DE102021112788A1

DE102021112788A1 - Hydrodynamischer Drehmomentwandler für eine E-Achse sowie E-Achse

Info

Publication number: DE102021112788A1
Application number: DE102021112788.2A
Authority: DE
Inventors: Lutz Ische; Thorsten Krause
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2021-05-18
Filing date: 2021-05-18
Publication date: 2022-11-24

Abstract

Die Erfindung betrifft einen hydrodynamischer Drehmomentwandler (6) für eine E-Achse eines Fahrzeugs mit einem Elektrotraktionsmotor (5), mit einer Pumpe (620), einem Leitrad (630) und einer Turbine (640), wobei die Turbine (640) über das Leitrad (630) von der Pumpe (620) hydrodynamisch antreibbar ist, wofür die Pumpe (620) einen Pumpen-Drehmomentanschluss (600) und die Turbine (640) einen Turbinen-Drehmomentanschluss (690) aufweist, und der Drehmomentwandler (6) eine zu seinen Drehmomentanschlüssen (600, 690) koaxiale Radantriebswellen-Hindurchführung (62) aufweist, welche in Axialrichtung (Ax) des Drehmomentwandlers (6) vollständig durch den Drehmomentwandler (6) hindurchführt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen hydrodynamischen Drehmomentwandler für eine E-Achse eines Fahrzeugs mit einem Elektrotraktionsmotor. Ferner betrifft die Erfindung eine E-Antriebseinheit für eine E-Achse eines Fahrzeugs, eine E-Achse für ein Fahrzeug, sowie ein Fahrzeug.
Hydrodynamische Drehmomentwandler werden seit Jahrzehnten in herkömmlichen Fahrzeugen eingesetzt. Der Drehmomentwandler ist dabei zwischen einem Verbrennungsmotor und einem (Automatik-)Getriebe des Fahrzeugs angeordnet und überträgt ein Drehmoment des Verbrennungsmotors auf eine Eingangswelle des Getriebes. Ein integrierter Drehmomentwandler (ITC: Integrated Torque Converter) stellt eine Möglichkeit dar, bei welcher eine Funktion einer Wandlerüberbrückungskupplung direkt in eine Turbine integriert ist.
Der Drehmomentwandler ist in der Regel über eine Flexplate an eine Kurbelwelle des Verbrennungsmotors angeschraubt. Ein Getriebeanschluss mit einem Leitradstutzen und einer Getriebeeingangswelle für einen Abtrieb, werden einseitig vom Getriebe her durch einen Wandlerhals in den Drehmomentwandler geführt. Das Achsdifferenzial mit den Abtriebswellen zu den Rädern des Fahrzeugs ist bei einem Frontantrieb des Fahrzeugs achsparalell zur Getriebeeingangswelle angeordnet. Bei einem Heckantrieb sind der Verbrennungsmotor, der Drehmomentwandler und das Getriebe in einem Motorraum des Fahrzeugs über eine Kardanwelle mit dem auf der Hinterachse angebrachten Achsdifferential verbunden.
Die Übertragung eines Drehmoments mittels des Drehmomentwandlers erfolgt bei einer Anfahrt des Fahrzeugs zunächst hydrodynamisch und zur Verbrauchsabsenkung des Verbrennungsmotors in einem Fahrbetrieb über dessen eingerückte Überbrückungskupplungseinrichtung. - Zukünftig wird ein Anteil teilelektrisch und vollelektrisch angetriebener Fahrzeuge stark steigen. Für solche Fahrzeuge können, je nach Konzept, zusätzlich oder in Alleinstellung E-Achsen (elektrische Achsen) notwendig sein. Ein Elektrotraktionsmotor einer E-Achse ist in der Regel ein Hochdrehzahl-Elektromotor. Um beim Anfahren eines Fahrzeugs mit E-Achse genügend Anfahrmoment zur Verfügung zu stellen, ist eine kostenintensive Leistungselektronik notwendig. - Es ist eine Aufgabe der Erfindung eine kostengünstigere Lösung, insbesondere eine insgesamt kostengünstigere E-Achse, anzugeben.
Die Aufgabe der Erfindung ist mittels eines hydrodynamischen Drehmomentwandlers für eine E-Achse eines Fahrzeugs mit einem Elektrotraktionsmotor; mittels einer E-Antriebseinheit für eine E-Achse eines Fahrzeugs; mittels einer E-Achse für ein Fahrzeug und mittels eines Fahrzeugs gelöst. - Vorteilhafte Weiterbildungen, zusätzliche Merkmale und/oder Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und/oder der folgenden Beschreibung.
Um eine E-Achse kostengünstiger zu gestalten, wird gemäß der Erfindung ein Drehmomentwandler eingesetzt, welcher in einem Betrieb mit seinem eigentlichen Wandler ein Drehmoment des Elektrotraktionsmotors beim Anfahren des Fahrzeugs erhöht. Der erfindungsgemäße Drehmomentwandler weist dabei eine Pumpe, ein Leitrad und eine Turbine auf, wobei die Turbine über das Leitrad von der Pumpe hydrodynamisch antreibbar ist, wofür die Pumpe einen Pumpen-Drehmomentanschluss und die Turbine einen Turbinen-Drehmomentanschluss aufweist, und der Drehmomentwandler eine zu seinen Drehmomentanschlüssen koaxiale Radantriebswellen-Hindurchführung aufweist, welche in Axialrichtung des Drehmomentwandlers vollständig durch den Drehmomentwandler hindurchführt.
Bevorzugt besitzt die (in einem Drehmomentenfluss aufwärtige) Pumpe im Vergleich mit der Turbine eine höhere Massenträgheit. Es ist jedoch auch möglich, um z. B. ein schnelles Hochlaufen des Elektrotraktionsmotors zu realisieren, die Pumpe im Vergleich mit der (in einem Drehmomentenfluss abwärtigen) Turbine mit einer niedrigeren Massenträgheit auszustatten. Im ersten Fall kann ein Pumpenrad der Pumpe mit einem Deckel (rotierbares Gehäuse) des Drehmomentwandlers und im zweiten Fall kann ein Turbinenrad der Turbine mit einem Deckel (rotierbares Gehäuse) des Drehmomentwandlers drehmomentübertragend verbunden sein. - Hierbei treibt immer eine, z. B. von einer Welle des Elektrotraktionsmotors, angetriebene Pumpe die Turbine an, welche ihrerseits z. B. eine Welle des Getriebes antreibt.
Durch die Radantriebswellen-Hindurchführung kann eine Radantriebswelle des Fahrzeugs hindurcherstreckbar sein, bzw. in einem eingebauten Zustand des Drehmomentwandlers erstreckt sich durch die Radantriebswellen-Hindurchführung die Radantriebswelle des Fahrzeugs hindurch. Hierbei kann die Radantriebswelle innerhalb des Drehmomentwandlers rotieren, ohne mit dem Drehmomentwandler in einer direkten Drehmomentübertragung zu stehen. D. h. die Radantriebswelle ist nur indirekt drehmomentübertragend mit dem Drehmomentwandler, z. B. über das Getriebe und ein Achsdifferenzial, oder lediglich das Achsdifferenzial, mechanisch gekoppelt. Ferner kann in einem eingebauten Zustand des Drehmomentwandlers, der Drehmomentwandler eine Baugruppe der E-Achse sein.
Die Erfindung offenbart einen koaxialen Achsdurchtrieb durch den Drehmomentwandler, d. h. insbesondere eine deckelseitige Öffnung des Drehmomentwandlers und eine Hindurchführung der Radantriebswelle koaxial durch den gesamten Drehmomentwandler, d. h. vom Elektrotraktionsmotor bis zu einem Getriebe. Hierdurch kann insbesondere eine kostenintensive Leistungselektronik der E-Achse kleiner und somit deutlich kostengünstiger ausgelegt sein. Ferner kann eine Übersetzung eines Getriebes der E-Achse vergrößert und der Elektrotraktionsmotor bei kleinerer Drehzahl betrieben werden. Hierdurch werden auch Hochdrehzahlkomponenten der E-Achse, wie z. B. Lager, kostengünstiger.
Ein (Gehäuse-)Deckel des Drehmomentwandlers kann in einem radialen Zentrumsbereich offen ausgebildet sein. Hierbei kann der Deckel radial innen als Deckelnabe ausgestaltet sein oder radial innen eine Deckelnabe aufweisen. Hierbei können der Deckel und die Deckelnabe einstückig vorgesehen, stofflich einstückig aneinander festgelegt (Schweißnaht) oder integral ausgebildet sein. Der Deckel kann zusammen mit einem Pumpenrad der Pumpe dabei ein rotierbares Gehäuse des Drehmomentwandlers bilden.
Der Pumpen-Drehmomentanschluss kann radial innen in oder radial außen auf der Deckelnabe eingerichtet sein und ist bevorzugt integral mit der Deckelnabe ausgebildet. Der Pumpen-Drehmomentanschluss kann als ein E-Motorhohlwellen-Drehmomentanschluss für eine E-Motorhohlwelle des Elektrotraktionsmotors ausgebildet sein. - Der Turbinen-Drehmomentanschluss kann radial innen in oder radial außen auf einer Turbinennabe eingerichtet sein und ist bevorzugt integral mit der Turbinennabe ausgebildet ist. Der Turbinen-Drehmomentanschluss kann als ein Getriebeeingangshohlwellen-Drehmomentanschluss für eine Getriebeeingangshohlwelle des Getriebes ausgebildet sein. - Eine betreffende mechanische und drehmomentübertragende Verbindung kann z. B. mittels eines Formschlusses (einander betreffende, wenigstens teilkomplementäre Abschnitte), komplementärer Verzahnungen (Steckverzahnungen, Keilwellenverbindung), einer Verschweißung etc. erfolgen.
Da der Drehmomentwandler nicht mehr konventionell über eine Getriebeeingangswelle mit Hydrauliköl versorgt werden kann, kann die Versorgung des Drehmomentwandlers mit Hydrauliköl zur Betätigung einer Wandlerüberbrückungskupplung und ggf. einer Kühlung des Drehmomentwandlers anderweitig erfolgen. Bevorzugt erfolgt dies mittels eines Hydrauliköl-Anschlusses deckelseitig. D. h. die Versorgung des Drehmomentwandlers mit Hydrauliköl kann an dem Deckel oder der Deckelnabe entlang erfolgen. Ferner kann die Versorgung des Drehmomentwandlers mit Hydrauliköl durch den Deckel oder die Deckelnabe hindurch erfolgen. Der Deckel oder die Deckelnabe kann eine Drehdurchführung zur Versorgung des Drehmomentwandlers mit Hydrauliköl aufweisen.
Ein Öldichten des Drehmomentwandlers gegenüber dem Elektrotraktionsmotor und/oder dem Getriebe kann je nach Bauart derart erfolgen, dass für einen trockenen Elektrotraktionsmotor der Drehmomentwandler zu den Wellen hin öldicht ist. Bei einem nassen Elektrotraktionsmotor kann ein Leckageöl aus den Dichtungen des Drehmomentwandlers Komponenten im Elektrotraktionsmotor mit Hydrauliköl versorgen. - Der Drehmomentwandler weist bevorzugt keinen Schwingungsdämpfer, insbesondere keinen Torsionsschwingungsdämpfer und/oder kein Fliehkraftpendel, auf.
Der Drehmomentwandler kann für Drehzahlen bis ca.: 6.500U/min, 7.000U/min, 7.500U/min, 8.000U/min, 8.500U/min, 9.000U/min, 9.500U/min, 10.000U/min, 10.500U/min, 11.000U/min, 11.500U/min oder 12.000U/min ausgelegt sein. Insbesondere bei Drehzahlen über ca. 7.000U/min bis 7.500U/min kann es notwendig sein, den Deckel und ggf. andere Bauteile des Drehmomentwandlers numerisch (z. B. durch eine Finite-Elemente-Methode) oder mittels einer Künstlichen Intelligenz zu optimieren, wobei insbesondere auf große Radien an den radial äußeren Abschnitten des Drehmomentwandlers Wert zu legen ist, damit eine Berstdrehzahl des Drehmomentwandlers im Vergleich mit dem Stand der Technik (ca. 6.500U/min bis 7.000U/min) vergleichsweise hoch ausfällt.
Die erfindungsgemäße E-Antriebseinheit umfasst einen Elektrotraktionsmotor, einen hydrodynamischen Drehmomentwandler und bevorzugt einem Getriebe, wobei der Elektrotraktionsmotor drehmomentübertragend mit dem Drehmomentwandler und bevorzugt der Drehmomentwandler drehmomentübertragend mit dem Getriebe gekoppelt ist/sind, wobei die E-Antriebseinheit eine koaxiale Radantriebswellen-Hindurchführung aufweist, welche in Axialrichtung der E-Antriebseinheit vollständig durch den Elektrotraktionsmotor und den Drehmomentwandler hindurchführt. - Hierbei ist das Getriebe optional. Ist das Getriebe anwesend, so ist ein Achsdifferenzial, insbesondere ein Stirnraddifferenzial, bevorzugt in das Getriebe integriert. Ist das Getriebe abwesend, so kann die E-Antriebseinheit ein sich in Drehmomentflussrichtung an den Drehmomentwandler anschließendes Achsdifferenzial, insbesondere ein Stirnraddifferenzial, aufweisen.
Das Getriebe der E-Antriebseinheit kann eine Radantriebswellen-Hineinführung aufweisen, welche sich in Axialrichtung an die Radantriebswellen-Hindurchführung der E-Antriebseinheit koaxial anschließt. Hierbei kann die Radantriebswellen-Hineinführung bevorzugt an/in einem Achsdifferenzial, insbesondere einem Stirnraddifferenzial, des Getriebes münden. Je nach Ausgestaltung des Differenzials kann die Radantriebswellen-Hineinführung des Getriebes auch als Radantriebswellen-Hindurchführung ausgebildet sein.
Radial außerhalb an/auf oder über der koaxialen Radantriebswellen-Hindurchführung der E-Antriebseinheit kann eine E-Motorhohlwelle des Elektrotraktionsmotors mit einer Pumpe des Drehmomentwandlers drehmomentübertragend gekoppelt sein. Ferner kann radial außerhalb an/auf oder über der koaxialen Radantriebswellen-Hindurchführung eine Turbine des Drehmomentwandlers mit einer Getriebeeingangshohlwelle des Getriebes drehmomentübertragend gekoppelt sein. Darüber hinaus kann radial auf der zur Radantriebswellen-Hindurchführung koaxialen Getriebeeingangshohlwelle, ein Leitradstutzen koaxial angeordnet sein, welcher bevorzugt am Getriebe, insbesondere einer Außenseite bzw. Außenplatte des Getriebes, festgelegt ist. Die E-Antriebseinheit kann eine Leistungselektronik umfassen. Und der Drehmomentwandler kann als ein erfindungsgemäßer Drehmomentwandler ausgebildet sein.
Die erfindungsgemäße E-Achse umfasst eine Radantriebswelle und eine auf der Radantriebswelle koaxial angeordnete E-Antriebseinheit, mittels welcher die Radantriebswelle antreibbar ist, wobei die E-Antriebseinheit einen Elektrotraktionsmotor und in Drehmomentflussrichtung abwärts, einen damit gekoppelten hydrodynamischen Drehmomentwandler aufweist. Eine E-Achse mit einem Drehmomentwandler ist fahrzeugglobal sinnvoll. Hierdurch lassen sich ein elektrischer Antriebsstrang, insbesondere der Elektrotraktionsmotor, eine Leistungselektronik, eine Kühlleistung und/oder Kabelquerschnitte ggf. kleiner, und damit leichter und kostengünstiger dimensionieren. Dabei ist ein baulicher und kostenmäßiger Aufwand für den Drehmomentwandler der E-Achse des teilelektrisch oder vollelektrisch angetriebenen Fahrzeugs kompensierbar oder überkompensierbar.
Die E-Antriebseinheit der E-Achse kann in Drehmomentflussrichtung abwärts des Drehmomentwandlers ein Getriebe aufweisen. Ferner kann in Drehmomentflussrichtung abwärts des Drehmomentwandlers ein Achsdifferenzial, insbesondere ein Stirnraddifferenzial, in der E-Antriebseinheit der E-Achse eingerichtet sein. Des Weiteren kann in das Getriebe ein Achsdifferenzial, insbesondere ein Stirnraddifferenzial integriert sein. Darüber hinaus kann der Drehmomentwandler als ein erfindungsgemäßer Drehmomentwandler und/oder die E-Antriebseinheit als eine erfindungsgemäße E-Antriebseinheit ausgebildet sein.
Die Erfindung ist im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügte schematische und nicht maßstabsgetreue Zeichnung näher erläutert. Abschnitte, Elemente, Bauteile, Einheiten, Komponenten und/oder Schemata, welche eine identische, univoke oder analoge Ausbildung und/oder Funktion besitzen, sind in der Figurenbeschreibung (s. u.), der Bezugszeichenliste, den Patentansprüchen und in den Figuren (Fig.) der Zeichnung mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet. Eine mögliche, in der Erfindungsbeschreibung (s. o.) nicht erläuterte, in der Zeichnung nicht dargestellte und/oder nicht abschließende Alternative, eine statische und/ oder kinematische Umkehrung, eine Kombination etc. zu den Ausführungsbeispielen der Erfindung bzw. einer Komponente, einem Schema, einer Einheit, einem Bauteil, einem Element oder einem Abschnitt davon, kann ferner der Bezugszeichenliste und/oder der Figurenbeschreibung entnommen werden.
Bei der Erfindung kann ein Merkmal (Abschnitt, Element, Bauteil, Einheit, Komponente, Funktion, Größe etc.) positiv, d. h. vorhanden, oder negativ, d. h. abwesend, ausgestaltet sein. In dieser Spezifikation (Beschreibung (Erfindungsbeschreibung (s. o.), Figurenbeschreibung (s. u.)), Bezugszeichenliste, Patentansprüche, Zeichnung) ist ein negatives Merkmal als Merkmal nicht explizit erläutert, wenn nicht gemäß der Erfindung Wert daraufgelegt ist, dass es abwesend ist. D. h. die tatsächlich gemachte und nicht eine durch den Stand der Technik konstruierte Erfindung darin besteht, dieses Merkmal wegzulassen.
Ein Merkmal dieser Spezifikation kann nicht nur in einer angegebenen Art und/oder Weise, sondern auch in einer anderen Art und/oder Weise angewendet sein (Isolierung, Zusammenfassung, Ersetzung, Hinzufügung, Alleinstellung, Weglassung etc.). Insbesondere ist es möglich, anhand eines Bezugszeichens und einem diesem zugeordneten Merkmal bzw. vice versa, in der Beschreibung, der Bezugszeichenliste, den Patentansprüchen und/oder der Zeichnung, ein Merkmal in den Patentansprüchen und/oder der Beschreibung zu ersetzen, hinzuzufügen oder wegzulassen. Darüber hinaus kann dadurch ein Merkmal in einem Patentanspruch ausgelegt und/oder näher spezifiziert werden.
Die Merkmale der Beschreibung sind (angesichts des (zunächst meist unbekannten) Stands der Technik) auch als optionale Merkmale interpretierbar; d. h. ein jedes Merkmal kann als ein fakultatives, arbiträres oder bevorzugtes, also als ein nicht verbindliches, Merkmal aufgefasst werden. So ist eine Herauslösung eines Merkmals, ggf. inkl. seiner Peripherie, aus einem Ausführungsbeispiel möglich, wobei dieses Merkmal dann auf einen verallgemeinerten Erfindungsgedanken übertragbar ist. Das Fehlen eines Merkmals (negatives Merkmal) in einem Ausführungsbeispiel zeigt, dass das Merkmal in Bezug auf die Erfindung optional ist. Ferner ist bei einem Artbegriff für ein Merkmal auch ein Gattungsbegriff für das Merkmal mitlesbar (ggf. weitere hierarchische Gliederung in Untergattung etc.), wodurch, z. B. unter Beachtung von Gleichwirkung und/oder Gleichwertigkeit, eine Verallgemeinerung des Merkmals möglich ist.
In den lediglich beispielhaften Figuren (Fig.) zeigen:

die 1 eine Prinzipskizze einer allgemeinen Ausführungsform einer Variante einer E-Achse für ein teilelektrisch oder ein vollelektrisch angetriebenes Fahrzeug, und
die 2 in einem zweidimensionalen, axial-radialen Halbschnitt, eine allgemeine Ausführungsform einer Variante eines hydrodynamischen Drehmomentwandlers für eine E-Achse.

Die Erfindung - ein Drehmomentwandler 6 und eine E-Antriebseinheit 1 für eine E-Achse 0 sowie eine E-Achse 0 - ist im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen einer Ausführungsform einer Variante der E-Achse 0, der E-Antriebseinheit 1 und des Drehmomentwandlers 6 näher erläutert. Die Erfindung ist nicht auf diese Variante, die dargestellten Ausführungsformen und/oder die nachfolgend erläuterten Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern ist von grundlegenderer Natur. Es können also andere Variationen hieraus und/oder aus Obigem (Erfindungsbeschreibung) abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
Die Erläuterung der Erfindung anhand der Zeichnung bezieht sich im Folgenden auf eine Axialrichtung Ax (axial), eine Rotationsachse Ax, eine Radialrichtung Ra (radial) und eine Umfangsrichtung Um (tangential) des erfindungsgemäßen Drehmomentwandlers 6, der erfindungsgemäßen E-Antriebseinheit 1 bzw. der erfindungsgemäßen E-Achse 0 (vgl. Zeichnung). In der Zeichnung sind nur diejenigen räumlichen Abschnitte eines Gegenstands der Erfindung dargestellt, welche für ein Verständnis der Erfindung notwendig sind.
Eine E-Achse 0 (vgl. 1) kombiniert Komponenten, die herkömmlicherweise nur getrennt eingesetzt werden. Ein Elektrotraktionsmotor 5, ein Getriebe 8 und eine Leistungselektronik werden in einer Baugruppe zusammengefasst, die unmittelbar eine Radantriebswelle 20 des Fahrzeugs antreibt. Hierdurch ist eine bisherige Komplexität des elektromotorischen Antriebs reduziert und der Antriebsstrang des Fahrzeugs kostengünstiger, kompakter und effizienter. In einem Vergleich zu konventionellen Verbrennungsmotoren benötigen E-Achsen 0 nur rund ein Drittel eines Bauraums, der darüber hinaus vorteilhafterweise auch schlank und rund ausgebildet sein kann. Ferner besitzen E-Achsen 0 einen hohen Gesamtwirkungsgrad.
Zur Momentenüberhöhung und Vereinfachung einer Leistungselektronik bei einem Anfahrvorgang eines Fahrzeugs mit einem Elektrotraktionsmotor 5 ist gemäß der Erfindung ein hydrodynamischer Drehmomentwandler 6 in die E-Achse 0 integriert. Zur kompakten Anordnung sind die Komponenten Elektrotraktionsmotor 5, Drehmomentwandler 6, ggf. Getriebe 8 und Achsdifferenzial 890 koaxial in Reihe hintereinander angeordnet. Eine Antriebsachse weist eine Radantriebswelle 20 vom Achsdifferenzial 890 zu einem betreffenden Rad 21 auf und ist gemäß der Erfindung koaxial durch den Elektrotraktionsmotor 5 und den Drehmomentwandler 6 hindurchgeführt. Das bedingt, dass der Drehmomentwandler 6 nicht mehr nur einseitig geöffnet und betrieben wird, sondern dass eine Radantriebswelle 20 vom Achsdifferenzial 890 zum betreffenden Rad 21 koaxial durch den Drehmomentwandler 6 und den Elektrotraktionsmotor 5 hindurchführt.
Die 1 zeigt eine Ausführungsform solch einer E-Achse 0 mit einer zweigeteilten zentralen Radantriebswelle 20, an welche links und rechts jeweils ein Rad 21, 22 montierbar ist. Hierbei teilt ein Achsdifferenzial 890, insbesondere ein Stirnraddifferenzial 890, die Radantriebswelle 20 in zwei unterschiedlich lange Abschnitte, wobei ein linker, vergleichsweise langer Abschnitt durch einen überwiegenden Teil einer E-Antriebseinheit 1 der E-Achse 0 hindurchführt und ein rechter, vergleichsweise kurzer Abschnitt lediglich vom Achsdifferenzial 890 zum Rad 22 führt. Im Folgenden ist nur noch der linke Abschnitt der Radantriebswelle 20 als Radantriebswelle 20 behandelt.
Die Radantriebswelle 20 bzw. deren linker Abschnitt 20 führt dabei koaxial durch einen Elektrotraktionsmotor 5 und einen hydrodynamischen Drehmomentwandler 6 hindurch und in ein Getriebe 8 mit einem integrierten Achsdifferenzial 890 hinein. Hierbei bilden der Elektrotraktionsmotor 5, der Drehmomentwandler 6 und das Getriebe 8 mit dem Achsdifferenzial 890 die E-Antriebseinheit 1 der E-Achse 0. Es ist möglich, das Getriebe 8 wegzulassen und den Drehmomentwandler 6 direkt mit dem Achsdifferenzial 890, z. B. mittels einer Hohlwelle zu koppeln. - Hierbei erstreckt sich die Radantriebswelle 20 durch eine Radantriebswellen-Hindurchführung 52 im Elektrotraktionsmotor 5 hindurch, durch eine Radantriebswellen-Hindurchführung 62 im Drehmomentwandler 6 hindurch und in eine Radantriebswellen-Hineinführung 82 in das Getriebe 8 hinein und ist dort mit dem Achsdifferenzial 890 drehmomentübertrageng gekoppelt.
Die Radantriebswelle 20 erstreckt sich innerhalb des Elektrotraktionsmotors 5 durch dessen E-Motorhohlwelle 50 hindurch (vgl. 1). Ferner erstreckt sich die Radantriebswelle 20 durch einen Deckel 610, eine Deckelnabe 612 bzw. einen Pumpen-Drehmomentanschluss 600; eine Turbine 640 mit ihrem Turbinenrad, eine Turbinennabe 642 bzw. einen Turbinen-Drehmomentanschluss 690; ein Leitrad 630 und seinen Leitradstutzen 700; sowie eine Pumpe 620 mit ihrem Pumpenrad des Drehmomentwandlers 6 hindurch (vgl. 1 und 2). Des Weiteren erstreckt sich die Radantriebswelle 20 durch eine Getriebeeingangshohlwelle 800 des Getriebes 8 hindurch. Die Getriebeeingangshohlwelle 800 erstreckt sich dabei ferner in den Drehmomentwandler 6 hinein.
In der E-Antriebseinheit 1 bzw. der E-Achse 0 ist ein Längsendabschnitt der E-Motorhohlwelle 50 mit dem Pumpen-Drehmomentanschluss 600 der Deckelnabe 612 drehmomentübertragend gekoppelt (vgl. 2). Ferner ist in der E-Antriebseinheit 1 bzw. der E-Achse 0 ein Längsendabschnitt der Getriebeeingangshohlwelle 800 mit dem Turbinen-Drehmomentanschluss 690 der Turbinennabe 642 drehmomentübertragend gekoppelt (vgl. 2).
Der Drehmomentwandler 6 ist mit der Deckelnabe 612 an einer Wandlerhülle bzw. einem Wandlergehäuse, aufweisend den Deckel 610 (inkl. der Deckelnabe 612) und die Pumpe 620; über die E-Motorhohlwelle 50 direkt an den Elektrotraktionsmotor 5, z. B. über eine Steckverzahnung, drehmomentübertragend angebunden. Beim Anfahren des Fahrzeugs in einem Wandlerbetrieb wird ein vom Elektrotraktionsmotor 5 generiertes Drehmoment hydraulisch von der Pumpe 620, über das Leitrad 630 auf die Turbine 640 übertragen. Das Leitrad 630 gelagert auf dem Leitradstutzen 700 erzeugt die Wandlung des Drehmoments. Der Leitradstutzen 700 ist getriebeseitig an ein Gehäuse des Getriebes 8 angebunden. Die Pumpe 620, das Leitrad 630 und die Turbine 640 bilden dabei einen eigentlichen Wandler 60 des Drehmomentwandlers 6.
Beim Anfahren des Fahrzeugs, ist eine Wandlerüberbrückungskupplung 65, die insbesondere als eine Normally-Closed-Kupplung 65 ausgebildet ist, bevorzugt ausgerückt. Die Wandlerüberbrückungskupplung 65 kann dabei als eine Lamellenkupplung 65 oder eine Ein-Belag-Kupplung ausgebildet sein. Die dargestellte Wandlerüberbrückungskupplung 65 als Lamellenkupplung 65 umfasst zwei Lamellenträger 660, 670, z. B. einen Innenlamellenträger 660 und einen Außenlamellenträger 670, Belaglamellen 650, einen Betätigungskolben 680 und eine mit einer Tellerfedersicherung 683 gesicherte Tellerfeder 682, die die Belaglamellen 650 im nicht-angesteuerten Zustand des Betätigungskolbens 680 zusammendrückt und die Wandlerüberbrückungskupplung 65 geschlossen hält.
Im Fahrbetrieb des Fahrzeugs ist die Wandlerüberbrückungskupplung 65 geschlossen und das Drehmoment des Elektrotraktionsmotors 5 wird direkt über die an der Turbine 640 angebundene Wandlerüberbrückungskupplung 65 über die Turbinennabe 642 auf die Getriebeeingangshohlwelle 800 übertragen. Das Getriebe 8 ist koaxial hinter dem Elektrotraktionsmotor 5 und dem Drehmomentwandler 6 angeordnet. Das Achsdifferential 890 ist dabei bevorzugt in das Getriebe 8 integriert. - Aus dem Achsdifferenzial 890 wird das Drehmoment aus dem Getriebe 8 über die Radantriebswellen 20 an das linke Rad 21 und das rechte Rad 22 übertragen.
Eine Versorgung des Drehmomentwandlers 6 mit Hydrauliköl erfolgt vorliegend deckelseitig mittels eines Hydrauliköl-Anschlusses. Hierbei erfolgt die Versorgung mit mittels einer Drehdurchführung außen an der Deckelnabe 612 und durch diese hindurch (Ölkanal 613 für Wandlerüberbrückungskupplung 65). - Andere Ausführungsformen, wie z. B. eine Versorgung durch den Deckel 610 hindurch, sind natürlich möglich.
Eine Besonderheit dieser Anordnung ist, dass die Getriebeeingangswelle 800 und E-Motorwelle 50 als Hohlwellen 800, 50 ausgelegt sind, sodass die Radantriebswelle 20 für ein Rad 21 durch die Getriebeeingangshohlwelle 800, den Drehmomentwandler 6 und die E-Motorhohlwelle 50 geführt wird. Diese erfindungsgemäße koaxiale Anordnung baut deutlich kompakter als eine achsparallele Anordnung aus dem Stand der Technik, in welcher ein Achsdifferenzial achsparallel zur E-Motorwelle die Radantriebswelle am Elektrotraktionsmotor vorbeiführt.
Die Erfindung betrifft einen hydrodynamischen Drehmomentwandler 6 mit einem koaxialem Achsdurchtrieb für E-Achsen 0, wobei die E-Achse 0 bzw. deren elektromotorischer Antrieb, also die E-Antriebseinheit 1 (Elektrotraktionsmotor 5, Drehmomentwandler 6 und ggf. das Achsdifferenzial 890, und ggf. Getriebe 8 mit ggf. dem Achsdifferenzial 890), einen kompakten und platzsparenden Aufbau besitzt. Hierbei weist der Drehmomentwandler 6 einen koaxialen Achsdurchtrieb für eine Radantriebswelle 20 des Fahrzeugs durch den Drehmomentwandler 6 hindurch auf. Der Drehmomentwandler 6 besitzt eine deckelseitige Öffnung für die Durchführung der Radantriebswelle 20 koaxial durch den Drehmomentwandler 6 hindurch. Dies bedingt eine Änderung einer Ölführung, da der Drehmomentwandler 6 nicht konventionell über die Getriebeeingangswelle mit Hydrauliköl versorgt werden kann. Die Ölversorgung des Drehmomentwandlers 6 zur Betätigung der Wandlerüberbrückungskupplung 65 kann z. B. durch einen Anschluss einer Ölleitung auf Seiten des radial innen offenen Deckels 610 realisiert sein (Ölkanal 613).
Bezugszeichenliste

0: E-Achse für ein Fahrzeug mit Elektrotraktionsmotor 5
1: E-Antriebseinheit der E-Achse 0
5: Elektrotraktionsmotor
6: hydrodynamischer Drehmomentwandler, insbesondere ITC
8: Getriebe, ggf. inkl. Achsdifferenzial 890
20: Radantriebswelle(n) bzw. Abtriebswelle(n) vom Achsdifferenzial 890 zu den Rädern 21, 22
21: (linkes/rechtes) Rad
22: (rechtes/linkes) Rad
50: E-Motorhohlwelle
52: Radantriebswellen-Hindurchführung
60: eigentlicher Wandler des Drehmomentwandlers 6
62: Radantriebswellen-Hindurchführung
65: Wandlerüberbrückungskupplung, insbesondere Normally-Closed-Kupplung
600: (Pumpen-)Drehmomentanschluss
610: Deckel
612: Deckelnabe
613: Ölkanal für Wandlerüberbrückungskupplung 65
620: Pumpe, Pumpenrad; im Vergleich mit Turbine 640 bevorzugt höhere Massenträgheit
630: Leitrad
632: Freilauf
640: Turbine, Turbinenrad; im Vergleich mit Pumpe 620 bevorzugt niedrigere Massenträgheit
642: Turbinennabe
650: Belaglamellen
660: Lamellenträger mit wenigstens einer Belaglamelle, insbesondere Innenlamellenträger
670: Lamellenträger mit wenigstens einer Belaglamelle, insbesondere Außenlamellenträger
680: Betätigungskolben
682: Tellerfeder
683: Tellerfedersicherung
690: (Turbinen-)Drehmomentanschluss
700: Leitradstutzen
82: Radantriebswellen-Hineinführung
800: Getriebeeingangshohlwelle
890: Achsdifferenzial, insbesondere Stirnraddifferenzial
Ax: Axialrichtung, Rotationsachse des Drehmomentwandlers 6, der E-Antriebseinheit 1 bzw. der E-Achse 0
Ra: Radialrichtung des Drehmomentwandlers 6, der E-Antriebseinheit 1 bzw. der E-Achse 0
Um: Umfangsrichtung des Drehmomentwandlers 6, der E-Antriebseinheit 1 bzw. der E-Achse 0

Claims

Hydrodynamischer Drehmomentwandler (6) für eine E-Achse (0) eines Fahrzeugs mit einem Elektrotraktionsmotor (5), mit einer Pumpe (620), einem Leitrad (630) und einer Turbine (640), wobei die Turbine (640) über das Leitrad (630) von der Pumpe (620) hydrodynamisch antreibbar ist, wofür die Pumpe (620) einen Pumpen-Drehmomentanschluss (600) und die Turbine (640) einen Turbinen-Drehmomentanschluss (690) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehmomentwandler (6) eine zu seinen Drehmomentanschlüssen (600, 690) koaxiale Radantriebswellen-Hindurchführung (62) aufweist, welche in Axialrichtung (Ax) des Drehmomentwandlers (6) vollständig durch den Drehmomentwandler (6) hindurchführt.
Hydrodynamischer Drehmomentwandler (6) gemäß vorhergehendem Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass: • durch die Radantriebswellen-Hindurchführung (62) eine Radantriebswelle (20) des Fahrzeugs hindurcherstreckbar ist, • in einem eingebauten Zustand des Drehmomentwandlers (6), sich durch die Radantriebswellen-Hindurchführung (62) eine Radantriebswelle (20) des Fahrzeugs hindurcherstreckt, und/oder • in einem eingebauten Zustand des Drehmomentwandlers (6), der Drehmomentwandler (6) eine Baugruppe der E-Achse (0) ist.
Hydrodynamischer Drehmomentwandler (6) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass: • ein Deckel (610) des Drehmomentwandlers (6) in einem radialen Zentrumsbereich offen ausgebildet ist, • der Deckel (610) radial innen als Deckelnabe (612) ausgestaltet ist oder radial innen eine Deckelnabe (612) aufweist, und/oder • der Deckel (610) zusammen mit einem Pumpenrad der Pumpe (620) ein rotierbares Gehäuse des Drehmomentwandlers (6) bildet.
Hydrodynamischer Drehmomentwandler (6) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass: • der Pumpen-Drehmomentanschluss (600) radial innen in oder radial außen auf der Deckelnabe (612) eingerichtet ist und bevorzugt integral mit der Deckelnabe (612) ausgebildet ist, • der Pumpen-Drehmomentanschluss (600) als ein E-Motorhohlwellen-Drehmomentanschluss (600) für eine E-Motorhohlwelle (50) des Elektrotraktionsmotors (5) ausgebildet ist, • der Turbinen-Drehmomentanschluss (690) radial innen in oder radial außen auf einer Turbinennabe (642) eingerichtet ist und bevorzugt integral mit der Turbinennabe (642) ausgebildet ist, und/oder • der Turbinen-Drehmomentanschluss (690) als ein Getriebeeingangshohlwellen-Drehmomentanschluss (690) für eine Getriebeeingangshohlwelle (800) des Getriebes (8) ausgebildet ist.
Hydrodynamischer Drehmomentwandler (6) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass: • eine Versorgung des Drehmomentwandlers (6) mit einem Hydrauliköl an dem Deckel (610) oder der Deckelnabe (612) entlang erfolgt, • eine Versorgung des Drehmomentwandlers (6) mit einem Hydrauliköl durch den Deckel (610) oder die Deckelnabe (612) hindurch erfolgt, und/oder • der Deckel (610) oder die Deckelnabe (612) eine Drehdurchführung zur Versorgung des Drehmomentwandlers (6) mit dem Hydrauliköl aufweist.
E-Antriebseinheit (1) für eine E-Achse (0) eines Fahrzeugs, mit einem Elektrotraktionsmotor (5), einem hydrodynamischen Drehmomentwandler (6) und bevorzugt einem Getriebe (8), wobei der Elektrotraktionsmotor (5) drehmomentübertragend mit dem Drehmomentwandler (6) und bevorzugt der Drehmomentwandler (6) drehmomentübertragend mit dem Getriebe (8) gekoppelt ist/sind, dadurch gekennzeichnet, dass die E-Antriebseinheit (1) eine koaxiale Radantriebswellen-Hindurchführung (52, 62) aufweist, welche in Axialrichtung (Ax) der E-Antriebseinheit (1) vollständig durch den Elektrotraktionsmotor (5) und den Drehmomentwandler (6) hindurchführt.
E-Antriebseinheit (1) gemäß vorhergehendem Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (8) der E-Antriebseinheit (1) eine Radantriebswellen-Hineinführung (82) aufweist, welche sich in Axialrichtung (Ax) an die Radantriebswellen-Hindurchführung (52, 62) der E-Antriebseinheit (1) koaxial anschließt, wobei die Radantriebswellen-Hineinführung (82) bevorzugt an/in einem Achsdifferenzial (890), insbesondere einem Stirnraddifferenzial (890), des Getriebes (8) mündet.
E-Antriebseinheit (1) gemäß vorhergehendem Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass radial: • radial außerhalb der koaxialen Radantriebswellen-Hindurchführung (52, 62) eine E-Motorhohlwelle (50) des Elektrotraktionsmotors (5) mit einer Pumpe (620) des Drehmomentwandlers (6) drehmomentübertragend gekoppelt ist, • radial außerhalb der koaxialen Radantriebswellen-Hindurchführung (52, 62) eine Turbine (640) des Drehmomentwandlers (6) mit einer Getriebeeingangshohlwelle (800) des Getriebes (8) drehmomentübertragend gekoppelt ist, • die E-Antriebseinheit (1) ferner eine Leistungselektronik aufweist, und/oder • der Drehmomentwandler (6) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist.
E-Achse (0) für ein Fahrzeug, mit einer Radantriebswelle (20) und eine auf der Radantriebswelle (20) koaxial angeordnete E-Antriebseinheit (1), mittels welcher die Radantriebswelle (20) antreibbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die E-Antriebseinheit (1) einen Elektrotraktionsmotor (5) und in Drehmomentflussrichtung abwärts, einen damit gekoppelten hydrodynamischen Drehmomentwandler (6) aufweist.
E-Achse (0) gemäß vorhergehendem Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass: • die E-Antriebseinheit (1) in Drehmomentflussrichtung abwärts des Drehmomentwandlers (6) ein Getriebe (8) aufweist, • in Drehmomentflussrichtung abwärts des Drehmomentwandlers (6) ein Achsdifferenzial (890), insbesondere ein Stirnraddifferenzial (890), in der E-Antriebseinheit (1) eingerichtet ist, • in das Getriebe (8) ein Achsdifferenzial (890), insbesondere ein Stirnraddifferenzial (890) integriert ist, und/oder • der Drehmomentwandler (6) und/oder die E-Antriebseinheit (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist.
Fahrzeug mit einer E-Antriebseinheit (1) für dessen E-Achse (0) und/oder einer E-Achse (0), dadurch gekennzeichnet, dass die E-Antriebseinheit (1) und/oder die E-Achse (0) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist.