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Die Erfindung betrifft eine Antriebsanordnung für ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft auch eine Schaleneinrichtung für die Antriebsanordnung.
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Das Wärmemanagement bei Fahrzeugen zur Temperierung von Motor und Getriebe ist aus dem Bereich der Verbrennungsmotoren hinlänglich bekannt. Bei Elektrofahrzeugen scheint diese Problematik auf den ersten Blick nicht so relevant zu sein, da zum einen ein Elektromotor wesentlich weniger Abwärme im Vergleich zu einem Verbrennungsmotor erzeugt und wobei zum anderen die Getriebe für die Elektromotoren meist deutlich übersichtlicher im Vergleich zu den Getrieben für Verbrennungsmotoren ausgebildet sind. Vor diesem Hintergrund wird bei Elektrofahrzeugen üblicherweise eine vergleichsweise einfache, bedarfsgerechte Kühlung und Schmierung realisiert.
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Eine sehr vorteilhafte Kühlung von Getrieben ist beispielsweise aus der
US 6,432,018 B1 bekannt, die den nächstkommenden Stand der Technik bildet. Bei einem Ausführungsbeispiel ist ein Differenzial gezeigt, wobei das Differenzial in einen Ölsumpf ausgebildet als ein Nasssumpf eintaucht. Der Ölsumpf ist in einem Gehäuse, wobei in dem Gehäuse Kühlkanäle eingebracht sind, welche zu einem weiteren Wärmetauscher führen. Diese Ausgestaltung erlaubt es somit, den Ölsumpf entsprechend den aktuellen Betriebsbedingungen zu temperieren.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Antriebsanordnung für ein Fahrzeug vorzuschlagen, welche besonders effizient arbeiten kann. Diese Aufgabe wird durch eine Antriebsanordnung für ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch eine Schaleneinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 10 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 eine Antriebsanordnung, welche für ein Fahrzeug geeignet und/oder ausgebildet ist. Die Antriebsanordnung stellt insbesondere ein Antriebsmoment für das Fahrzeug zur Verfügung. In dem Fahrzeug kann nur eine Antriebsanordnung angeordnet sein, alternativ hierzu können auch mehrere, derartige oder weitere Antriebsanordnungen vorgesehen sein. Das Fahrzeug ist insbesondere als ein Elektrofahrzeug ausgebildet. Dabei kann es als ein reines Elektrofahrzeug, also ohne Verbrennungsmotor, oder als ein Hybridfahrzeug realisiert sein. Beispielsweise ist die Antriebsanordnung als eine elektrische Achse oder als ein Radnabenmotor ausgebildet.
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Die Antriebsanordnung weist ein Getriebe auf. Das Getriebe dient insbesondere zur Überleitung von dem Antriebsmoment zu einem Ausgang oder zwei Ausgängen der Antriebsanordnung. Das Getriebe kann als ein Übersetzungsgetriebe und/oder Untersetzungsgetriebe und/oder Reduktionsgetriebe und/oder Summationsgetriebe und/oder Teilungsgetriebe, insbesondere Differentialgetriebe, ausgebildet sein. Das Getriebe kann als Untergetriebe eine beliebige Auswahl der genannten Getriebe aufweisen. Es kann insbesondere als ein Schaltgetriebe oder Automatikgetriebe realisiert sein.
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Das Getriebe weist mindestens ein rotierbares Getrieberad auf. Das Getrieberad ist insbesondere als ein Festrad, insbesondere auf einer rotierenden Welle ausgebildet. Es kann jedoch auch als eine Verzahnung, zum Beispiel auf einem Differenzialsteg oder Planetenträger ausgebildet sein. Insbesondere weist das Getrieberad eine Verzahnung auf, die Verzahnung kann z.B. als eine Geradverzahnung oder als eine Schrägverzahnung realisiert sein. Insbesondere ist das Getrieberad als ein drehmomentübertragendes Getrieberad realisiert.
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Die Antriebsanordnung weist ein Getriebegehäuse auf. Das Getriebegehäuse kann ausschließlich dem Getriebe zugeordnet sein, es kann jedoch auch ein Abschnitt von einer größeren Gehäusestruktur realisiert sein. Das Getriebegehäuse weist einen Getrieberaum auf, wobei in dem Getrieberaum ein Ölsumpf, ausgebildet als ein Nasssumpf, mit einem ersten Fluid, insbesondere mit Getriebeöl oder Hydrauliköl, angeordnet ist. Der Ölsumpf befindet sich als ein Ölvorrat in dem Bodenbereich des Getriebegehäuses, wobei der Ölsumpf von dem Getriebe nicht getrennt ist. Insbesondere weist der Ölvorrat eine Mindesthöhe in dem Bodenbereich auf, die bestimmungsgemäß nicht unterschritten wird. Das Getriebe ist in dem Getrieberaum angeordnet und zwar derart, dass das mindestens eine Getrieberad über den Ölsumpf mit dem ersten Fluid schmierbar ist. Insbesondere schöpft das Getrieberad aus dem Ölsumpf das erste Fluid und verteilt dieses weiter.
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Die Antriebsanordnung weist eine Wärmetauscheinrichtung auf, wobei die Wärmetauscheinrichtung in einem thermischen, insbesondere körperlichen Kontakt mit dem Ölsumpf steht. Somit kann Wärme oder allgemeiner gesprochen thermische Energie von der Wärmetauscheinrichtung in Richtung des Ölsumpfes geleitet werden oder es kann Wärme, allgemeiner thermische Energie, von dem Ölsumpf zu der Wärmetauscheinrichtung geleitet werden.
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Die Wärmetauscheinrichtung weist eine Fluidkanalstruktur auf, welche mit einem zweiten Fluid durchströmbar ist. Beispielsweise ist das zweite Fluid als eine Kühlflüssigkeit ausgebildet. Es ist vorgesehen, dass die Fluidkanalstruktur strömungstechnisch von dem Ölsumpf und/oder von dem ersten Fluid getrennt ist. Insbesondere handelt es sich bei dem ersten Fluid und dem zweiten Fluid um zwei unterschiedliche Fluide und/oder um zwei Fluide, welche aus unterschiedlichen Versorgungsanordnungen stammen, welche insbesondere strömungstechnisch voneinander getrennt und/oder isoliert sind.
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Im Rahmen der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Getriebeanordnung eine Schaleneinrichtung mit einem Schalenraum aufweist. Der Schalenraum weist insbesondere eine Form eines in axialer Draufsicht geraden Zylinders mit einer Grundfläche auf, wobei die Grundfläche aus einem Kreisbogen und einer Kreissehne und/oder als Kreissegment ausgebildet ist. Das Getrieberad ist zumindest abschnittsweise in dem Schalenraum aufgenommen. Erfindungsgemäß ist die Schaleneinrichtung als die Wärmetauscheinrichtung ausgebildet. Somit setzt die Schaleneinrichtung mehrere unterschiedliche Funktionen um: Zum einen wird das Getrieberad eingehaust, um unnötige Planschverluste im Getriebe zu vermeiden. Insbesondere können Planschverluste vermieden werden, da sich das Getrieberad nicht mehr direkt durch den Ölsumpf bewegt. Zum anderen kann die Kombination von dem Getrieberad und der Schaleneinrichtung als Ölpumpe wirken und/oder eine verbesserte Pumpwirkung/Öl-Förderung des Getrieberads bewerkstelligen. Wie bereits eingangs erläutert, ist es aus dem Stand der Technik bekannt, dass in Getrieben Wärmetauscher zum Einsatz kommen, die jedoch bislang in den Gehäusewänden integriert sind. Diese verbinden thermisch die Ölversorgungsanordnung des Getriebes mit einer Kühlanordnung. Im Rahmen der Erfindung wird dagegen eine Wärmetauschfunktion in den Ölsumpf eines sumpfgeschmierten Getriebes integriert. Es wird dabei die Schaleneinrichtung dazu genutzt, um den Wärmetauscher zu integrieren. Im Ergebnis kann damit das Wärmemanagement und die Ölverteilung in dem Getriebe verbessert und zugleich die Planschverluste reduziert werden, so dass die Antriebsanordnung effektiver als im Stand der Technik ausgebildet ist.
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Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Schaleneinrichtung unter dem Getrieberad, insbesondere zumindest abschnittsweise im Ölsumpf angeordnet. Damit wird erreicht, dass zum einen das Getrieberad von dem ersten Fluid in dem Ölsumpf abgeschirmt ist und zugleich die Wärmetauscheinrichtung in dem Ölsumpf angeordnet ist und diesen temperieren kann. Alternativ oder ergänzend ist das Getrieberad zumindest abschnittsweise in dem Ölsumpf angeordnet. Dabei ist besonders bevorzugt vorgesehen, dass das Getrieberad in der Schaleneinrichtung und zugleich in dem Ölsumpf angeordnet ist.
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Besonders bevorzugt weist die Schaleneinrichtung eine Durchgangsöffnung, insbesondere eine bodenseitige und/oder mittige Durchgangsöffnung auf, welche den Schalenraum mit dem Ölsumpf fluidtechnisch verbindet. Die Durchgangsöffnung befindet sich insbesondere am tiefsten Bereich der Schaleneinrichtung. Durch die Größe der Durchgangsöffnung kann die Menge an dem durch das Getrieberad geförderten ersten Fluid eingestellt werden.
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Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Schaleneinrichtung den Schalenraum in radialer Richtung, mindestens in einer axialen Richtung, vorzugsweise in beide axialen Richtungen über einen Winkelbereich begrenzt, wobei der Winkelbereich größer als 90° und/oder kleiner als 270° ausgebildet ist. Vorzugsweise ist der Schalenraum in axialer Draufsicht als ein Kreissegment ausgebildet. In dieser Ausgestaltung wird sichergestellt, dass das Getrieberad ausreichend vor dem Ölsumpf geschützt ist und zugleich wenig zusätzlicher Bauraum benötigt wird. Gerade der Kreissehnenbereich und/oder die Oberkante der Schaleneinrichtung kann auch abweichend ausgebildet sein.
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Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist die Antriebsanordnung eine Ölversorgungsanordnung, insbesondere Getriebeölversorgungseinrichtung, zur Versorgung des Getriebes, insbesondere des Ölsumpfes, mit dem ersten Fluid und/oder eine Kühlanordnung zur Versorgung der Wärmetauscheinrichtung mit dem zweiten Fluid auf. Wie bereits erläutert sind die beiden Fluide und/oder die Ölversorgungsanordnung und die Kühlanordnung voneinander strömungstechnisch getrennt.
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Es ist besonders bevorzugt, dass die Antriebsanordnung eine elektrische Maschine zur Versorgung des Fahrzeugs mit dem Antriebsmoment aufweist. Die Kühlanordnung dient zur Temperierung der elektrischen Maschine und ist mit dem zweiten Fluid ausgebildet und/oder strömungstechnisch mit der Wärmetauscheinrichtung verbunden. Insbesondere bei kalten Betriebszuständen kann der Ölsumpf über die Kühlanordnung durch die Abwärme der elektrischen Maschine schneller aufgeheizt werden. Analog kann das Getriebe bei hoher Last durch die Kühlanordnung gekühlt werden.
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Prinzipiell kann die Schaleneinrichtung mittels Urformen, zum Beispiel über eine verlorene Sandgussform, gesintert, als ein 3-D-Druck-Bauteil ausgebildet sein. Es ist auch möglich, dass die Schaleneinrichtung umformtechnisch hergestellt ist. Beispielsweise kann die Schaleneinrichtung zwei- oder mehrlagig ausgebildet sein. Alternativ kann die Schaleneinrichtung auch als ein Compound- und/oder Kunststoffteil realisiert sein. Besonders bevorzugt ist die Schaleneinrichtung aus einem wärmeleitenden Material, wie Metall und insbesondere Aluminium bzw. Aluminiumlegierung gefertigt.
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Besonders bevorzugt ist jedoch, dass die Schaleneinrichtung eine innere Schale, wobei die innere Schale den Schalenraum bildet oder zumindest mitbildet und einen äußeren Schalenabschnitt aufweist, wobei die Fluidkanalstruktur gemeinsam von der inneren Schale und dem äußeren Schalenabschnitt gebildet ist. Somit wird durch die Verbindung von der inneren Schale und dem äußeren Schalenabschnitt die Fluidkanalstruktur geschaffen. Insbesondere sind die innere Schale und der äußere Schalenabschnitt zueinander fluidtechnisch abgedichtet, um die Fluidkanalstruktur zu schaffen. Der äußere Schalenabschnitt kann optional als eine äußere Schale ausgebildet sein.
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Die Schaleneinrichtung weist einen Fluideinlass, einen Fluidauslass und die Fluidkanalstruktur auf. Die Fluidkanalstruktur kann ausgehend von dem Fluideinlass über die Fluidkanalstruktur zu dem Fluidauslass durchströmt werden. Die Fluidkanalstruktur kann als eine ein- oder mehrkanalige Fluidkanalstruktur ausgebildet sein. Es kann vorgesehen sein, dass die Fluidkanalstruktur nur Verbindungsinseln aufweist, welche die innere Schale und den äußeren Schalenabschnitt miteinander verbinden, wobei das zweite Fluid vergleichsweise ungehindert durch die Fluidkanalstruktur durchfließen kann. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass Kanäle ausgebildet sind, welche sich beispielsweise mäanderförmig oder in U-Formen oder Zickzackformen erstrecken. Besonders bevorzugt trägt der äußere Schalenabschnitt den Fluideinlass und den Fluidauslass sowie eine Mehrzahl von Nuten bzw. Rippen, welche eine Leitkontur bilden. Durch die Leitkontur wird die Oberfläche der durchströmten Fläche vergrößert und damit der Wärmeaustausch begünstigt. Die innere Schale dichtet die durchströmte Leitkontur zum Getriebeinneren ab. Bei der Durchströmung der Schaleneinrichtung steht das zweite Fluid in unmittelbaren Kontakt mit der inneren Schale und dem äußeren Schalenabschnitt. Diese sind auf der Außenseite vollständig mit dem ersten Fluid benetzt bzw. stehen direkt im Ölsumpf. Somit wird ein effizienter Wärmeaustausch zwischen dem ersten Fluid und dem zweiten Fluid realisiert.
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Mit der erfindungsgemäßen Lösung ist es somit möglich, auch Nasssumpfgeschmierte Getriebe verstärkt in das Thermomanagement des gesamten Fahrzeugs verbessert einzubinden.
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Bei einer möglichen konstruktiven Ausgestaltung der Erfindung weist das Getriebe einen Differenzialabschnitt mit einem Differentialeingangsrad auf. Das Differentialeingangsrad ist insbesondere als das Getrieberad ausgebildet. Alternativ oder ergänzend weist das Getriebe eine Zwischenwelle mit einem Festrad auf, wobei das Festrad als das Getrieberad ausgebildet ist. Das Festrad kann beispielsweise als ein Partner in einem Stufengetriebe ausgebildet sein.
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Ein weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft eine Schaleneinrichtung, welche für die Antriebsanordnung geeignet und/oder ausgebildet ist, wie diese zuvor beschrieben wurde bzw. nach einem der vorhergehenden Ansprüche. Die Schaleneinrichtung weist einen Schalenraum zur Aufnahme eines Getrieberads auf. Die Schaleneinrichtung ist als eine Wärmetauscheinrichtung ausgebildet und weist insbesondere einen Fluideinlass, einen Fluidauslass sowie eine Fluidkanalstruktur auf. Die Schaleneinrichtung ist insbesondere wie zuvor beschrieben ausgebildet.
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Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung sowie der Figuren. Diese zeigen:
- 1 eine schematische Schnittdarstellung einer Antriebsanordnung 1 als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung;
- 2 eine schematische, dreidimensionale Darstellung des Differenzialabschnitts in der 1;
- 3 eine schematische, dreidimensionale Darstellung des Differenzialabschnitts aus der 2;
- 4 eine schematische, dreidimensionale Darstellung der Schaleneinrichtung aus den vorhergehenden Figuren;
- 5 eine schematische, dreidimensionale Darstellung des äußeren Schalenabschnitts der Schaleneinrichtung aus den vorhergehenden Figuren.
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Die 1 zeigt in einer schematischen Darstellung eine Antriebsanordnung 1, wobei die Antriebsanordnung 1 zum Antrieb von einem nicht dargestellten Fahrzeug geeignet und/oder ausgebildet ist. Die Antriebsanordnung 1 in diesem Ausführungsbeispiel dient zum Antrieb von zwei angetriebenen Rädern, insbesondere von einer gemeinsamen Achse des Fahrzeugs.
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Die Antriebsanordnung 1 weist ein Getriebe 2 auf, wobei das Getriebe 2 einen Übersetzungsabschnitt 3 und einen Differentialabschnitt 4 umfasst. Das Getriebe 2 weist eine Getriebeeingangswelle 5 und eine Zwischenwelle 6 auf. Zwischen der Getriebeeingangswelle 5 und der Zwischenwelle 6 ist eine erste Stirnradgetriebestufe 7 angeordnet. Der Differentialabschnitt 4 weist ein Differenzialeingangsrad 8 auf, wobei das Differentialeingangsrad 8 mit einem Korb oder Steg des Differenzialabschnitts 4 drehfest verbunden ist. Ferner weist der Differentialabschnitt 4 zwei Ausgänge 9 a, b auf, welche das verteilte Drehmoment aus dem Differentialabschnitt 4 zu angetriebenen Rädern des Fahrzeugs weiterleiten. Die erste Stirnradgetriebestufe 7 weist ein erstes Festrad 10, welches drehfest auf der Getriebeeingangswelle 5 angeordnet ist, sowie ein zweites Festrad 11, welches auf der Zwischenwelle 6 drehfest angeordnet ist, auf. Eine zweite Stirnradgetriebestufe 12 wird durch ein drittes Festrad 13 auf der Zwischenwelle 6 und dem Differenzialeingangsrad 8 gebildet.
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Die Antriebsanordnung 1 weist einen Getrieberaum 14 auf, wobei das Getriebe 2 in dem Getrieberaum 14 angeordnet ist. Der Getrieberaum 14 wird durch ein Getriebegehäuse 15 gebildet.
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In dem Getrieberaum 14 ist ein Ölsumpf 16, ausgebildet als ein Nasssumpf, mit einem ersten Fluid 17 angeordnet. Das erste Fluid 17 ist beispielsweise als Getriebeöl ausgebildet. Es kann über eine Getriebeölversorgungsanordnung 18 aus dem Ölsumpf 16 entnommen, zum Beispiel gepumpt werden und in nicht weiter dargestellter Weise in dem Getrieberaum 14 bedarfsgerecht für das Getriebe 2 verteilt werden. Insbesondere im Stillstand der Antriebsanordnung 1 weist der Ölsumpf 16 als Ölvorrat eine Mindesthöhe in dem Getrieberaum 14 auf.
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Die Antriebsanordnung 1 weist eine Schaleneinrichtung 19 auf, wobei die Schaleneinrichtung 19 das Differentialeingangsrad 8 im Bodenbereich zumindest abschnittsweise umgibt. Die Schaleneinrichtung 19 definiert einem Schalenraum 20, wobei das Differentialeingangsrad 8 in dem Schalenraum 20 angeordnet ist. In der Schaleneinrichtung 19 ist eine Durchgangsöffnung 21 am Boden eingebracht. Der Ölsumpf 16 ist im Verhältnis zu der Position des Differentialeingangsrads 8 und/oder im Verhältnis zu der Schaleneinrichtung 19 so angeordnet, dass die Schaleneinrichtung 19 und/oder das Differentialeingangsrad 8 in den Ölsumpf 16 eintaucht. Durch die Durchgangsöffnung 21 gelangt das erste Fluid 17 in den Schalenraum 20 und kann des Differentialeingangsrad 8 schmieren bzw. von diesem mitgenommen werden. Es ist vorgesehen, dass eine Oberkante der Schaleneinrichtung 19 oberhalb des Ölsumpf 16 positioniert ist.
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Die Schaleneinrichtung 19 ist ergänzend als eine Wärmetauscheinrichtung 22 ausgebildet und weist eine Fluidkanalstruktur 23 auf, welche durch ein zweites Fluid 24 von einer Kühlanordnung 25 durchströmt werden kann. Damit ist es möglich, die Wärmetauscheinrichtung 22 und/oder die Schaleneinrichtung 19 aktiv durch das zweite Fluid 24 zu kühlen oder zu erwärmen, insgesamt somit zu temperieren.
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Die Antriebsanordnung 1 weist eine elektrische Maschine 26 auf, wobei die elektrische Maschine 26 das Antriebsmoment bereitstellt und zu der Getriebeeingangswelle 5 leitet. Beispielsweise und wie gezeigt kann eine Rotorwelle 27 der elektrischen Maschine 26 drehfest mit der Getriebeeingangswelle 5 verbunden sein. Die Kühlanordnung 25 ist ausgebildet, die elektrische Maschine 26 zu kühlen. Somit findet ein Wärmetausch und/oder Energietausch zwischen dem Ölsumpf 16 über die Schaleneinrichtung 19 / die Wärmetauscheinrichtung 22 und der elektrischen Maschine 26 statt. Die elektrische Maschine 26 kann in einem Maschinenraum 28 von einem Maschinengehäuse 29 angeordnet sein. Das Getriebegehäuse 15 und das Maschinengehäuse 29 können auch als ein gemeinsames Gehäuse ausgebildet sein.
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Die 2 zeigt eine schematische, dreidimensionale Darstellung von dem Differenzialabschnitt 4, wobei das Differentialeingangsrad 8 mit eine Schrägverzahnung zu erkennen ist. Bodenseitig ist die Schaleneinrichtung 19 / die Wärmetauscheinrichtung 22 angeordnet, wobei der Schalenraum 20 besser abzuschätzen ist. Die Schaleneinrichtung 19 folgt mit ihrer Innenkontur auf der Innenumfangsfläche dem Außendurchmesser des Differentialeingangsrad 8. Beispielsweise ist die Innenkontur konzentrisch zu dem Differentialeingangsrad 8 ausgebildet. Auf beiden axialen Seiten ist der Schalenraum 20 mit Seitenwänden 30 abgedeckt, wobei sich die Seitenwände in einer Radialebene zu einer Drehachse des Differenzialeingangsrads erstrecken. Der Schalenraum 20 und/oder die Schaleneinrichtung 19 sind in axialer Draufsicht in Form eines Kreissegments ausgebildet, wobei die Kreissehne tangential zu einem Kreis um eine Drehachse des Differenzialabschnitts 4 ausgerichtet ist. Die Kreissehne und/oder die Oberkante der Schaleneinrichtung 19 ist/sind unterhalb der Drehachse angeordnet.
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Im hinteren Bereich ist der Differenzialkorb 28 zu erkennen, welcher drehfest mit dem Differentialeingangsrad 8 verbunden ist. Ferner ist zumindest ein Differenzialrad 32 zu sehen, welches das Antriebsmoment in Richtung des Ausgangs 9a weiterleitet.
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Die Schaleneinrichtung 19 weist auf der axialen Stirnseite einen Fluideinlass 33 und einen Fluidauslass 34 für das zweite Fluid 24 auf, um das zweite Fluid durch die Fluidkanalstruktur 23 zu leiten.
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Die 3 zeigt den Differenzialabschnitt 4 mit der Schaleneinrichtung 19 ebenfalls in einer dreidimensionalen Darstellung, wobei die Durchgangsöffnung 21 zu erkennen ist, welche lotrecht zu der Drehachse des Differenzialeingangsrads 8 angeordnet ist. Zudem ist auf der Außenseite der Schaleneinrichtung 19 ein Abdruck der Fluidkanalstruktur 23 zu erkennen.
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Die 4 zeigt eine schematische, dreidimensionale Draufsicht auf die Schaleneinrichtung 19, wobei zu erkennen ist, dass diese eine innere Schale 35 und einen äußeren Schalenabschnitt 36 aufweist, welche ineinandergesteckt sind. Aus dieser Perspektive ist nochmals der Schalenraum 20 und dessen Form zu erkennen. Die innere Schale 35 weist einen inneren Schalenboden 37 auf, wobei der innere Schalenboden 37 einen Zylinderabschnitt bildet. Ferner weist die innere Schale 35 zwei innere Seitenwände 37 auf, welche die Seitenwände 30 mit bilden.
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Die 5 zeigt in einer schematischen, dreidimensionalen Darstellung den äußeren Schalenabschnitt 36. Der äußere Schalenabschnitt 36 ist wie die innere Schale 35 als eine Schale ausgebildet. Der äußere Schalenabschnitt 36 weist einen äußeren Schalenboden 39 auf, an den sich äußere Seitenwände 40 anschließen. Gemeinsam mit den inneren Seitenwänden 38 werden die Seitenwände 30 gebildet.
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Zu erkennen ist, dass die Fluidkanalstruktur 23 durch eine Mehrzahl von Nuten oder Kanälen 41 mitgebildet ist, welche in den äußeren Schalenboden 39 auf der Innenseite eingebracht sind. Die Kanäle 41 verlaufen in einem Zickzackmuster, so dass ein Kühlweg für das zweite Fluid 24 verlängert ist. In eine der äußeren Seitenwände 40 sind der Fluideinlass 33 und der Fluidauslass 34 eingebracht.
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Die innere Schale 33 wird in den äußeren Schalenabschnitt 34 eingesteckt und sorgt für eine Abdichtung der Fluidkanalstruktur 23. Durch das Einsetzen der inneren Schale 33 werden die Kanäle 41 geschlossen, so dass das zweite Fluid 24 entlang der Kanäle 41 fließen muss. Dabei verläuft der Fluidfluss von dem Fluideinlass 33 über die Kanäle 41 zunächst auf einer Seite der Schaleneinrichtung 19 und nachfolgend auf der anderen Seite der Schaleneinrichtung 19 zu dem Fluidauslass 34.
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Wie sich aus der 1 ergibt, kann alternativ oder ergänzendeine weitere Schaleneinrichtung 19 ausgebildet als Wärmetauscheinrichtung 22 beispielsweise an einem der Festräder 11, 13 der Zwischenwelle 6 angeordnet sein. Insbesondere ist diese Schaleneinrichtung 19 an dem zweiten Festrad 11 der ersten Stirnradgetriebestufe 7 angeordnet. In diesem Fall ist das Getriebe 2 nicht so ausgebildet, wie dies in der 1 zeigt es, sondern über die Getriebeeingangswelle 5 und die Zwischenwelle 6 so gefaltet, dass die Schaleneinrichtung 19 an einem der Festrede 11, 12 bis in den Ölsumpf 16 ragt. Die weitere Schaleneinrichtung 19 kann ausgebildet sein, wie dies in den 3 und 4 gezeigt ist.
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Somit bilden des Differentialeingangsrad 8, das zweite Festrad 11 und das dritte Festrad 13 jeweils ein rotierbares Getrieberad, welches eine derartige Schaleneinrichtung 19 tragen kann.
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Somit wird ein neuartiges Konzept zur Kühlung und Vorheizung des Schmiermittels in Getrieben 2, insbesondere Reduktionsgetrieben, mit Sumpfschmierung eines elektrisch betriebenen Antriebsstranges vorgestellt werden, um eine Effizienzsteigerung im Antriebsstrang zu ermöglichen. Zentrales Element ist die Wärmetauscheinrichtung 19, welche unter dem Differentialabschnitt 4 im Ölsumpf 16 angeordnet ist. Wenn an dem Differentialabschnitt 4, insbesondere an dem Differenzialeingangsrad 8 die Schaleneinrichtung 19 als Abdeckung bzw. Einhausungen wirkt, können Planschverluste vermieden werden, da sich das Differenzialeingangsrad 8 nicht mehr direkt durch den Ölsumpf 16 bewegt. Zum einen lässt sich damit das Differenzial vom umgebenen Schmierstoff abschirmen, zum anderen lässt sich damit eine verbesserte Pumpwirkung/Öl-Förderung des Differenzials bewerkstelligen. Die Schaleneinrichtung 19 als Differenzial- Abdeckung befindet sich direkt im Ölsumpf 16, steht dementsprechend mit dem Schmiermittel in Kontakt und schirmt das Differenzial davor ab. Die Schaleneinrichtung 19 ist vorteilhaft mit einer Wärmetauscher-Funktion ergänz, welche durch die Wärmetauscheinrichtung 22 umgesetzt wird. Die Schaleneinrichtung 19 wird so ausgeführt, dass sie durch das zweite Medium 24 als ein externes Medium durchströmt werden kann. Der Ölsumpf 16 kann somit an ein Getriebe-externes Fahrzeug- Kühlsystem ausgebildet als die Kühlanordnung 25 angeschlossen werden. Insbesondere in kalten Betriebszuständen kann der Ölsumpf 16 durch die Abwärme der elektrischen Maschine 26 schneller aufgeheizt werden. Analog kann das Getriebe 2 bei hoher Last auch gekühlt werden.
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Die Schaleneinrichtung 19 als Differenzial- Einhausung kann mehrteilig ausgeführt werden, damit eine innere Durchströmung mit dem zweiten Fluid 24 als externes Kühlmedium umgesetzt werden kann. Die 4 und 5 zeigen ein Beispiel für eine Differenzial- Einhausung in Form der Schaleneinrichtung 19. Die Verzahnung des Differenzials am Differenzialeingangsrad 8 verläuft durch die innere Schale 35. Durch die Aussparung im Boden in Form der Durchgangsöffnung 21 kann Öl aus dem Ölsumpf 16 als Getriebesumpf durch die Verzahnung mitgenommen werden. Die Größe der Aussparung beeinflusst die Menge an gefördertem Öl.
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Die innere Schale 35 ist in dem äußeren Schalenabschnitt 36 ausgebildet als eine äußere Schale angeordnet. Die äußere Schale ist mit zwei Anschlüssen, nämlich dem Fluideinlass 33 und dem Fluidauslass 34 versehen. Durch diese Anschlüsse wird das Bauteil mit einer Getriebe-externen Kühlanordnung 25 verbunden. In der äußeren Schale ist eine Leitkontur eingearbeitet, durch welche das zweite Medium 24 gepumpt werden kann. Durch Ausführung der Leitkontur in Form von Nuten bzw. Rippen wird die Oberfläche der durchströmten Fläche vergrößert und somit der Wärmeaustausch begünstigt.
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Durch einen ersten Anschluss ausgebildet als der Fluideinlass 33 wird ein Kühlmedium als das zweite Fluid 24 in das Bauteil hinein gefördert. Im Folgenden wird das Bauteil im Inneren vom Kühlmedium durchströmt, bis es durch einen zweiten Anschluss ausgebildet als der Fluidauslass 34 das Bauteil wieder verlässt. Die innere Schale 35 dichtet die durchströmten 41 Kanäle zum Getriebe-Inneren ab.
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Bei der Durchströmung des Bauteils, steht das zweite Fluid 24 in unmittelbarem Kontakt mit der inneren Schale 35 und dem äußeren Schalenabschnitt 36. Diese sind auf der Außenseite vollständig mit Öl benetzt bzw. stehen direkt im Ölsumpf 16. Somit wird ein Wärmeaustausch zwischen dem zweiten Fluid 24 und dem Getriebeöl realisiert. Mit der Lösung ist es nun möglich, auch Sumpf- geschmierte Getriebe 2 verstärkt in das Thermomanagement des gesamten Fahrzeuges verbessert einzubinden.
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Es ist bevorzugt ein (Wärme-) leitfähiges Material für die Schalen zu verwenden, bspw. Aluminium. Das gezeigte Beispiel besteht aus zwei Schalen. Es ist denkbar dieses mehrlagig auszuführen, um die Wärmeleitung weiter zu verbessern. Wie bei einem klassischen Wärmetauscher würde das Kühlmedium dann durch mehrere Ebenen fließen. Die Schalen können bevorzugt umformtechnisch hergestellt werden. Außerdem muss die innere Schale 35 zur äußeren Schale hin abgedichtet sein (Kleb-, Schweiß-, Pressverbindung), damit kein Kühlmedium in den Getrieberaum 14 gelangt. Des Weiteren ist es notwendig, dass die Anschlüsse 33, 34 entsprechend abgedichtet werden. Bei einigen Getriebe-Layouts kommt es vor, dass neben dem Differential auch die Zwischenwelle 6 im Ölsumpf 16 steht. Wie in der 1 gezeigt, kann alternativ oder ergänzend an dieser Welle eine Einhausung bzw. Abschirmung mit der Schaleneinrichtung 19 zum Ölsumpf 16 Vorteile im Thermomanagement bringen. Die vorgeschlagene Differential-Einhausung mit integriertem Wärmetauscher ausgebildet als die Schaleneinrichtung 19 kann dementsprechend auch an der Zwischenwelle 6 zum Einsatz kommen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Antriebsanordnung
- 2
- Getriebe
- 3
- Übersetzungsabschnitt
- 4
- Differentialabschnitt
- 5
- Getriebeeingangswelle
- 6
- Zwischenwelle
- 7
- erste Stirnradgetriebestufe
- 8
- Differenzialeingangsrad
- 9a, b
- Ausgänge
- 10
- erstes Festrad
- 11
- zweites Festrad
- 12
- zweite Stirnradgetriebestufe
- 13
- drittes Festrad
- 14
- Getrieberaum
- 15
- Getriebegehäuse
- 16
- Ölsumpf
- 17
- erstes Fluid
- 18
- Getriebeölversorgungsanordnung
- 19
- Schaleneinrichtung
- 20
- Schalenraum
- 21
- Durchgangsöffnung
- 22
- Wärmetauscheinrichtung
- 23
- Fluidkanalstruktur
- 24
- zweites Fluid
- 25
- Kühlanordnung
- 26
- elektrische Maschine
- 27
- Rotorwelle
- 28
- Maschinenraum
- 29
- Maschinengehäuse
- 30
- Seitenwände
- 31
- Differentialkorb
- 32
- Differenzialrad
- 33
- Fluideinlass
- 34
- Fluidauslass
- 35
- innere Schale
- 36
- äußerer Schalenabschnitt
- 37
- inneren Schalenboden
- 38
- innere Seitenwände
- 39
- äußerer Schalenboden
- 40
- äußere Seitenwände
- 41
- Kanäle
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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