DE102010051041A1

DE102010051041A1 - Antriebsanordnung

Info

Publication number: DE102010051041A1
Application number: DE102010051041A
Authority: DE
Inventors: Katharina Burkart
Original assignee: Magna Powertrain GmbH and Co KG
Current assignee: Magna Powertrain GmbH and Co KG
Priority date: 2010-11-11
Filing date: 2010-11-11
Publication date: 2012-01-05

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Antriebsanordnung, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einer Aggregateinheit, die mit einem Getriebe zur Über- und/oder Untersetzung eines der von der Aggregateinheit erzeugten oder eines der Aggregateinheit zugeführten Antriebsmoments in antriebswirksamer Verbindung steht. Das Getriebe weist zumindest ein erstes Zahnrad und ein zweites Zahnrad auf, die miteinander kämmen und die zusammen eine Zahnradpumpe bilden, durch die der Aggregateinheit über einen Kanal kühlendes und/oder schmierendes Fluid zuführbar ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Antriebsanordnung, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einer Aggregateinheit, die mit einem Getriebe zur Über- und/oder Untersetzung eines der von der Aggregateinheit erzeugten oder eines der Aggregateinheit zugeführten Antriebsmoments in antriebswirksamer Verbindung steht.
Derartige Antriebsanordnungen sind in vielen Varianten bekannt und finden in den unterschiedlichsten Bereichen Anwendung. Bei derartigen Antriebsanordnungen stellt sich in der Regel ein erhebliches Problem in Bezug auf eine effiziente Kühlung und Schmierung der beteiligten Komponenten, insbesondere der Aggregateinheit. Eine zuverlässige Abfuhr der bei Betrieb der Antriebsanordnung entstehenden Abwärme und eine zuverlässige Zufuhr von Schmiermittel sind entscheidend für die Betriebssicherheit und die Effizienz der Anordnung.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Antriebsanordnung zu schaffen, die ein verbessertes Schmier- und Kühlkonzept aufweist, um die Betriebssicherheit und die Effizienz der Antriebsanordnung zu steigern.
Diese Aufgabe wird durch eine Antriebsanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Erfindungsgemäß weist das Getriebe zumindest ein erstes Zahnrad und ein zweites Zahnrad auf, die miteinander kämmen und die zusammen eine Zahnradpumpe bilden. Durch die Zahnradpumpe ist der Aggregateinheit über einen Kanal kühlendes und/oder schmierendes Fluid zuführbar.
Mit anderen Worten werden zwei Zahnräder des Drehmoment übertragenden Getriebes genutzt, um die Aggregateinheit mit Kühl- und/oder Schmiermittel zu versorgen. Die Zahnräder wirken dabei derart zusammen, dass sie eine Pumpwirkung erzeugen, mit der das genannte Fluid förderbar ist. Eine separate Pumpe zur Förderung des genannten Fluids entfällt daher. Dies führt zu Bauraum- und Kostenvorteilen. Außerdem ermöglicht die Nutzung des ohnehin vorhandenen Getriebes als Zahnradpumpe eine effiziente Fluidförderung, die in erster Linie von der Drehzahl der Zahnräder abhängig ist.
Gemäß einer Ausführungsform der Antriebsanordnung verläuft der Kanal zumindest abschnittsweise in einer mit einem Rotor der Aggregateinheit verbundenen Rotorwelle. Die Rotorwelle ist jene Welle, die von der Aggregateinheit direkt angetrieben wird oder die diese direkt antreibt. Durch die Führung des Fluids zumindest abschnittsweise in der Rotorwelle kann die Fluidzuführung sehr effizient gestaltet werden, ohne dass aufwendige Zufuhrkanäle geschaffen werden müssen. Bevorzugt ist der Kanal abschnittsweise koaxial zu einer Drehachse des Rotors angeordnet.
Der Kanal kann radiale Öffnungen aufweisen, durch die das Fluid in radialer Richtung aus dem Kanal austreten kann. Bei einer Ausgestaltung des Kanals mit radialen Öffnungen macht man sich die Zentrifugalkraft zunutze, die bei Betrieb der Aggregateinheit auf das in dem Kanal befindliche Fluid wirkt. Sie treibt das Fluid durch die Öffnungen aus dem Kanal in das Innere der Aggregateinheit, um dort eine Schmierung und/oder eine Kühlung zu bewirken. Eine besonders effiziente Kühlung und/oder Schmierung wird erzielt, wenn die Öffnungen insbesondere derart angeordnet sind, dass Funktionskomponenten der Aggregateinheit zumindest abschnittsweise mit Fluid beaufschlagt werden, insbesondere wenn diese im Bereich der Stirnseiten der Aggregateinheit liegen. Beispielsweise sind – bei einer elektrischen Maschine als Aggregateinheit – Wicklungen eines Stators derartige Funktionskomponenten. Eine Benetzung der Wicklungsköpfe an den Stirnseiten des Stators – z. B. durch direktes Anspritzen mit Fluid aus dem Kanal – lässt sich mit vergleichsweise geringem konstruktiven Aufwand erreichen. Gleichzeitig wird eine hinreichend gute Kühlung erzielt.
Es kann vorgesehen sein, dass das erste Zahnrad mit einer mit einem Rotor der Aggregateinheit verbundenen Rotorwelle drehfest verbunden ist. Dadurch ist es möglich, die Zahnradpumpe räumlich nahe an der Aggregateinheit anzuordnen, so dass die Zufuhrwege des Fluids vergleichsweise kurz sind.
Der Kanal kann sich zumindest abschnittsweise durch das erste Zahnrad erstrecken. Insbesondere ist der Kanal zumindest abschnittsweise koaxial zu einer Drehachse des ersten Zahnrads angeordnet.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform umfasst die Zahnradpumpe ein Gehäuse mit einem Gehäusebauteil, das eine Druckkammer ausbildet, die mit dem Kanal in Verbindung steht. Das Gehäusebauteil kann einen ersten Leitabschnitt aufweisen, der das erste Zahnrad abschnittsweise in Umfangsrichtung umgibt. Ferner kann ein zweiter Leitabschnitt vorgesehen sein, der das zweite Zahnrad zumindest abschnittsweise in Umfangsrichtung umgibt, wobei die Druckkammer zwischen den beiden Leitabschnitten angeordnet ist. Die Leitabschnitte führen das von den Zahnrädern in Bewegung versetzte Fluid zu der Druckkammer hin, von wo aus es der Aggregateinheit zugeführt wird.
Zur Regulierung des der Zahnradpumpe zugeführten Fluids kann das Gehäuse der Zahnradpumpe einen Regulierungsabschnitt aufweisen, der ein Fluidreservoir bildet, das mit einem Fluidsumpf in einem Gehäuse des Getriebes in Fluidverbindung steht. In dem Fluidreservoir sammelt sich bei Betrieb der Antriebsanordnung Fluid, in das zumindest das zweite Zahnrad eintaucht, um dem Kanal Fluid zuzuführen. Mit anderen Worten wird durch den Regulierungsabschnitt sichergestellt, dass ein Fluidstand in dem Fluidreservoir bei Betrieb der Antriebsanordnung stets so groß ist, dass das zweite Zahnrad zumindest teilweise in das Fluid eintaucht.
Das Gehäuse der Zahnradpumpe kann ein Abdeckungsbauteil aufweisen, an dem das Gehäusebauteil und/oder der Regulierungsabschnitt angeordnet sind und das insbesondere – in axialer Richtung der Zahnräder gesehen – eine Stirnseite des Zahnradpumpengehäuses bildet. Das Abdeckungsbauteil kann beispielsweise eine Basis bilden, an der das Gehäusebauteil und der Regulierungsabschnitt separat voneinander befestigt, insbesondere verrastet sind.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Aggregateinheit eine elektrische Maschine, die als Motor und/oder als Generator betreibbar ist.
Weitere Ausführungsformen der Erfindung sind in der Beschreibung, den Zeichnungen und den Ansprüchen angegeben.
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung rein beispielhaft anhand vorteilhafter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
1 einen Querschnitt durch das Getriebe einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Antriebsanordnung,
2 einen Querschnitt durch die Antriebsanordnung der 1 in einer Schnittebene BB,
3 das Gehäuse der in 1 gezeigten Zahnradpumpe,
4 einen Querschnitt durch das Gehäuse der Zahnradpumpe der 3 in einer Schnittebene AA,
5 eine Draufsicht auf das Gehäuse der 3,
6 und 7 eine Vorder- bzw. Rückansicht eines Bauteils des Gehäuses der 3.
1 zeigt eine Antriebsanordnung 10 mit einer elektrischen Maschine 12, die als Motor oder als Generator betreibbar ist, und mit einem Getriebe 14, das in einer Schnittansicht dargestellt ist. Das Getriebe 14 ist in einem Getriebegehäuse 16 untergebracht und weist ein in dieser Darstellung nicht sichtbares Antriebszahnrad und ein ebenfalls nicht gezeigtes Abtriebszahnrad auf. Ein Drehmomentübertrag zwischen dem Antriebs- und dem Abtriebszahnrad erfolgt über Zwischenräder 18, 18', die mit jeweils einem der genannten Zahnräder kämmen. Wird die elektrische Maschine 12 beispielsweise als Motor betrieben, so wird das Zwischenrad 18 von dem der Maschine 12 zugeordneten Antriebszahnrad zu einer Drehbewegung angetrieben. Eine Drehbewegung des Zwischenrads 18 führt zu einer Drehbewegung des an einer gemeinsamen Welle angeordneten zweiten Zwischenrads 18', das mit dem nicht gezeigten Abtriebszahnrad kämmt und somit dieses zu einer Drehbewegung antreibt.
Durch die Zwischenräder 18, 18' kann eine geeignete Über- und/oder Untersetzung einer Antriebsdrehbewegung der elektrischen Maschine 12 bereitgestellt werden. Es versteht sich, dass das Getriebe 14 an die jeweils vorliegenden Bedingungen angepasst werden kann. So kann beispielsweise vorgesehen sein, dass das Getriebe 14 schaltbar ist, um unterschiedliche Unter- und/oder Übersetzungsverhältnisse bereitstellen zu können.
Der den Zwischenrädern 18, 18' gemeinsamen Welle ist ferner eine Verzahnung 20 zugeordnet, die zur Montage eines Klinkenrads einer Parksperreneinheit vorgesehen ist. Wenn die elektrische Maschine 12 beispielsweise als Antriebsaggregat eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs fungiert, so muss gewährleistet sein, dass das Fahrzeug in einem abgestellten Zustand gesichert ist. Da die elektrische Maschine 12 im Gegensatz zu einem Verbrennungsmotor kaum eine ein Haltemoment bewirkende innere Reibung aufweist, ist eine solche Parksperre vorgesehen, mit der die genannte Welle und damit letztlich auch das Getriebe 14 und die Maschine 12 arretiert werden.
Um die Maschine 12 effizient mit Fluid zur Kühlung und Schmierung versorgen zu können, ist eine Zahnradpumpe 22 vorgesehen, die Fluid aus einem Fluidsumpf 24 in dem Getriebegehäuse 16 in das Innere der Maschine 12 fördert. Die Zahnradpumpe 22 ist keine separate Funktionseinheit, sondern wird durch das Zwischenrad 18 und das in 1 nicht zu erkennende Antriebszahnrad gebildet. Dabei macht man sich insbesondere den Effekt zunutze, dass das Zwischenrad 18 bei einer Drehung aufgrund eines zumindest teilweisen Eintauchens in den Fluidsumpf 24 in Drehrichtung Fluid mitnimmt. Durch ein Pumpengehäuse 26 wird das von dem Zwischenzahnrad 18 mitgenommene Fluid einer später noch näher beschriebenen Druckkammer zugeführt, der über einen Kanalabschnitt 28 mit dem Inneren der elektrischen Maschine 12 in Verbindung steht.
Das Pumpengehäuse 26 (2) dient nicht nur zur Führung des von der Drehbewegung des Zwischenrads 18 mitgenommenen Fluids, sondern reguliert über einen Regulierungsabschnitt 30 auch einen Pegelstand des Fluids in dem Fluidsumpf 24 zumindest in einem Bereich, in dem das Zwischenrad 18 in diesen eintaucht. Außerdem dient das Pumpengehäuse 26 auch zur stirnseitigen Abdeckung der Funktionskomponenten der Zahnradpumpe 22 und beeinflusst die Fluidführung im Getriebegehäuse 16 und/oder dem Fluidsumpf 24, so dass insbesondere sichergestellt ist, dass der Fluidsumpf 24 zumindest im Bereich des in ihn eintauchenden Zwischenrads 18 einen hinreichend hohen Pegelstand aufweist und hinreichend beruhigt ist, sodass stets eine Förderung von Fluid in die elektrische Maschine 12 sichergestellt ist.
2 zeigt einen Querschnitt durch die Zahnradpumpe 22 in einer Schnittebene BB (siehe 1). Es ist zu erkennen, dass das Zwischenrad 18' einstückig mit einem Wellenzapfen 32 ausgebildet ist, der das Zwischenrad 18 trägt und der drehfest mit diesem verbunden ist. Die Verzahnung 20 ist an dem Zwischenrad 18 ausgebildet. Eine maschinenseitige Lagerung des Wellenzapfens 32 erfolgt über ein Kugellager 34, das in einer entsprechenden Ausnehmung des Getriebegehäuses 16 angeordnet ist.
In 2 ist das vorstehend bereits erwähnte Antriebsrad zu erkennen, das mit dem Bezugszeichen 36 gekennzeichnet ist. Es steht mit einer Rotorwelle 38 in drehfester Verbindung, die wiederum mit einem nicht gezeigten Rotor der elektrischen Maschine 12 verbunden ist. Die Rotorwelle 38 und das Antriebszahnrad 36 weisen einen Kanal 40 bzw. 40' auf, der jeweils koaxial zu einer gemeinsamen Drehachse R1 angeordnet ist. In den Kanal 40' ragt der Kanalabschnitt 28, der in einer Frontalansicht auch in 1 gezeigt ist. Das in 1 untere Ende des Kanals 28 steht mit der bereits erwähnten Druckkammer der Zahnradpumpe 22 in Verbindung. Wie 2 zu entnehmen ist, wird durch den Kanalabschnitt 28 das aus der Druckkammer geförderte Fluid in die Kanäle 40, 40' gefördert. Der Kanal 40 weist in seinem nicht gezeigten Abschnitt radiale Bohrungen auf, durch die das Fluid bei Rotation der Rotorwelle 38 in radialer Richtung entweichen kann, um die internen Komponenten der elektrischen Maschine 12 zu kühlen und/oder zu schmieren.
Das Pumpengehäuse 26 deckt – wie in 1 zu sehen – eine der Maschine 12 abgewandten Seite des Antriebsrads 36 im Wesentlichen vollständig ab. Die Funktionalität der Pumpe 22 ist allerdings auch gewährleistet, wenn das Antriebsrad 36 nicht vollständig durch das Pumpengehäuse 26 abgedeckt ist. Ferner sorgt das Gehäuse 26 auch für eine zumindest teilweise Abdeckung der Zahnräder 18, 36 in Umfangsrichtung, um das von ihren Zähnen mitgenommene Fluid – das hier insbesondere aus dem Fluidsumpf 24 stammt – in den Druckraum zu fördern.
Das Pumpengehäuse 26 umfasst – wie nachstehend noch im Detail beschrieben – eine Basis 42, an der ein Gehäusebauteil 44 mit dem Kanalabschnitt 28 und der Regulierungsabschnitt 30 befestigt sind. Es versteht sich, dass die Basis 42, das Gehäusebauteil 44 und/oder der Regulierungsabschnitt 30 separate Bauteile oder einstückig ausgebildet sein können. Beispielsweise kann die Basis 42 auch ein Abschnitt des Getriebegehäuses 16 sein.
3 zeigt das Pumpengehäuse 26 mit der Basis 42, an der das Gehäusebauteil 44 mit Hilfe von Rastabschnitten 46, die in entsprechende Ausnehmungen 48 an der Basis 42 eingreifen, befestigt ist. Auch der Regulierungsabschnitt 30 ist an der Basis 42 durch Verrastung befestigt.
4 zeigt einen Schnitt durch das Pumpengehäuse 26 in einer Schnittebene AA, deren Lage in 3 gezeigt ist. Der Schnittansicht ist der Verlauf des Kanalabschnitts 28 zu entnehmen, der eine Druckkammer 50 der Zahnradpumpe 22 mit dem Kanal 40 der Rotorwelle 38 verbindet. Der obere, horizontal verlaufende Teil des Kanalabschnitts 28 ist koaxial zu der Drehachse R1 des Antriebsrads 36 angeordnet. Der Außenradius des gewählten Antriebsrads 36 legt den Abstand zwischen diesem Teil des Kanalabschnitts 28 und der Druckkammer 50 fest. 4 zeigt auch, dass die Basis 42 und das Gehäusebauteil 44 zusammen zumindest einen Teil des Umfangs des Antriebsrads 36 stirnseitig und umfangsseitig umschließen, um eine Fluidförderung zu ermöglichen. Eine analoge Ausbildung des Gehäuses 26 wird – wie im Nachfolgenden noch eingehender beschrieben – auch in Zusammenhang mit dem Zwischenrad 18 bereitgestellt.
5 zeigt eine Ansicht des Pumpengehäuses 26 von oben, d. h. in einer Blickrichtung senkrecht zu der Bildebene der 3. Es ist zu erkennen, dass das an der Basis 42 befestigte Gehäusebauteil 44 eine Art Wanne 51 bildet, die das Zwischenrad 18 in Umfangsrichtung teilweise abdeckt, um die Fluidförderung zu ermöglichen. Außerdem ist der Regulierungsabschnitt 30 zu sehen, der dazu beiträgt, dass der Fluidpegel zumindest im Bereich des Zwischenrads 18 stets hinreichend hoch ist.
6 zeigt das Gehäusebauteil 44 nochmals in einer Vorderansicht ohne die Basis 42 und den Regulierungsabschnitt 30. 7 zeigt eine Rückansicht des Gehäusebauteils 44, die dem Zwischenrad 18 bzw. dem Antriebsrad 36 zugewandt ist. Es ist zu sehen, dass gekrümmte Wandabschnitte 52, 52' derart an den Umfang der Zahnräder 18, 36 angepasst sind, dass durch die Zähne der Zahnräder 18, 36 Fluid gefördert werden kann. Sie sorgen dafür, dass das von den Zahnrädern 18, 36 mitgeführte Fluid in den Bereich geleitet wird, in dem die beiden Zahnräder 18, 36 miteinander kämmen. Durch das Kämmen der Zahnräder 18, 36 wird das Fluid in die Druckkammer 50 gedrängt und gelangt von dort über den Kanalabschnitt 28 in die Kanäle 40, 40'.
Bezugszeichenliste

10: Antriebsanordnung
12: elektrische Maschine
14: Getriebe
16: Getriebegehäuse
18, 18': Zwischenrad
20: Verzahnung
22: Zahnradpumpe
24: Fluidsumpf
26: Pumpengehäuse
28: Kanalabschnitt
30: Regulierungsabschnitt
32: Wellenzapfen
34: Kugellager
36: Antriebsrad
38: Rotorwelle
40, 40': Kanal
42: Basis
44: Gehäusebauteil
46: Rastabschnitt
48: Ausnehmung
50: Druckkammer
51: Wanne
52, 52': Wandabschnitt
AA, BB: Schnittebene
R1: Drehachse

Claims

Antriebsanordnung, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einer Aggregateinheit (12), die mit einem Getriebe (14) zur Über- und/oder Untersetzung eines der von der Aggregateinheit (12) erzeugten oder eines der Aggregateinheit (12) zugeführten Antriebsmoments in antriebswirksamer Verbindung steht, wobei das Getriebe (14) zumindest ein erstes Zahnrad (36) und zweites Zahnrad (18) aufweist, die miteinander kämmen und die zusammen eine Zahnradpumpe (22) bilden, durch die der Aggregateinheit (12) über einen Kanal (28, 40, 40') kühlendes und/oder schmierendes Fluid zuführbar ist.
Antriebsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal (28, 40, 40') zumindest abschnittsweise in einer mit einem Rotor der Aggregateinheit (12) verbundenen Rotorwelle (38) verläuft.
Antriebsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal (28, 40, 40') zumindest abschnittsweise koaxial zu einer Drehachse (R1) des Rotors angeordnet ist.
Antriebsanordnung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal (40) radiale Öffnungen aufweist, durch die das Fluid in radialer Richtung aus dem Kanal (40) austreten kann, wobei die Öffnungen insbesondere derart angeordnet sind, dass das aus ihnen austretende Fluid im Bereich der Stirnseiten der Aggregateinheit (12) gelegene Funktionskomponenten zumindest abschnittsweise beaufschlagt.
Antriebsanordnung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Zahnrad (36) mit einer mit einem Rotor der Aggregateinheit (12) verbundenen Rotorwelle (38) drehfest verbunden ist.
Antriebsanordnung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Kanal (28, 40, 40') abschnittsweise durch das erste Zahnrad (36) erstreckt.
Antriebsanordnung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal (28, 40, 40') zumindest abschnittsweise koaxial zu einer Drehachse (R1) des ersten Zahnrads (36) angeordnet ist.
Antriebsanordnung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnradpumpe (22) ein Gehäuse (26) mit einem Gehäusebauteil (44) umfasst, das eine Druckkammer (50) ausbildet, die mit dem Kanal (28, 40, 40') in Verbindung steht.
Antriebsanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäusebauteil (44) einen ersten Leitabschnitt (52), der das erste Zahnrad (36) abschnittsweise in Umfangsrichtung umgibt, und einen zweiten Leitabschnitt (52'), der das zweite Zahnrad (18) zumindest abschnittsweise in Umfangsrichtung umgibt, aufweist, wobei die Druckammer (50) zwischen den beiden Leitabschnitten (52, 52') angeordnet ist.
Antriebsanordnung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gehäuse (26) der Zahnradpumpe (22) einen Regulierungsabschnitt (30) aufweist, der ein Fluidreservoir bildet, das mit einem Fluidsumpf (24) in einem Gehäuse (16) des Getriebes (14) in Fluidverbindung steht und in dem sich bei Betrieb der Antriebsanordnung Fluid sammelt, in das das zweite Zahnrad (18) eintaucht, um dem Kanal (28, 40, 40') Fluid zuzuführen.
Antriebsanordnung nach zumindest einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (26) der Zahnradpumpe (22) ein Abdeckungsbauteil (42) aufweist, an dem das Gehäusebauteil (44) und/oder der Regulierungsabschnitt (30) angeordnet sind und das insbesondere – in axialer Richtung der Zahnräder (18, 36) gesehen – eine Stirnseite des Zahnradpumpengehäuses (26) bildet.
Antriebsanordnung nach zumindest einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Gehäusebauteil (44) und/oder der Regulierungsabschnitt (30) und/oder das Abdeckungsbauteil (42) separate Bauteile sind, die insbesondere miteinander verrastbar sind.
Antriebsanordnung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aggregateinheit eine elektrische Maschine (12) ist, die als Motor und/oder als Generator betreibbar ist.