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Die Erfindung betrifft einen elektrischen Antrieb mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
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Bei Elektrofahrzeugen werden Elektromotoren zur Erzeugung des Antriebsmoments verwendet. Dabei ist es möglich, dass die Elektrofahrzeuge als reine Elektrofahrzeuge ausgebildet sind, welche ausschließlich ein oder mehrere Elektromotoren zum Antrieb verwenden, oder dass diese als Hybridfahrzeuge ausgebildet sind, welche parallel einen Verbrennungsmotor und einen Elektromotor als Antriebsmotor nutzen.
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Auch bei den Elektromotoren ist es notwendig, die Abwärme, die bei der Umwandlung von elektrischer Energie in Bewegungsenergie erzeugt wird, abzutransportieren, um den Antrieb in einem vorgegebenen Temperaturbereich betreiben zu können. Ferner ist es notwendig, ein Getriebe, welches dem Elektromotor nachgeschaltet ist, zu schmieren sowie ebenfalls Wärme, welche durch Reibung und andere Verlustprozesse in dem Getriebe entsteht, abzuführen.
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Von den Verbrennungsmotoren ist es bereits bekannt, das Getriebe über Ölkühlkreisläufe zu schmieren und zu kühlen. Ferner ist es bekannt, die Zylinder der Verbrennungsmotoren über Kühlkreisläufe mit einem Kühlfluid ergänzend zu kühlen.
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Die Druckschrift
DE 10 2011 007 255 A1 , die wohl den nächstkommenden Stand der Technik bildet, offenbart eine Antriebsvorrichtung mit einer Rotoranordnung, welche einem Elektromotor zugeordnet und für eine Rotation um eine Drehachse ausgebildet ist, wobei die Rotoranordnung mindestens einen axial verlaufenden Kanalabschnitt aufweist, welcher zur Durchführung eines Fluids zur Kühlung der Rotoranordnung ausgebildet ist. Das Fluid ist insbesondere als ein Schmiermittel ausgebildet, welches durch Eingangsöffnungen der Rotoranordnung eingeleitet und durch Ausgangsöffnungen der Rotoranordnung ausgeleitet werden kann. Das aus den Ausgangsöffnungen der Rotoranordnung austretende Schmiermittel kann zur Schmierung von Komponenten in der Antriebsvorrichtung eingesetzt werden.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen elektrischen Antrieb für ein Fahrzeug mit einem Getriebeölkühlkreis vorzuschlagen, welcher eine effektive Kühlung des elektrischen Antriebs ermöglicht. Diese Aufgabe wird durch einen elektrischen Antrieb 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.
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Gegenstand der Erfindung ist ein elektrischer Antrieb, welcher für ein Fahrzeug geeignet und/oder ausgebildet ist. Bei dem Fahrzeug kann es sich insbesondere um einen Personenkraftwagen, Lastkraftwagen, Bus etc. handeln. Das Fahrzeug kann als ein Hybridfahrzeug ausgebildet sein, bevorzugt ist dieses jedoch als ein reines Elektrofahrzeug ausgebildet, welches das vollständige Antriebsmoment über einen oder mehrere Elektromotoren erhält. Besonders bevorzugt ist der elektrische Antrieb als eine elektrische Achse ausgebildet, welche das von einem Elektromotor erzeugte Antriebsmoment umsetzt und auf zwei angetriebene Räder des Fahrzeugs verteilt. Optional kann das Fahrzeug auch zwei derartige elektrische Achsen aufweisen. Alternativ hierzu ist der elektrische Antrieb als ein Radnabenmotor ausgebildet, welcher genau einem angetriebenen Rad zugeordnet ist. Es ist auch möglich, dass der elektrische Antrieb als ein elektrisches Antriebsmodul realisiert ist, welches einen Bestandteil in einem Antriebsstrang für ein Hybridfahrzeug bildet.
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Der elektrische Antrieb weist einen Elektromotor auf, wobei der Elektromotor einen Stator, einen Rotor und eine Rotorwelle aufweist. Insbesondere ist der Rotor als ein Innenläufer ausgebildet. Im Speziellen ist der Elektromotor als ein permanenterregter Synchronmotor ausgebildet. Insbesondere bildet der Elektromotor den einzigen Antriebsmotor des elektrischen Antriebs.
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Ferner weist der elektrische Antrieb einen Getriebeabschnitt auf, wobei die Rotorwelle einen Eingang in den Getriebeabschnitt bildet. Der Getriebeabschnitt ist ausgebildet, das Antriebsmoment von dem Elektromotor umzusetzen, insbesondere zu übersetzen oder zu untersetzen, und/oder zu verteilen, insbesondere auf zwei Abtriebswellen zu verteilen. Optional weist der Getriebeabschnitt einen Schaltbereich auf, so dass unterschiedliche Übersetzungen in dem Getriebeabschnitt dargestellt werden können. Der Schaltbereich kann eine Kupplungsanordnung zum Umschalten des Schaltbereichs in verschiedene Übersetzungen aufweisen. In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der elektrische Antrieb als ein eingängiger Antrieb, also mit einer einzigen Umsetzung realisiert.
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Der elektrische Antrieb weist mindestens eine Abtriebswelle auf, vorzugsweise weist dieser zwei Abtriebswellen auf, wobei die zwei Abtriebswellen zu den angetriebenen Rädern führen und/oder koaxial zueinander angeordnet sind. Die mindestens eine Abtriebswelle bildet einen Ausgang aus dem Getriebeabschnitt, um das umgesetzte Antriebsmoment zu dem angetriebenen Rad zu führen.
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Die Rotorwelle und die Abtriebswelle sind jeweils zumindest abschnittsweise oder vollständig als eine Hohlwelle ausgebildet, wobei die Abtriebswelle in der Rotorwelle geführt ist und bevorzugt beidseitig über die Rotorwelle übersteht. Der Raum zwischen der Abtriebswelle und der Rotorwelle bildet zumindest abschnittsweise einen Rotorringraum. Eine Ringbreite des Rotorringraums ist in einem axialen Bereich des Stators ubd/oder Rotors mit einer ersten Breite ausgeführt und geht dann in Richtung des Getriebeabschnitts in eine zweite Breite über, wobei die zweite Breite bevorzugt kleiner als die erste Breite ausgeführt ist. In dieser bevorzugten Ausgestaltung befindet sich ein größeres Volumen in dem Bereich des Rotors, so dass die Wärmekapazität erhöht und dadurch die Kühlleistung verbessert ist.
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Der elektrische Antrieb weist ein Gehäuse auf, wobei das Gehäuse zumindest einen Motorgehäuseabschnitt zur Aufnahme des Elektromotors und einen Getriebegehäuseabschnitt zur Aufnahme von Getriebekomponenten und/oder des Getriebeabschnitts aufweist. In dem Motorgehäuseabschnitt ist ein Kühlmantelbereich zur Kühlung des Stators vorgesehen. Der Kühlmantelbereich ist koaxial und/oder konzentrisch zu dem Elektromotor angeordnet. Vorzugsweise ist der Kühlmantelbereich mit dem Stator in einem unmittelbaren und/oder körperlichen Kontakt, um den Stator und damit den Elektromotor zu kühlen. Der Kühlmantelbereich ist vorzugsweise als eine Kühlhülse ausgebildet. Der Kühlmantelbereich ist von einem Kühlfluid durchflossen, wobei das Kühlfluid bevorzugt auf einer Wasserbasis und/oder Alkoholbasis basiert. In dem Getriebegehäuseabschnitt ist ein Ölsumpfbereich angeordnet, welches zum Sammeln von Getriebeöl in dem Getriebegehäuseabschnitt dient. Der Ölsumpfbereich kann beispielsweise als ein Trockensumpfbereich oder als Nasssumpfbereich ausgebildet sein. Insbesondere ist der Ölsumpfbereich so angeordnet, dass dieser Getriebeöl, welches von den Getriebekomponenten abläuft, sammelt.
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Ferner weist der elektrische Antrieb eine Ölpumpe zur Förderung des Getriebeöls auf. Das Getriebeöl wird in einem Getriebeölkühlkreis gefördert, welcher zumindest von dem Ölsumpfbereich in die Abtriebswelle, also in einen Hohlwellenbereich der Abtriebswelle verläuft. Bevorzugt ist die Ölpumpe in dem Getriebegehäuseabschnitt angeordnet und pumpt das Getriebeöl von dem Ölsumpfbereich entlang an dem Kühlmantelbereich in die Abtriebswelle. Der Übergang von dem Gehäuse in die Abtriebswelle erfolgt bevorzugt durch eine Drehdurchführung. Für einen Ölauslass weist die Abtriebswelle mindestens einen Ölausgang auf.
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Es wird vorgeschlagen, dass die Abtriebswelle einen Abtriebswellenrotorausgang als einen ersten Ölausgang aufweist. Der Abtriebswellenrotorausgang verbindet das Innere der als Hohlwelle ausgebildeten Abtriebswelle mit dem Rotorringraum strömungstechnisch. Insbesondere ist der Abtriebswellenrotorausgang als eine oder mehrere Durchgangsöffnungen in der Abtriebswelle ausgebildet. Das aus dem Abtriebswellenrotorausgang austretende Getriebeöl tritt in den Rotorringraum ein und kühlt über die Rotorwelle den Rotor.
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Ferner weist die Abtriebswelle einen vorderen Abtriebswellengetriebeausgang als einen zweiten Ölausgang auf. Der vordere Abtriebswellengetriebeausgang ist bevorzugt als eine oder mehrere Durchgangsöffnungen in der Abtriebswelle ausgebildet und ermöglicht einen Austritt des Getriebeöls im Bereich eines vorderen Getriebebereichs. Das aus dem Abtriebswellengetriebeausgang austretende Getriebeöl wird in den vorderen Getriebebereich geleitet und kühlt und/oder schmiert Getriebekomponenten in dem vorderen Getriebebereich.
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Es ist dabei eine Überlegung der Erfindung, dass durch eine insbesondere statische und/oder konstruktiv vorgegebene Verteilung des Getriebeöls zwischen dem Rotorringraum und dem vorderen Getriebebereich und etwaigen weiteren Getriebebereichen eine einfache, platzsparende und störunanfällige Lösung gefunden ist, um den elektrischen Antrieb effektiv zu kühlen und zu schmieren. Die Lösung besticht insbesondere durch die Einfachheit, da die Verteilung des Getriebeöls auf den Rotorringraum bzw. den Getriebebereich oder die Getriebebereiche durch die Größe der Ölausgänge einfach und dauerhaft statisch und/oder konstruktiv eingestellt werden kann.
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Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung verläuft der Getriebeölkühlkreis von dem Abtriebswellenrotorausgang durch den Rotorringraum über einen rotorseitigen Rotorwellendurchgang und einen Bypass zu dem Ölsumpfbereich. Der rotorseitige Rotorwellendurchgang ist als eine oder mehrere Durchgangsöffnungen in der Rotorwelle ausgebildet. Damit wird das Getriebeöl, welches bei dem Durchgang durch den Rotor erwärmt wurde, an den Getriebekomponenten von dem Getriebeabschnitt über dem Bypass vorbei geleitet, so dass das erwärmte Getriebeöl in einem zu den Getriebekomponenten und/oder zu dem Getriebeabschnitt parallelen ersten Zweig des Getriebeölkühlkreises in den Ölsumpfbereich geführt wird.
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Nachdem die Rotorwelle rotiert wird der rotorseitige Rotorwellendurchgang mit rotiert. Es ist daher bevorzugt, dass der elektrische Antrieb einen rotorseitigen Getrieberingraum aufweist, wobei der rotorseitige Getrieberingraum den rotorseitigen Rotorwellendurchgang, unabhängig von der Winkelstellung der Rotorwelle, strömungstechnisch mit dem Bypass verbindet.
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Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung verläuft der Getriebeölkühlkreis von dem vorderen Abtriebswellengetriebeausgang über einen vorderen Rotorwellendurchgang über einen vorderen Getriebebereich des Getriebeabschnitts zu dem Ölsumpfbereich. Das Getriebeöl wird somit zunächst axial in der Abtriebswelle geführt, tritt über den vorderen Abtriebswellengetriebeausgang aus, durchquert die Rotorwelle durch den vorderen Rotorwellendurchgang und wird auf diese Weise in den vorderen Getriebebereich des Getriebeabschnitts geführt. In dem vorderen Getriebebereich sind Getriebekomponenten angeordnet, welche durch das Getriebeöl, welches durch den vorderen Rotorwellendurchgang austritt, geschmiert und/oder gekühlt wird. Das von den Getriebekomponenten in dem vorderen Getriebebereich ablaufende Getriebeöl wird in dem Ölsumpfbereich gesammelt. Damit wird das Getriebeöl in dem Getriebeölkühlkreis über einen zweiten Zweig, welcher abschnittsweise parallel zu dem ersten Zweig ausgeführt ist, zu dem Ölsumpfbereich geführt.
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Bei einer bevorzugten Konkretisierung der Erfindung weist der elektrische Antrieb einen vorderen Getrieberingraum auf, wobei der vordere Getrieberingraum den vorderen Rotorwellendurchgang strömungstechnisch mit dem vorderen Getriebebereich verbindet.
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Bei einer bevorzugten konstruktiven Ausgestaltung der Erfindung weist der elektrische Antrieb einen Ölleitring auf wobei der Ölleitring auf der Rotorwelle aufgesetzt ist. Der Ölleitring trennt den rotorseitigen Getrieberingraum von dem vorderen Getrieberingraum ab. Beispielsweise ist der Ölleitring als ein Kunststoffbauteil oder als ein Blechbauteil ausgebildet.
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Bei einer bevorzugten Realisierung der Erfindung weist der rotorseitige Rotorwellendurchgang zwei Ausgangsöffnungen auf, welche, insbesondere deren Mittelpunkte, in einer gemeinsamen ersten Längsschnittebene liegen, in der auch eine Hauptachse des elektrischen Antriebs liegt. Es ist weiter bevorzugt vorgesehen, dass der vordere Rotorwellendurchgang ebenfalls zwei Ausgangsöffnungen aufweist wobei die Ausgangsöffnungen, insbesondere deren Mittelpunkte, in einer gemeinsamen zweiten Längsschnittebene liegen. Die erste und die zweite Längsschnittebene sind senkrecht zueinander angeordnet. Alternativ oder ergänzend ist vorgesehen, dass die Ausgangsöffnungen des vorderen Rotorwellendurchgangs gegenüber den Ausgangsöffnungen des rotorseitigen Rotorwellendurchgangs um 90° verdreht sind. Auf diese Weise wird eine Schwächung der Abtriebswelle vermieden und zudem eine Unwucht der Abtriebswelle verringert. Insbesondere ist die strömungstechnische Verteilung in der Rotorwelle verbessert, so dass die Schmierung und/oder Kühlung des elektrischen Antriebs verbessert ist.
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Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist die Abtriebswelle einen hinteren Abtriebswellengetriebeausgang als einen dritten Ölausgang auf, wobei der Getriebeölkühlkreis von dem hinteren Abtriebswellengetriebeausgang über einen hinteren Getriebebereich zu dem Ölsumpfbereich führt. Damit wird das von dem hinteren Getriebebereich erwärmte Getriebeöl in einem zu dem ersten und/oder zu dem zweiten Zweig parallelen dritten Zweig in den Ölsumpfbereich geführt.
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Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist der vordere Getriebebereich einen ersten Planetenträger und ein Zwischensonnenrad als Getriebekomponenten auf, wobei das Zwischensonnenrad auf dem ersten Planetenträger drehfest angeordnet ist. Das Zwischensonnenrad bildet einen Eingang in den hinteren Getriebebereich, insbesondere zu den Getriebekomponenten des hinteren Getriebebereichs. Das Zwischensonnenrad bildet einen hinteren Getrieberingraum aus, wobei der hintere Getrieberingraum strömungstechnisch zwischen dem hinteren Abtriebswellengetriebeausgang und dem hinteren Getriebebereich angeordnet ist. Der hintere Getrieberingraum ist durch das Zwischensonnenrad und/oder dem ersten Planetenträger strömungstechnisch von dem vorderen Getriebebereich getrennt. Damit weist der elektrische Antrieb den vorderen Getrieberingraum, den rotorseitigen Getrieberingraum und den hinteren Getrieberingraum zur Verteilung des Getriebeöls in die drei parallelen Zweige des Getriebeölkühlkreises auf.
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Bei einer bevorzugten konstruktiven Umsetzung ist der vordere Getriebebereich als eine Übersetzungsstufe und der hintere Getriebebereich als eine Differentialstufe ausgebildet. Insbesondere ist die Übersetzungsstufe als eine Planetenstufe realisiert. Die Differentialstufe ist besonders bevorzugt als eine Planetendifferentialstufe realisiert. Bei anderen Ausgestaltungen der Erfindung kann der elektrische Antrieb auch schaltbar sein, so dass zwischen dem Elektromotor und der Differentialstufe eine Schaltstufe optional ergänzend mit einer Kupplung oder Doppelkupplung angeordnet ist.
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Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie der beigefügten Figuren. Diese zeigen:
- 1 eine schematische Längsschnittdarstellung eines elektrischen Antriebs als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung;
- 2 eine schematische dreidimensionale Darstellung eines Details in der 1.
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Die 1 zeigt in einer schematischen Längsschnittdarstellung entlang einer Hauptachse H einen elektrischen Antrieb 1 als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. Der elektrische Antrieb 1 ist als eine elektrische Achse für ein Fahrzeug 2 ausgebildet, wobei das Fahrzeug 2 nur stark schematisiert als ein Block dargestellt ist. Der elektrische Antrieb 1 dient zum Antrieb von angetriebenen Rädern 3 a, b des Fahrzeugs 2. Beispielsweise bildet der elektrische Antrieb 1 eine angetriebene Hinterachse des Fahrzeugs 2.
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Die elektrische Achse 1 weist einen Elektromotor 4 auf. Der Elektromotor 4 wird durch einen Rotor 5 und einen Stator 6 gebildet. Der Elektromotor 4 ist koaxial zu der Hauptachse H angeordnet. Der Rotor 5 ist als ein Innenläufer ausgebildet und rotiert um die Hauptachse H. Der Rotor 5 ist drehfest auf eine Rotorwelle 7 aufgesetzt, wobei die Rotorwelle 7 als eine Hohlwelle ausgebildet ist.
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Der elektrische Antrieb 1 weist einen Getriebeabschnitt 8 auf, wobei der Getriebeabschnitt 8 eine Mehrzahl von Getriebekomponenten umfasst. Der Getriebeabschnitt 8 kann in einen vorderen Getriebebereich 9 und in einen hinteren Getriebebereich 10 unterteilt werden, wobei der vordere Getriebebereich 9 eine Übersetzungsstufe und der hintere Getriebebereich 10 eine Differentialstufe bildet. Die Rotorwelle 7 bildet einen Eingang in den Getriebeabschnitt 8, insbesondere in den vorderen Getriebebereich 9. Der Getriebeabschnitt 8 ist koaxial zu der Hauptachse H angeordnet und/oder ausgerichtet.
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Der elektrische Antrieb 1 weist eine Abtriebswelle 11 und eine weitere Abtriebswelle 12 auf. Die Abtriebswellen 11, 12 sind koaxial zueinander angeordnet und führen ein Antriebsdrehmoment von dem elektrischen Antrieb 1 zu den angetriebenen Rädern 3 a, b. Die Abtriebswelle 11 ist als eine Hohlwelle ausgebildet und ist in der Rotorwelle 7 koaxial und/oder konzentrisch angeordnet. Sie steht über die Rotorwelle 7 auf beiden axialen Seiten über. Zwischen der Abtriebswelle 11 und der Rotorwelle 7 ist ein Rotorringraum 13 ausgebildet, welcher sich ausgehend von einer ersten Rotorlagerung 14 in einen axialen Bereich, in dem auch der Rotor 5 angeordnet ist öffnet. In dem axialen Bereich des Rotors 5 ist der Rotorringraum 13 in der Form eines Hohlzylinders ausgebildet. Ausgehend von dem Axialbereich des Rotors 5 verengt sich der Rotorringraum 13 in Richtung einer zweiten Rotorlagerung 15. Der Rotorringraum 13 erstreckt sich über die zweite Rotorlagerung 15 hinaus und führt zu einem axial geöffneten Endaustritt. Die Abtriebswelle 11 ist im Bereich zwischen der ersten der zweiten Rotorlagerung 14, 15 als ein gerader Hohlzylinder ausgebildet, die variierende Ringbreite des Rotorringraum 13 wird durch einen variierenden freien Innendurchmesser der Rotorwelle 7 gebildet. Die Abtriebswelle 11 bildet einen Ausgang aus dem Getriebeabschnitt 8, insbesondere aus dem hinteren Getriebebereich 10.
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Der elektrische Antrieb 1 weist ein Gehäuse 16 auf wobei das Gehäuse 16 ein Motorgehäuseabschnitt 17 und einen Getriebegehäuseabschnitt 18 aufweist. In dem Motorgehäuseabschnitt 17 ist der Elektromotor 4 angeordnet. Der Motorgehäuseabschnitt 17 weist einen Kühlmantelbereich 19 auf, welcher eine Mehrzahl von Kanälen 20 aufweist, durch die ein Kühlfluid durchgeführt werden kann. Das Kühlfluid ist auf Wasserbasis gebildet. Der Kühlmantelbereich 19 ist insbesondere als eine Kühlhülse ausgebildet. Der Stator 6 steht in direkten körperlichen Kontakt mit dem Kühlmantelbereich 19, insbesondere der Kühlhülse, so dass ein guter thermischer Übertrag zwischen Stator 6 und Kühlmantelbereich 19 erfolgen kann. In dem Getriebegehäuseabschnitt 18 ist der Getriebeabschnitt 8, insbesondere der vordere und hintere Getriebebereich 9, 10 angeordnet. Der Getriebegehäuseabschnitt 18 bildet einen Getrieberaum aus, wobei in einem Bodenbereich des Getrieberaums ein Ölsumpfbereich 21 ausgebildet ist.
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In einem Bodenbereich des Getriebegehäuseabschnitts 18 ist eine Ölpumpe 22 angeordnet, welche das Getriebeöl in einem Getriebeölkühlkreis pumpt. Der Getriebeölkühlkreis ist in der 1 durch Pfeile visualisiert.
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Ausgehend von dem Ölsumpfbereich 21 pumpt die Ölpumpe 22 das Getriebeöl durch den Kühlmantelbereich 19 und zwar in Kanälen, welche von den Kanälen 20 der Fluidkühlung getrennt sind, so dass sich das Getriebeöl nicht mit dem Kühlfluid vermischen kann. Durch den Transport des Getriebeöls durch den Kühlmantelbereich 19 wird dieses gekühlt. Das gekühlte Getriebeöl wird über einen Radialkanal 23, welcher in einen Deckel des Gehäuses 16 eingebracht ist, über eine Drehdurchführung 24 in das Innere der als Hohlwelle ausgebildeten Abtriebswelle 11 gefördert.
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Im Inneren der Abtriebswelle 11 wird das Getriebeöl in axialer Richtung weitergeführt. Die Abtriebswelle 11 weist einen Abtriebswellenrotorausgang 25 auf, welcher als zwei Durchgangsöffnungen ausgebildet ist, die die Abtriebswelle 11, insbesondere die Wandung der Abtriebswelle 11 in radialer Richtung durchbrechen. Die beiden Durchgangsöffnungen liegen in einer gemeinsamen, ersten Längsschnittebene, wie dies in der 1 gezeigt ist. Ausgehend von dem Abtriebswellenrotorausgang 25 nimmt das Getriebeöl in dem Getriebeölkühlkreis einen ersten Zweig, wobei sich der Abtriebswellenrotorausgang 25 in axialer Richtung vor oder an dem ersten Ende des Rotors 5 befindet. Ausgehend von dem Abtriebswellenrotorausgang 25 durchquert das Getriebeöl den Rotorringraum 13 und kühlt mittelbar über die Rotorwelle 7 den Rotor 5 und damit den Elektromotor 4. Das über den Elektromotor 4 erwärmte Getriebeöl wird in axialer Richtung nach dem Rotor 5 in einem verjüngten Bereich weitergeführt, bis dieses zu einem rotorseitigen Rotorwellendurchgang 26 gelangt. Der rotorseitige Rotorwellendurchgang 26 ist als zwei Durchgangsöffnungen in der Rotorwelle 7 ausgebildet. Nach dem Durchgang durch den rotorseitigen Rotorwellendurchgang 26 gelangt das erwärmte Getriebeöl in einen rotorseitigen Getrieberingraum 27, welcher koaxial zu der Hauptachse H angeordnet ist. Der rotorseitige Getrieberingraum 27 ist auf der einen axialen Seite durch die zweite Rotorlagerung 15 und auf der anderen Seite durch einen Ölleitring 28 sowie in radialer Richtung durch einen Gehäuseabschnitt des Gehäuses 16 begrenzt.
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Der Ölleitring 28 ist in der 2 deutlicher dargestellt und weist einen hohlzylindrischen Anlageabschnitt 29 auf, welcher an der Rotorwelle 7 drehfest anliegt und welcher im Bereich des rotorseitigen Rotorwellendurchgangs 26 ebenfalls Durchgangsöffnungen oder -fenster aufweist, so dass das erwärmte Getriebeöl den Ölleitring 28 durchqueren kann. Ferner weist der Ölleitring 28 einen Kragenabschnitt 30 auf, welcher sich in einer Radialebene zu der Hauptachse H erstreckt und den rotorseitigen Getrieberingraum 27 in axialer Richtung begrenzt. Der Ölleitring 28 ist insbesondere als ein Leitblech, zum Beispiel aus Metall oder Kunststoff, ausgebildet.
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Ausgehend von dem rotorseitigen Getrieberingraum 27 wird das erwärmte Getriebeöl in einen Bypass 31 geleitet, so dass dieses an dem Getriebeabschnitt 8 vorbei geleitet wird, ohne die Getriebekomponenten des Getriebeabschnitts 8 zu passieren. Der Bypass 31 ist als ein Kanal in einem Gehäuseabschnitt des Gehäuses 16 ausgebildet und erstreckt sich in radialer Richtung zu der Hauptachse H und ist in Richtung des Ölsumpfbereichs 21 gerichtet, so dass das erwärmte Getriebeöl in den Ölsumpfbereich 21 geführt wird.
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Ein anderer Teil des Getriebeöls wird entlang eines zweiten Zweigs geführt. Hierbei durchquert dieser Teil des Getriebeöls in der Abtriebswelle 11 den Bereich des Rotors 5 und tritt - betrachtet auf die axiale Lage und Fließrichtung - erst hinter dem rotorseitigen Rotorwellendurchgang 26 über einen vorderen Abtriebswellengetriebeausgang 32 aus der Abtriebswelle 11 in radialer Richtung aus.
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Der vordere Abtriebswellengetriebeausgang 32 wird durch zwei Durchgangsöffnungen gebildet, welcher in der ersten Längsschnittebene des Abtriebswellenrotorausgangs 25 liegen.
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Die Rotorwelle 7 weist einen vorderen Rotorwellendurchgang 33 auf, welche nur in der 2 zu erkennen ist, da der vordere Rotorwellendurchgang 33 durch 2 Durchgangsöffnungen gebildet wird, welche in einer zweiten Längsschnittebene liegen, die senkrecht auf der ersten Längsschnittebene steht. Anders ausgedrückt sind die zwei Durchgangsöffnungen des vorderen Rotorwellendurchgangs 33 um 90° gegenüber den Durchgangsöffnungen des rotorseitigen Rotorwellendurchgang 26 verdreht.
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Nach dem Durchtritt durch die Rotorwelle 7 gelangt das noch kühle Getriebeöl in einen vorderen Getrieberingraum 34, welcher einerseits durch den Ölleitring 28 in axialer Richtung begrenzt ist und in radialer Richtung durch den Gehäuseabschnitt des Gehäuses 16 abgedeckt ist, wobei ein umlaufender Spalt verbleibt, so dass das kühle Getriebeöl in den vorderen Getriebebereich 9 zum Schmieren der Getriebekomponenten gelangen kann.
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Der vordere Getriebebereich 9 wird durch eine Übersetzungsstufe gebildet, welche als ein Planetentrieb ausgebildet ist. Die Übersetzungsstufe weist ein erstes Sonnenrad 35 auf, welches drehfest auf der Rotorwelle 11 aufgesetzt ist. Damit bildet die Rotorwelle 11 einen Eingang in die Übersetzungsstufe und/oder in den vorderen Getriebebereich 9. Ferner weist die Übersetzungsstufe einen ersten Planetenträger 36 sowie einen ersten Satz Planeten 37 auf, welche auf dem Planetenträger 36 drehbar aufgesetzt sind und welche mit dem ersten Sonnenrad 35 kämmen. Mit dem ersten Planetenträger 36 ist ein Zwischensonnenrad 38 drehfest verbunden, welches einen Ausgang aus der Übersetzungsstufe und/oder dem vorderen Getriebebereich 9 und einen Eingang in den hinteren Getriebebereich 10 bildet. Die Komponenten der Übersetzungsstufe und/oder des vorderen Getriebebereichs werden durch das gekühlte Getriebeöl gekühlt und geschmiert, welches über den zweiten Zweig geführt wird. Das gekühlte Getriebeöl des zweiten Zweigs wird nach Kühlung und/oder Schmierung der Übersetzungsstufe und/oder des vorderen Getriebebereichs 9 abgeschleudert oder tropft ab und gelangt in den Ölsumpfbereich 21.
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Ein weiterer Teil des zunächst noch gekühlten Getriebeöls wird entlang eines dritten Zweiges geführt. Es passiert in axialer Richtung in der Abtriebswelle 11 den vorderen Abtriebswellengetriebeausgang 32 und trifft dahinter auf einen hinteren Abtriebswellengetriebeausgang 39, welcher als zwei Durchgangsöffnungen in der Abtriebswelle 11 ausgebildet ist, die die Wandung der Abtriebswelle 11 in radialer Richtung durchstoßen. Das zunächst gekühlte Getriebeöl verlässt über den hinteren Abtriebswellengetriebeausgang 39 die Abtriebswelle 11 und wird in dem hinteren Getriebebereich 10 auf die Getriebekomponenten zum Schmieren und/oder Kühlen verteilt.
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Der hintere Getriebebereich 10 wird durch eine Differentialstufe gebildet, welche als Planetendifferentialstufe ausgebildet ist. Diese weist einen zweiten Planetenträger 40 sowie einen Satz Planetenwellen 41 auf, welche auf dem zweiten Planetenträger 40 drehbar angeordnet sind. Ferner weist die Differentialstufe und/oder der hintere Getriebebereich 10 zwei Ausgangssonnenräder 42 a, b auf, wobei das Ausgangssonnenrad 42 a auf der Abtriebswelle 11 drehfest aufgesetzt ist und ein weiteres Ausgangssonnenrad 42 b auf der weiteren Abtriebswelle 12 drehfest aufgesetzt ist. Ein erster Planetenabschnitt der Planetenwellen 41 kämmt mit dem Zwischensonnenrad 38. Ein zweiter Planetenabschnitt der Planetenwellen 41 kämmt einem nicht dargestellten Hohlrad. Auf dem zweiten Planetenträger 40 sind zwei Sätze Planetenräder angeordnet, welche paarweise miteinander und zudem mit den Ausgangssonnenrädern 42 a, b kämmen. Die Komponenten der Differentialstufe und/oder des hinteren Getriebebereichs 10 werden durch das gekühlte Getriebeöl gekühlt und geschmiert, welches über den dritten Zweig geführt wird. Das gekühlte Getriebeöl des dritten Zweigs wird nach Kühlung und/oder Schmierung der Differentialstufe und/oder des hinteren Getriebebereichs 10 abgeschleudert oder tropft ab und gelangt in den Ölsumpfbereich 21.
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Durch das Sonnenrad 38 und/oder den ersten Planetenträger 36 wird ein hinterer Getrieberingraum 43 gebildet, welcher in axialer Richtung zu dem hinteren Getriebebereich 10 und/oder zu der Differentialstufe geöffnet ist.
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Die Leistung und Effizienz des Elektromotors 4 als E-Maschine in dem elektrischen Antrieb 1 hängt u.a. in hohem Maße von thermischen Randbedingungen ab. Entstehende Abwärme muss bestmöglich abgeführt werden. In der Regel erfolgt die Abführung der entstehenden Abwärme mit Kühlkonzepten, welche die am Stator 6 und an den Wickelköpfen entstehende Wärme abführen. Ein Teil der Wärme fließt jedoch auch in die Rotorblechpakete des Rotors 5 und Rotorwelle 7. Bei innenlaufenden permanenterregten Synchronmotoren besteht hierbei die Gefahr einer dauerhaften Entmagnetisierung der Permanentmagnete und somit eine Beeinträchtigung/Störung der Funktion der E-Maschine. Eine Abführung der Wärme im Rotorsystem (Rotorblechpaket + Rotorwelle 7) ist daher - abhängig von den Anforderungen an die E-Maschine/dem Konzept - von großer Bedeutung. Bezogen auf das Gesamtsystem ist auch die gezielte Ölung definierter Bereiche im Getriebeabschnitt 8 notwendig. Neben der Schmierung von Zahnkontakten und Wälzlagern ist auch die Kühlung dieser Getriebekomponenten nicht zu vernachlässigen.
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Bisherige Konzepte sehen u.a. eine Zufuhr des Kühlmittels (Wasser/Glycol-Mischung oder ungekühltes Getriebe-Öl) in die Rotorwelle 7 mittels eines Rohrprofils mit einem Kanal oder mit aufwendigen Drehdurchführungen vor. Neben der Kühlung der Aktivteile der E-Maschine (Stator 6 und Rotor 5) ist es ebenfalls zielführend Bauteile im Getriebeabschnitt 8, welche Kräfte übertragen oder abstützen, zu kühlen. Nur durch ausreichende Kühlung erreichen die Bauteile wie z.B. die Nadelkränze zur Planetenlagerung die nötige Lebensdauer. Ausgehend von einer koaxialen Getriebeanordnung mit Rückführung der Abtriebswelle 11 von der Differenzialstufe durch die Rotorwelle 7 zum Rad ergibt sich eine Möglichkeit das in die Abtriebswelle 11 zur Kühlung der E-Maschine eingeleitete Öl aufzuteilen und somit dem Getriebeabschnitt 8 kaltes Öl zur Verfügung zu stellen. Das Öl wird aus dem Getriebesumpf 21 entnommen und gekühlt. Anschließend wird das gekühlte Öl durch die Drehdurchführung 24 in die Abtriebswelle 11 gefördert. Die Abtriebswelle 11 ist hohl gebohrt oder als Rohr ausgeführt. Kurz nach der Einleitung in die Abtriebswelle 11 kann ein Teil des Öls zur Kühlung der Rotorwelle 7 entweichen. Das restliche Öl wird durch die Abtriebswelle 11 bis zum Getriebeabschnitt 8 weitergeleitet. Hier kann das kalte Öl geschickt verteilt und zur effizienten Kühlung von Getriebebauteilen genutzt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- elektrischer Antrieb
- 2
- Fahrzeug
- 3a, b
- angetriebene Räder
- 4
- Elektromotor
- 5
- Rotor
- 6
- Stator
- 7
- Rotorwelle
- 8
- Getriebeabschnitt
- 9
- vorderer Getriebebereich
- 10
- hinterer Getriebebereich
- 11
- Abtriebswelle
- 12
- weitere Abtriebswelle
- 13
- Rotorringraum
- 14
- erste Rotorlagerung
- 15
- zweite Rotorlagerung
- 16
- Gehäuse
- 17
- Motorgehäuseabschnitt
- 18
- Getriebegehäuseabschnitt
- 19
- Kühlmantelbereich
- 20
- Kanäle
- 21
- Ölsumpfbereich
- 22
- Ölpumpe
- 23
- Radialkanal
- 24
- Drehdurchführung
- 25
- Abtriebswellenrotorausgang
- 26
- rotorseitiger Rotorwellendurchgang
- 27
- rotorseitiger Getrieberingraum
- 28
- Ölleitring
- 29
- hohlzylindrischer Anlageabschnitt
- 30
- Kragenabschnitt
- 31
- Bypass
- 32
- vorderer Abtriebswellengetriebeausgang
- 33
- vordere Rotorwellendurchgang
- 34
- vordere Getrieberingraum
- 35
- erstes Sonnenrad
- 36
- erster Planetenträger
- 37
- erster Satz Planeten
- 38
- Zwischensonnenrad
- 39
- hinterer Abtriebswellengetriebeausgang
- 40
- zweiter Planetenträger
- 41
- Satz Tripelplanetenwelle
- 42a,b
- Ausgangssonnenräder
- 43
- hinterer Getrieberingraum
- H
- Hauptachse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011007255 A1 [0005]
