälzkörpern bringen einen im Vergleich zu Wälzbewegungen stark erhöhten Verschleiß mit sich und reduzieren die Lebensdauer des Lagers. Für die Lagerung eines Rotors einer Elektromaschine ist eine Aufbringung einer Vorspannung zur Vermeidung einer Axialluft besonderes vorteilhaft, da die Drehzahlen der Rotoren sehr hoch sind und bis zu in etwa 12 000 Umdrehungen/Minute betragen. Eine Aufbringung einer Vorspannung für ein Wälzkörperlager einer Elektromaschinen ist besonders vorteilhaft, damit bei den hohen Beschleunigungen, welche durch die hohen Drehzahlen der Rotoren bedingt sind und welche bei Elektromaschinen beim An- und Abschalten auftreten können, die Wälzkörper des Wälzkörperlagers rollen und nicht gleiten und so ein verschleißarmer Betrieb des Wälzkörperlagers möglich ist. Ein verschleißarmer Betrieb der Wälzkörperlager ist für eine Erreichung der für die Aggregate von Kraftfahrzeugen üblicherweise geforderten Lebensdauer notwendig.

In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Antriebsstrangs ist die die als zweite Lagerstelle des Rotors dienende Verbindungseinheit als Steckverzahnung zwischen einer nabenseitigen Verzahnung der Nabe der Rotorwelle und einer wellenseitigen Verzahnung der Antriebswelle ausgeführt. Mit einer Steckverzahnung ist vorteilhaft eine direkte Lagerung der Rotorwelle auf der Antriebswelle möglich, was sich besonders Bauraum und Kosten sparend für die Integration der Elektromaschine in den Antriebsstrang auswirkt, da die bereits vorhandene Lagerung der Antriebswelle für die Rotorwelle mit nutzbar ist.

In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Antriebsstrangs sind das Lager und die Verbindungseinheit axial beabstandet zueinander angeordnet. Unter axial beabstandet soll im Rahmen der Erfindung verstanden werden, dass zwischen dem Lager und der Verbindungseinheit in axialer Richtung ein Abstand besteht. Die Verbindungseinheit und das Lager sind axial versetzt im Antriebsstrang angeordnet und es gibt keine axiale Überlappung dieser beiden Lagerstellen. Durch ein Vorsehen eines axialen Abstands zwischen den beiden Lagerstellen des Rotors ist vorteilhaft eine Aufbringung einer Vorspannung zwischen den beiden Lagerstellen möglich.

Durch ein Vorsehen eines axialen Abstands zwischen den beiden Lagerstellen des Rotors ist vorteilhaft eine breitere Lagerbasis darstellbar, was einer Erhöhung der Kippstabilität des Rotors dient. Kippt der Rotor der Elektromaschine gegen den Stator der Elektromaschine, so reduziert sich hierdurch das Luftspiel zwischen dem Stator und dem Rotor einseitig. Dabei hat ein linear sinkendes Luftspiel zwischen dem Stator und dem Rotor einen exponentiellen Anstieg der magnetischen Kräfte zur Folge. Eine Verkippung des Rotors hat damit eine Entstehung einer Unwicht im Betrieb der Elektromaschine zur Folge, was zu einer erhöhten Beanspruchung von Antriebsstrangkomponenten und so zu einer Reduktion der Antriebsstranglebensdauer führt. In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Antriebsstrangs ist das Lager in etwa axial mittig des Rotors angeordnet. Unter einer Anordnung des Lagers in etwa axial mittig des Rotors wird im Rahmen der Erfindung verstanden, dass die axiale Mittelachse des Lagers einen Abstand von weniger als 12 mm zur axialen Mittelachse der Rotormagneten aufweist. Das Lager ist vorteilhaft in axialer Richtung des Antriebsstrangs in etwa mittig unter den Rotormagneten angeordnet, um mögliche Kippwinkel, welche während des Zusammenbaus der Elektromaschine zwischen dem Rotor und Stator der Elektromaschine auftreten können, zu reduzieren, und um so auf eine Abstützeinrichtung zwischen dem Rotor und dem Stator verzichten zu können, was insbesondere vorteilhaft eine Kosteneinsparung und eine Gewichtsreduktion mit sich bringt. Kippt der Rotor während des Zusammenbaus der Elektromaschine zu stark gegen den Stator, so reduziert sich hierdurch das Luftspiel zwischen dem Stator und dem Rotor einseitig. Ein linear sinkendes Luftspiel zwischen dem Stator und dem Rotor hat einen exponentiellen Anstieg der magnetischen Kräfte zur Folge. Eine Verkippung des Rotors hat eine Entstehung einer Unwicht im Betrieb des Rotors zur Folge, was zu einer erhöhten Beanspruchung von Antriebsstrangkomponenten und so zu einer Reduktion der Antriebsstranglebensdauer führt.

In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Antriebsstrangs ist die

Vorspanneinrichtung als ein mittelbar oder unmittelbar an die Verbindungseinheit angrenzendes Federelement ausgeführt, welches axial verschiebbar auf der

Antriebswelle (8) ausgeführt ist. Vorteilhaft ist eine durch ein Federelement bewirkte Vorspannung temperaturunabhängig und permanent wirksam, so dass ein Auftreten einer Axialluft temperaturunabhängig und permanent unterbindbar ist. Vorteilhaft ist ein

Federelement ein kostengünstiges Bauteil zur Aufbringung einer Vorspannung. Vorteilhaft ist mit einem Federelement technisch einfach eine definierte Vorspannkraft erzeugbar. Vorteilhaft ist ein Federelement technisch einfach durch ein anderes Federelement austauschbar und damit eine Vorspannkraft technisch einfach anpassbar.

In einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Antriebsstrangs drückt das Federelement einerseits mittelbar oder unmittelbar gegen die Antriebswelle, andererseits über ein axial auf der Antriebswelle verschiebbares Ringscheibenelement gegen die Rotorwelle, wobei auf der Außenfläche der Antriebswelle eine umlaufende Nut zur Aufnahme des

Ringscheibenelements vorgesehen ist. Vorteilhaft kann durch diese Weiterbildung der Erfindung das Federelement auf der Antriebswelle vormontiert werden, da das Federelement durch das von der Nut aufgenommene Ringscheibenelement gehalten wird.

In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Antriebsstrangs ist das Lager als Wälzkörperlager, insbesondere als einreihiges Rillenkugellager ausgeführt.

Wälzkörperlager sind im Gegensatz zu Gleitlagern vorteilhaft axial belastbar und als Festlager einsetzbar. Wälzkörperlager weisen vorteilhaft einen geringeren

Bewegungswiderstand auf als Gleitlager, was sich insbesondere bei den hohen auftretenden Drehzahlen von Elektromaschinen Wirkungsgrad steigernd für den erfindungsgemäßen Antriebsstrang auswirkt.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden in einer Figur anhand von schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen beschrieben.

Es zeigt:

Fig. 1 Eine schematische Darstellung eines Ausschnitts eines

erfindungsgemäßen Parallelhybridantriebsstrangs mit einem Verbrennungsmotor und einer Elektromaschine, wobei eine drehbare Lagerung der Elektromaschine nur über ein ihr zugehöriges Lager erfolgt, während eine zweite Lagerstelle der Elektromaschine eine

Steckverzahnung zwischen einem Rotor der Elektromaschine und einer Antriebswelle darstellt, wobei eine

Vorspanneinrichtung an der Steckverzahnung vorgesehen ist.

Gemäß Fig. 1 weist ein Antriebsstrang 1 einen Verbrennungsmotor 2 und eine als Elektromotor und/oder Generator betreibbare Elektromaschine 3 auf. Eine Kurbelwelle 18 des Verbrennungsmotors 2 ist mit einem Schwungrad 17 fest verbunden. Das

Schwungrad 17 ist über eine Kupplung 1 mit einer Antriebswelle 8 des Antriebsstrangs 1 verbindbar. Die Antriebswelle 8 ist mit einer nicht dargestellten Eingangswelle eines nicht dargestellten Getriebes verbunden. Das Getriebe weist einen nicht dargestellten

Getriebeabtrieb zum Antrieb eines Kraftfahrzeugs auf. Die Elektromaschine 3 weist einen Rotor 5a auf, welcher mittels eines als erste Lagerstelle des Rotors 5a dienenden einreihigen Rillenkugellagers 4 drehbar in einem feststehenden Gehäuse 13 des

Antriebsstrangs 1 gelagert ist. Der Rotor 5a weist ferner eine Rotorwelle 6 mit einer Rotornabe 10 auf. In der Rotornabel 0 ist eine Innenverzahnung vorgesehen, welche gemeinsam mit der wellenseitigen Verzahnung der Antriebswelle 8 eine Steckverzahnung 7 bildet. Die Steckverzahnung 7 ist eine drehfeste Verbindung zwischen der

Elektromaschine 3 und der Antriebswelle 8 und dient sowohl als zweite Lagerstelle des Rotors 5a als auch für eine Leistungsübertragung zwischen der Elektromaschine 3 und der Antriebswelle 8. Das einreihige Rillenkugellager 4 ist als Festlager ausgeführt, sowohl der Innenring 4a als auch der Außenring 4b des Rillenkugellagers 4 sind axial fixiert. Der Außenring 4b ist axial im Gehäuse 13 fixiert, der Innenring 4a auf der Rotorwelle 6. Die Steckverzahnung 7 ist als Loslager des Rotors 5a ausgeführt und die Innenverzahnung der Rotornabe 10 ist auf der Außenverzahnung der Antriebswelle 8 axial verschiebbar. Es ist eine Vorspanneinrichtung an der Steckverzahnung 7 vorgesehen, mittels welcher eine Vorspannung zwischen den beiden Lagerstellen 4 und 7 des Rotors 5a aufbringbar ist. Die Vorspanneinrichtung ist als Federelement 9 mit einem Ringscheibenelement 1 1 ausgeführt, wobei das Federelement 9 einerseits unmittelbar gegen einen Axialanschlag der Antriebswelle 8 drückt und andererseits über das axial auf der Antriebswelle 8 verschiebbare Ringscheibenelement 11 gegen einen Axialanschlag in der Rotornabe 10, gegen die Rotorwelle 6, gegen den axial mit der Rotorwelle 6 fixierten Innenring 4a des einreihigen Rillenkugellagers 4 und gegen die Wälzkugeln 4c des einreihigen

Rillenkugellagers 4. Die Antriebswelle 8 ist über ein weiteres einreihiges Rillenkugellager 16 axial fest im Schwungrad 17 und axial verschiebbar über ein Kegelrollenlager 15 im Gehäuse 13 gelagert, so dass das Federelement 9 sich an der Antriebswelle 8 axial abstützt und so die Wälzkugeln 4c des einreihigen Rillenkugellagers 4 gegen eine Schulter einer Laufrille des einreihigen Rillenkugellagers 4 drückt, so dass die

Wälzkugeln 4c sicher sowohl mit dem Innenring 4a als auch dem Außenring 4b des Rillenkugellagers 4 in Kontakt sind und keine Axialluft vorhanden ist. Es ist vorteilhaft, die Antriebswelle 8 in zwei Lagerstellen 15, 16 drehbar im Gehäuse 13 zu lagern und nicht die Antriebswelle 8 über den Rotor 5a der Elektromaschine 3 und über ein Lager zwischen dem Rotor 5a und einem gehäusefesten Stator 5b der Elektromaschine 3 im Gehäuse 13 zu lagern. Durch eine direkte Lagerung der Antriebswelle 8 im Gehäuse 13 kann vorteilhaft auf ein Lager zwischen dem Rotor 5a und dem Stator 5b der

Elektromaschine 3 verzichtet werden. In einem Lager zwischen einem Stator und einem Rotor einer Elektromaschine entstehen hohe Verlustleistungen, welche durch die hohen Drehzahlen eines Elektromaschinenrotors von in etwa 12 000 Umdrehungen/Minute bedingt sind. Eine auf der Außenfläche der Antriebswelle 8 vorgesehene umlaufende Nut 12 dient zur Aufnahme des Ringscheibenelements 11 , so dass eine Vormontage des Federelements 9 auf die Antriebswelle 8 möglich ist, indem das Federelement 9 auf die Antriebswelle 8 gegen den Axialanschlag der Antriebswelle 8 aufgeschoben wird. Hiernach wird das Ringscheibenelement 11 auf die Antriebswelle 8 in die Nut 12 geschoben. Die Nut 12 fixiert das Ringscheibenelement 1 1 und damit auch das Federelement 9 in axialer Richtung.