DE102021211977A1

DE102021211977A1 - Getriebeanordnung für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102021211977A1
Application number: DE102021211977.8A
Authority: DE
Inventors: Björn Heß; Dirk Zeise; Matthias Daume; Martin Hoffmann
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2021-10-25
Filing date: 2021-10-25
Publication date: 2023-04-27

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Getriebeanordnung (10) für ein Kraftfahrzeug, umfassend- ein bei Betrieb in einer Drehrichtung um eine Drehachse rotierendes, stirnverzahntes Förderrad (36), welches mit einem unteren Verzahnungsbereich in einer unteren Ölwanne (30) plantscht,- ein oberhalb der Drehachse des Förderrades (36) angeordnetes, oberes Ölreservoir (40), in welches hinein durch Rotation des Förderrades (36) Öl aus der unteren Ölwanne (30) förderbar ist.Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die untere Ölwanne (30) über einen schräg ansteigenden, von einem Kanalboden (383), einem Kanaldach und seitlichen Kanalwänden umschlossenen und eine untere stirnseitige Eingangsöffnung (381) und eine obere stirnseitige Ausgangsöffnung (382) aufweisenden Ölförderkanal (38) mit dem oberen Ölreservoir (40) verbunden ist, wobei wenigstens ein Teil desjenigen Bereichs der Verzahnung des Förderrades (36), der unterhalb von dessen Drehachse und in Drehrichtung seitlich versetzt dazu angeordnet ist, in die untere stirnseitigen Eingangsöffnung (381) des Ölförderkanals (38) hineinragt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Getriebeanordnung für ein Kraftfahrzeug, umfassend

- ein bei Betrieb in einer Drehrichtung um eine Drehachse rotierendes, stirnverzahntes Förderrad, welches mit einem unteren Verzahnungsbereich in einer unteren Ölwanne plantscht,
- ein oberhalb der Drehachse des Förderrades angeordnetes, oberes Ölreservoir, in welches hinein durch Rotation des Förderrades Öl aus der unteren Ölwanne förderbar ist,

Eine derartige Getriebeanordnung ist bekannt aus der DE 41 32 780 A1 .
Bei sogenannten hochbauenden Getrieben, d.h. bei Getrieben, in denen die Eingangswelle und die Ausgangswelle im Montageendzustand einen erheblichen vertikalen Abstand zueinander einnehmen, in dem ggf. noch eine oder mehrere Zwischenwellen angeordnet sind, ergibt sich häufig das Problem einer hinreichenden Schmierung und Kühlung, d.h. einer hinreichenden Ölversorgung, der Lager und Verzahnungseingriffe. Aus der vorgenannten, gattungsbildenden Druckschrift ist ein kaskadenartiger Öltransport bekannt. Das dort offenbarte Getriebe umfasst eine vertikal oben angeordnete Eingangswelle, die mit der großen Stufe eines als Stufenrad ausgebildeten Zwischenrades, welches auf einer vertikal unterhalb der Eingangswelle gelagerten Zwischenwelle fixiert ist, kämmt. Vertikal unterhalb der Zwischenwelle ist eine Ausgangswelle gelagert, auf welcher ein Ausgangsrad großen Durchmessers fixiert ist und mit der kleinen Stufe des Zwischenrades kämmt. Das Ausgangsrad plantscht in einem Ölsumpf und trägt bei Rotation mit seiner Verzahnung Öl bis zum Bereich seines Zahneingriffs mit dem Zwischenrad. Dort wird das Öl durch die Wechselwirkung der Zähne seitlich ausgepresst und in einer unteren Ölwanne aufgefangen, in welcher das Zwischenrad, insbesondere dessen große Stufe, plantscht. Diese große Stufe des Zwischenrades wirkt sodann als Förderrad für die nächste Kaskadenstufe und trägt bei Rotation Öl bis in seinen Verzahnungsbereich mit dem Eingangsrad. Durch Wechselwirkung der Zähne wird das Öl dort wieder seitlich ausgepresst und in einem, bei der vorbekannten Gestaltung ebenfalls als Ölwanne ausgebildeten, oberen Ölreservoir aufgefangen. Das obere Ölreservoir dient als Ölverteiler, indem das gesammelte Öl über in unterschiedlicher Höhe angeordnete Ableitkanäle zu tiefergelegenen, schmierungsbedürftigen Bereichen abgeleitet wird.
Problemtisch ist, dass dieses System nur bei vergleichsweise geringen Drehzahlen und/oder vergleichsweise hochviskosem Öl anwendbar ist. Bei hohen Drehzahlen und/oder dünnflüssigem Öl ist eher ein Abschleudern des Öls aus den Verzahnungen als sein effizienter Transport zu den höhergelegenen Kaskadenstufen zu erwarten. Außerdem ist kein Öltransport zu Bereichen, die auf Höhe der Eingangswelle oder darüber liegen, möglich.
Eine solcher Bedarf besteht jedoch in teilweise oder vollständig elektrifizierten Kraftfahrzeugen. Hier verbinden sich hohe Drehzahlen mit modernen, dünnflüssigen Ölen und die Eingangswelle wird von der Rotorwelle einer elektrischen Maschine gebildet, die häufig hohl ausgebildet ist und insbesondere zu Kühlungszwecken in ihrem Inneren mit Öl beschickt werden muss. Bei derartigen Konstellationen verlässt man sich daher, wie beispielsweise aus der EP 2 602 515 A1 bekannt, auf das althergebrachte Konzept der Ölpumpe, die Öl aus dem Ölsumpf abzieht und über ein Netz von Ölkanälen an die schmierungs- und kühlbedürftigen Positionen, insbesondere auch in das Innere der hohlen Rotorwelle, verteilt. Das Vorsehen einer zusätzlichen Ölpumpe ist jedoch technisch aufwändig, bauraum- und kostenintensiv und geeignet, den Wirkungsgrad des gesamten Antriebsstranges nachteilig zu reduzieren.
Aus der DE 10 2019 206 283 A1 ist ein flachbauendes Getriebe bekannt, bei dem ein in einem Ölsumpf plantschendes Förderrad in einem Gehäuse dreht, dessen Wandung über weite Bereiche des Radumfangs dicht benachbart zu diesem verläuft, sodass beim Transport aus der Verzahnung austretendes Öl nicht abgeschleudert werden kann, sondern von der Gehäusewand aufgefangen und von nachgefördertem Öl weiter nach oben gedrückt wird, um so zu einer höher gelegenen Verbrauchsstelle gepumpt wird. Der dabei entstehende Ölstau wirkt sich jedoch negativ auf den Wirkungsgrad des Getriebes aus.
Aus der US 3,529,698 A ist ein ähnliches, ebenfalls flachbauendes Getriebes bekannt, welches im oberen Bereich des Förderrades einen Ölbehälter mit einer Ölabstreifkante aufweist, die oberhalb und entgegen der Drehrichtung des Förderrades seitlich von dessen Welle angeordnet ist und mit der Verzahnung des Förderrades wechselwirkt, wobei diese Ölabstreifkante in einen dachartigen Bogen übergeht, der eine ihrer förderradabgewandten Seite benachbart angeordnete Kante einer Seitenwand des Ölbehälters überwölbt. Das von der Verzahnung des Förderrades nach oben getragene Öl wird also abgestreift und zu einer Art „Looping“ über die Kante des Ölbehälters gezwungen, sodass es im Ölbehälter gesammelt werden kann.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein effizienteres Ölfördersystem für hochbauende Getriebe, insbesondere in voll- oder teilelektrifizierten Kraftfahrzeugen zur Verfügung zu stellen.
Diese Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 dadurch gelöst, dass die untere Ölwanne über einen schräg ansteigenden, von einem Kanalboden, einem Kanaldach und seitlichen Kanalwänden umschlossenen und eine untere stirnseitige Eingangsöffnung und eine obere stirnseitige Ausgangsöffnung aufweisenden Ölförderkanal mit dem oberen Ölreservoir verbunden ist, wobei wenigstens ein Teil desjenigen Bereichs der Verzahnung des Förderrades, der unterhalb von dessen Drehachse und in Drehrichtung seitlich versetzt dazu angeordnet ist, in die Eingangsöffnung des Ölförderkanals hineinragt.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
Der Fachmann wird verstehen, dass sich Begriffe wie „oben“, „unten“, „über“, „unter“, „oberhalb“, „unterhalb“, „höher“, „tiefer“ etc. auf die vertikale Relativlage der entsprechend bezeichneten Elemente im Montageend- bzw. Einbauzustand einer entsprechenden Getriebeanordnung beziehen. Ein zusätzlicher horizontaler Versatz der Elemente zueinander ist dabei unschädlich, sollte jedoch betragsmäßig geringer ausfallen als der jeweils angesprochene Vertikalversatz.
Das im Rahmen der Erfindung primär angewandte Förderprinzip ist dasjenige des Schleuderns von Öl auf ein nächstes Höhenniveau. Ein reines Tragen des Öls mittels einer Radverzahnung ist höchstens von untergeordneter Bedeutung. Wesentlich ist der Gedanke, die Schleuderrichtung des Öls unmittelbar oberhalb des Ölbades, in welchen das Förderrad eintaucht, beizubehalten. Beim Auftauchen eines Förderradzahns aus dem in der unteren Ölwanne vorgehaltenen Öl trägt dieser eine maximale Ölladung. Diese wird im weiteren Verlauf der Rotation abgeschleudert, wobei sich die Schleudermenge in Umfangsrichtung kontinuierlich verringert. Dies bedeutet, dass unmittelbar nach dem Auftauchen aus dem Ölpegel die größtmögliche Menge von Öl abgeschleudert wird. Dies erfolgt in Richtung der Förderrad-Tangente am Schnittpunkt mit dem Ölpegel, ist also nach schräg oben außen gerichtet. Diese Richtung, die die Flugbahn des Öls vorgibt, ist erfindungsgemäß von einem entsprechend ausgerichteten Ölförderkanal umhaust. Dieser Kanal wird von dem geförderten Öl quasi durchflogen. Lediglich Randbereiche des Schleuderstrahls berühren die Kanalwandungen und laufen an diesen ab, worauf weiter unten noch näher eingegangen wird. Der Hauptteil des Ölförderstrahls hingegen durchläuft den Kanal weitgehend ohne Wandkontakte und gelangt so durch die Ausgangsöffnung des Ölförderkanals in das Ölreservoir. Durch Nutzung dieses Quasi-Freistrahls wird nichts von der dem Öl mitgegebenen kinetischen Energie durch Umlenkung und/oder Abbremsung verschwendet, was dem Gesamtwirkungsgrad der Getriebeanordnung zugutekommt.
Trotz des oben idealisiert beschriebenen Freistrahl-Verhaltens ist die erfindungsgemäß vorgesehene Umhausung durch den Ölförderkanal von Bedeutung. So können Ölanteile, die nur geringfügig vom Zentralbereich des Ölförderstrahls abweichen, an den Kanalwänden eine geringfügige Umlenkung und Rückführung in den Zentralbereich erfahren, sodass sie, beschleunigt von dem nachkommenden Öl, letztendlich doch das obere Ölreservoir erreichen können.
Insbesondere im Eingangsbereich des Ölförderkanals kann eine Fokussierung des Ölförderstrahls erfolgen. Hierzu kann bevorzugt vorgesehen sein, dass die kanaldachseitige Oberkante der Eingangsöffnung als eine Ölabstreifkante mit der Verzahnung des Förderrades wechselwirkt. Dies bedeutet, dass einiges von dem Öl, welches ohne besagte Ölabstreifkante erst zu einem späteren Zeitpunkt vom Förderrad abgeschleudert würde, bereits im Eingangsbereich des Ölförderkanals die Verzahnung des Förderrades verlässt und in den Ölförderstrahl eingegliedert wird. Es ergibt sich also ein volumenstromstarker Ölförderstrom bzw. -strahl durch den Ölförderkanal, der letzteren weitgehend reibungslos bis zum oberen Ölreservoir passiert.
Allerdings ist es kaum möglich, das gesamte in den Ölförderkanal hineingeschleuderte Öl im Förderstrahl zu fokussieren oder in diesen zurückzulenken. Gewisse Ölanteile werden kaum vermeidbar an den Kanalwandungen so weit abgebremst werden, dass sie das obere Ölreservoir nicht werden erreichen können. Diese Anteile fließen an den Kanalwandungen ab, was die Gefahr eines Ölstaus im Ölförderkanal birgt, durch den eine weitere, hauptsächlich freistrahlgetragene Ölförderung in das obere Ölreservoir beeinträchtigt werden könnte. Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist daher vorgesehen, dass der Kanalboden in seinem von den stirnseitigen Öffnungen beabstandeten Zentralbereich mit einer Ableitöffnung versehen ist, durch welche Öl aus dem Ölförderkanal ableitbar ist. Dies bedeutet mit anderen Worten, dass Öl, welches zu langsam ist, um das obere Ölreservoir zu erreichen, und daher an den Kanalwandungen, insbesondere über den Kanalboden wieder nach unten abläuft, durch besagte Ableitöffnung aus dem Ölförderkanal entfernt wird, sodass jeglicher Rückstau im Ölförderkanal vermieden wird.
Das erfindungsgemäße Ölförderprinzip ist unabhängig von der Anzahl der Kaskadenstufen anwendbar, über welche Öl innerhalb einer Getriebeanordnung nach oben transportiert werden muss. Besonders günstig wirken sich seine Vorteile jedoch bei mehrstufigen Ölfördersystemen aus. So ist bevorzugt vorgesehen, dass das Förderrad auf einer unterhalb einer Eingangswelle angeordneten Zwischenwelle fixiert ist und mit einem auf der Eingangswelle fixierten, stirnverzahnten Eingangsrad kämmt. Dies bedeutet, dass das Förderrad zumindest nicht an der untersten Getriebewelle angeordnet ist. Vielmehr ist günstiger Weise vorgesehen, dass die Zwischenwelle vertikal zwischen der oberhalb positionierten Eingangswelle und einer unterhalb positionierten Ausgangswelle angeordnet ist und das Förderrad, das einerseits mit dem Eingangsrad kämmt, andererseits mit einem auf der Ausgangswelle fixierten, stirnverzahnten Ausgangsrad kämmt. Mit anderen Worten wird eine besonders günstige Anwendung der vorliegenden Erfindung in einem hochbauenden, (mindestens) dreiwelligen Getriebe gesehen, wie es insbesondere in voll- oder teilelektrifizierten Kraftfahrzeugantrieben häufig Verwendung findest. Bei solchen Getrieben ist insbesondere die Eingangswelle zugleich eine Rotorwelle einer elektrischen Maschine und ist hohl sowie mit einer eingangsradseitigen, offenen Stirnseite versehen ausgebildet. Ein Ziel der Ölförderung kann es dann insbesondere sein, Öl durch besagte offene Stirnseite der Rotorwelle/Eingangswelle in deren hohlen Innenraum hinein zu fördern. Aufgrund der mit elektrischen Maschinen erreichbaren, hohen Drehzahlen, die mittels der Getriebeanordnung auf deutlich niedrigere Drehzahlen des Ausgangsrades, welches üblicherweise über ein Differenzial die Achsflanschwellen antreibt, zu übersetzen sind, ist es besonders günstig, wenn das Förderrad ausgebildet ist als ein Stufenrad mit einer größeren Stufe, die mit dem Eingangsrad kämmt und einer kleineren Stufe, die mit dem Ausgangsrad kämmt. Dabei ist es vorzugsweise die größere Stufe, deren Verzahnung zur Förderung des Öls in den erfindungsgemäßen Ölförderkanal genutzt wird.
Wie eingangs beschrieben, dient der erfindungsgemäße Ölförderkanal der Förderung von Öl aus der unteren Ölwanne in ein oberes Ölreservoir. Letzteres kann, wie aus dem Stand der Technik grundsätzlich bekannt, als Ölverteiler für verschiedene schmier- und kühlbedürftige Bereiche des Antriebsstrangs dienen. Der Stand der Technik sieht allerdings lediglich eine Verteilung von Öl nach unten, d. h. zu Positionen vor, die tiefer als das obere Ölreservoir angeordnet sind. Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist jedoch vorgesehen, dass ein erster Ausgang des oberen Ölreservoirs an der Verzahnung des Eingangsrades mündet, sodass Öl aus dem oberen Ölreservoir dorthin ableitbar und durch Rotation des Eingangsrades in einen oberhalb des Eingangsrades gelegenen Bereich der Getriebeanordnung schleuderbar ist. Auf diese Weise können auch oberhalb des oberen Ölreservoirs gelegene Bereiche mit Öl versorgt werden. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass in dem oberhalb des Eingangsrades gelegenen und in der vorgenannten Weise mit Öl versorgten Bereich der Getriebeanordnung Stromschienen zur elektrischen Kontaktierung der elektrischen Maschine angeordnet sind. Solche Stromschienen werden aufgrund der hohen, durch sie hindurch geleiteten Stromstärken durch die unvermeidliche Verlustleistung teils sehr heiß und bedürfen der Kühlung. Der mittels der Verzahnung des Eingangsrades in den Bereich oberhalb davon geschleuderte Ölnebel ist besonders gut geeignet, eine solche Kühlung zu realisieren. Durch das unspezifische Hochschleudern des Öl verteilt sich dieses im oberen Bereich der Getriebeanordnung und benetzt alle dort befindlichen Bereiche der Stromschienen. Dabei nimmt das Öl Wärme von den Stromschienen ab und führt mittels sich an den Stromschienen sammelnder Tropfen ab, wobei es über geeignete Ölleitpfade wieder in einen - möglicherweise mit einem Ölkühler verbundenen - Ölsumpf abgeleitet werden kann.
Ein zweiter Ausgang des oberen Ölreservoirs mündet bevorzugt an der offenen Stirnseite der Rotorwelle, sodass Öl aus dem oberen Ölreservoir in die hohle Rotorwelle leitbar ist. Dadurch wird die eingangs bereits erwähnte Innenkühlung der Rotorwelle realisiert.
Grundsätzlich ist es möglich, das obere Ölreservoir vergleichsweise einfach, beispielsweise als eine Wanne mit einem oder - bevorzugt - mehreren Ausgängen auszugestalten. Besonders bevorzugt hat das obere Ölreservoir jedoch eine komplexere Struktur. So ist günstiger Weise vorgesehen, dass das obere Ölreservoir als eine Mehrzahl von Ölbehältern ausgebildet ist, deren Eingänge zueinander höhenversetzt in die Ausgangsöffnung des Ölförderkanals ragen. Durch die Höhenversetzung der Ölreservoir-Eingänge in der Ausgangsöffnung des Ölförderkanals ergibt sich eine schwerkraftbedingte Hierarchie zwischen den einzelnen Ölbehältern des Ölreservoirs. Insbesondere wird derjenige, nachfolgend als oberer Ölbehälter bezeichnete Ölbehälter, dessen Eingang in der Ausgangsöffnung des Ölförderkanals höher positioniert ist, bei besonders hohen Drehzahlen, wenn dem Öl im Ölförderkanal eine besonders hohe kinetische Energie mitgegeben wird, verstärkt beschickt. Im Gegensatz dazu wird bei niedrigeren Drehzahlen derjenige, nachfolgend als unterer Ölbehälter bezeichnete Ölbehälter verstärkt mit Öl beschickt, dessen Eingang in der Ausgangsöffnung des Ölförderkanals tiefer positioniert ist. Speziell im Zusammenhang mit der oben beschriebenen Verteilung des Öls aus dem oberen Ölreservoir über (mindestens) zwei Ausgänge kann dies in besonders vorteilhafter Weise ausgenutzt werden, indem vorgesehen ist, dass der erste und der zweite Ausgang des oberen Ölreservoirs Ausgänge zweier unterschiedlicher Ölbehälter sind, wobei der Eingang des den ersten Ausgang umfassenden, oberen Ölbehälters, oberhalb des Eingangs des den zweiten Ausgang umfassenden, unteren Ölbehälters in die Ausgangsöffnung des Ölförderkanals ragt. Mit anderen Worten ist also dem oberen Ölbehälter, der besonders bei hohen Drehzahlen mit Öl beschickt wird, der erste Ausgang des Ölreservoirs zugeordnet, welcher an der Verzahnung des Eingangsrades mündet und damit der Kühlung der Stromschienen dient. Gerade bei hohen Drehzahlen fließen über diese Stromschienen hohe Ströme, sodass eine hohe Verlustleistung anfällt, die einen entsprechend hohen Kühlbedarf mit sich bringt. Und durch die beschriebene, bevorzugte Ausgestaltung wird gerade in solchen Situationen eine besonders starke Versorgung mit dem erforderlichen Kühlöl zur Verfügung gestellt. Andererseits kann davon ausgegangen werden, dass der untere Ölbehälter, dessen Eingang tieferliegend in die Ausgangsöffnung des Ölförderkanals ragt, bei jeder Drehzahl, insbesondere aber auch bei besonders niedrigen Drehzahlen mit einer hinreichenden Ölmenge versorgt wird. Dieser untere Ölbehälter ist bei der hier beschriebenen, besonders bevorzugten Ausführungsform, über seinen (den oben „zweiten“ genannten) Ausgang mit dem Eingang der hohlen Rotorwelle verbunden, sodass deren Kühlung in jedem Drehzahlbereich sichergestellt ist.
Bei einer besonders bevorzugten Weiterbildung dieses Ansatzes ist sogar noch eine Kooperation beider Ausgänge des Ölreservoirs, d. h. der Ausgänge der Ölbehälter, vorgesehen. Eine entsprechende Ausgestaltung der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass der dem oberen Ölbehälter zugeordnete, erste Ausgang als ein Kanal ausgebildet ist, der oberhalb der Mündungsstelle des dem unteren Ölbehälter zugeordneten, zweiten Ausgangs verläuft und im Bereich der offenen Stirnseite der Rotorwelle einen zusätzlichen Auslass aufweist. Auf diese Weise wird die besonders kritische Innenkühlung der Rotorwelle in jeder denkbaren Fahrsituation sichergestellt. Einerseits wird sie, wie zuvor geschildert, über den unteren Ölbehälter und dessen, ersten Ausgang mit Öl versorgt. Zugleich fließt ihr auch Öl aus dem oberen Ölbehälter zu und zwar über dessen zusätzlichen Auslass. Ist allerdings die Versorgung aus dem unteren Ölbehälter bereits ausreichend, sodass sich am Eingang der Rotorwelle ein Ölstau bildet, wird das Öl aus dem oberen Ölbehälter an dessen zusätzlichem Auslass vorbei zur Verzahnung des Eingangsrades und damit zu den Stromschienen gelenkt.
Sämtliche vorgenannten Merkmale betreffen im Wesentlichen den oberen Bereich der erfindungsgemäßen Getriebeanordnung, insbesondere oberhalb der unteren Ölwanne, in welcher das Förderrad, insbesondere das Zwischenrad, plantscht. In der Tat ist es für die vorliegende Erfindung auch nur von untergeordneter Bedeutung, wie das Öl in besagte untere Ölwanne gelangt. Bei der bevorzugten Ausgestaltung eines hochbauenden, dreiwelligen Getriebes ist es jedoch besonders vorteilhaft, wenn dessen Ausgangsrad, d.h. das vertikal am tiefsten angeordnete Rad, mit seinem unteren Verzahnungsbereich in einem Ölsumpf plantscht, sodass durch seine Rotation Öl aus dem Ölsumpf in die untere Ölwanne förderbar ist. Dabei kann auf aus dem Stand der Technik bekannte Fördermechanismen zurückgegriffen werden. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die untere Ölwanne eine Ölabstreifkante aufweist, die oberhalb und entgegen der Drehrichtung seitlich der Ausgangswelle angeordnet ist und mit der Verzahnung des Ausgangsrades wechselwirkt, wobei die Ölabstreifkante in einen dachartigen Bogen übergeht, der eine ihrer ausgangsradabgewandten Seite benachbart angeordnete Kante einer Seitenwand der unteren Ölwanne überwölbt. Das Öl wird somit aus dem Ölsumpf über den eingangs bereits im Kontext des Standes der Technik erwähnten „Looping“ in die Ölwanne gefördert.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden, speziellen Beschreibung und den Zeichnungen.
Es zeigen:

1 eine perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen Getriebeanordnung,
2 die Getriebeanordnung von 1, im unteren Teil geschnitten entlang einer ersten Schnittebene,
3 die Getriebeanordnung von 1, geschnitten entlang einer zweiten Schnittebene,
4 die Getriebeanordnung von 1, im oberen Teil geschnitten entlang der ersten Schnittebene,
5 eine erste perspektivische Darstellung des Ölverteil-Behältersystems der Getriebeanordnung von 1
6 eine zweite perspektivische Darstellung des Ölverteil-Behältersystems der Getriebeanordnung von 1,
7 eine dritte perspektivische Darstellung des Ölverteil-Behältersystems der Getriebeanordnung von 1 und
8 eine vierte perspektivische Darstellung des Ölverteil-Behältersystems der Getriebeanordnung von 1

Gleiche Bezugszeichen in den Figuren deuten auf gleiche oder analoge Elemente hin.
Die 1 bis 4, die nachfolgend gemeinsam diskutiert werden sollen, zeigen in unterschiedlich geschnittenen Darstellungen eine erfindungsgemäße Getriebeanordnung 10.
Die Getriebeanordnung 10 umfasst ein Getriebegehäuse 11, in welchem ein hochbauendes Getriebe aus drei vertikal übereinander angeordneten Wellen mit darauf fixierten, miteinander kämmenden, stirnverzahnten Rädern angeordnet ist. Insbesondere die 1, 2 und 4 lassen die Übersetzungsaspekte der Getriebeanordnung 10 deutlich erkennen. Als oberste Welle ist eine Eingangswelle 12 vorgesehen, bei welcher es sich zugleich um die Rotorwelle 14 einer nicht im Detail dargestellten elektrischen Maschine handelt. Auf der Eingangswelle 12 ist ein schrägverzahntes Stirnrad als Eingangsrad 16 fixiert. Das Eingangsrad 16 kämmt mit der größeren Stufe 181 eines auf einer Zwischenwelle 20 fixierten, als Stufenrad ausgebildeten Zwischenrades 18. Das Zwischenrad 18 umfasst auch eine zweite, kleinere Stufe 182, die ebenso wie die größere Stufe 181 eine schräge Stirnverzahnung aufweist. Die kleinere Stufe 182 des Zwischenrades 18 kämmt mit einem Ausgangsrad 22, welches auf einer unterhalb der Zwischenwelle 20 gelagerten Ausgangswelle 24 fixiert ist und eine zu der kleineren Stufe 182 des Zwischenrades 18 korrespondierende Stirnverzahnung aufweist. Die Ausgangswelle 24 ist in nicht im Detail dargestellter Weise über ein Differenzial mit den Achsflanschwellen eines Kraftfahrzeuges, in welches die Getriebeanordnung 10 einbaubar ist, verbindbar.
Im Betriebszustand wird ein von der elektrischen Maschine (in der dargestellten Ansicht im Gegenuhrzeigersinn) erzeugtes Drehmoment mittels des Getriebes vom der Eingangswelle 12 zur Ausgangswelle 24 hin ins Langsame übersetzt.
Das Ausgangsrad 22 plantscht dabei in einem Ölsumpf, dessen Pegel bevorzugt unterhalb der Ausgangswelle 24 liegt. Dabei wird mittels der Verzahnung des Ausgangsrades 22 Öl aus dem Ölsumpf nach oben getragen. Ein eng benachbart zur Außenverzahnung des Ausgangsrades liegendes Ölleitblech 26 sorgt in grundsätzlich bekannter Weise für eine kontinuierliche Ölförderung nach oben. Wie insbesondere im geschnittenen Bereich von 2 ersichtlich, geht das Ölleitblech 26 in eine Seitenwand 28 einer unteren Ölwanne 30 über. Ausgangsradseitig benachbart zu dieser Seitenwand 28 ist eine Ölabstreifkante 32 angeordnet, die mit der öltragenden Verzahnung des Ausgangsrades 22 wechselwirkt und einen äußeren Ölfilm von dieser abträgt. Die Ölabstreifkante 32 geht in einen dachartigen Bogen 34 über, der die Oberkante der Seitenwand 28 überwölbt. Die Bewegung des abgestreiften Öls wird hierdurch in einem „Looping“ umgelenkt, sodass das aus dem Ölsumpf geförderte Öl in der unteren Ölwanne 30 gesammelt werden kann. Die untere Ölwanne 30 weist einen in den 1, 2 und 4 weitgehend verdeckten, in 3 aber gut erkennbaren, offenen Bereich 301 auf, in welchem sich das geförderte Öl sammelt und in dem die größere Stufe 181 des Zwischenrades 18 plantscht. In den 1 bis 4 nicht sichtbar ist ein Auslassstutzen 302 des offenen Bereichs 301 der unteren Ölwanne 30, über welchen Öl zu internen kühl- und schmierungsbedürftigen Bereichen, beispielsweise Lagern, abgeleitet werden kann. Hierauf soll weiter unten im Kontext der 5 bis 8 noch näher eingegangen werden.
Die in der unteren Ölwanne 30 planschende, größere Stufe 181 des Zwischenrades 18 wirkt als Förderrad 36 für die nächste Kaskadenstufe. Dieses unmittelbar mit dem Eingangsrad 12 kämmende Förderrad 36 dreht deutlich schneller als das Ausgangsrad 22, sodass Öl aus der unteren Ölwanne 30 durch das Förderrad 36 nach schräg oben geschleudert wird, wie dies insbesondere in 3 gut erkennbar ist. Der Flugweg dieses Schleuderöls ist von einem Ölförderkanal 38 eingehaust, den das geförderte Öl praktisch von seiner unteren stirnseitigen Eingangsöffnung 381 bis zur oberen stirnseitigen Ausgangsöffnung 382 weitgehend ohne Berührung der Kanalwandungen durchfliegt. Damit Ölanteile, die aufgrund eines „falschen“ Flugwinkels und/oder unzureichender kinetischer Energie an den Kanalwandungen abgebremst werden und zurückfließen, im Ölförderkanal 38 keinen Ölstau verursachen, ist im Kanalboden 383 des Ölförderkanals 38 eine Ableitöffnung 384 vorgesehen, durch welche hindurch diese Ölanteile abgeleitet und in den Ölsumpf zurückgeführt werden können. Am oberen Ende des Ölförderkanals 38 befindet sich ein oberes Ölreservoir 40, in welchen das Öl auf die beschriebene Weise aus der unteren Ölwanne 30 gefördert wird. Bei der dargestellten Ausführungsform weist das obere Ölreservoir 40 zwei übereinander angeordnete Eingänge 401, 402 auf, die in die obere stirnseitige Ausgangsöffnung 382 des Ölförderkanals 38 hineinragen. Die Eingänge 401, 402 weisen insbesondere jeweils eine abgerundete Kante auf, über welche das geförderte Öl geworfen und dadurch an einem Rückfließen gehindert wird.
Die beiden Eingänge 401, 402 sind unterschiedlichen Ölbehältern 41, 42 zugeordnet. Insbesondere ist der innerhalb der oberen stirnseitigen Ausgangsöffnung 382 des Ölförderkanals 38 höher angeordnete Eingang 401 einem oberen Ölbehälter 41 zugeordnet, während der in der oberen stirnseitigen Ausgangsöffnung 382 des Ölförderkanals 38 tiefer angeordnete Eingang 402 einem unteren Ölbehälter 42 zugeordnet ist. Wie insbesondere in 4 gut erkennbar, weist der obere Ölbehälter 41 einen ersten Ausgang 411 auf, der an der Verzahnung des Eingangsrades 16 mündet und diese entsprechend mit Öl beschickt. Aufgrund der sehr schnellen Drehung des Eingangsrades 16 wird dieses Öl in den oberen Bereich 111 des Getriebegehäuses 11 geschleudert, wo sich nicht im Detail dargestellte Stromschienen der elektrischen Maschine befinden. Diese erfahren durch die Besprühung mit Öl eine Kühlung.
Der untere Ölbehälter 42 hingegen weist einen zweiten Ausgang auf, der in die offene Stirnseite der hohlen Eingangswelle/Rotorwelle 12/14 mündet und deren Innenraum entsprechend mit Öl beschickt. Man beachte, dass bei der dargestellten, besonders bevorzugten Ausführungsform eine Grenzwand zwischen den beiden Ölbehältern 41, 42 etwa mittig der stirnseitigen Öffnung der Rotorwelle 14 verläuft. In diesem Bereich weist auch der obere Ölbehälter 41 einen zusätzlichen Auslass 412 auf, sodass die Rotorwelle 14 von Öl sowohl aus dem unteren Ölbehälter 42 als auch aus dem oberen Ölbehälter 41 beschickt wird. Letzteres jedoch nur, solange die Beschickung aus dem unteren Ölbehälter 42 nicht so stark ist, dass sich hier ein Ölstau bildet. In diesem Fall wird das Öl des oberen Ölbehälters 41 nämlich an der Öffnung der Rotorwelle 14 vorbei zum ersten Ausgang 411, d. h. zur Verzahnung des Eingangsrades 16 geleitet, wie zuvor bereits beschrieben.
Die 5 bis 8 zeigen eine besonders bevorzugte Ausführungsform eines Ölverteil-Behältersystems 50, wie es in der Getriebeanordnung der 1 bis 4 Einsatz findet. Es handelt sich bevorzugt um ein einstückiges oder aus wenigen Einzelteilen zusammengesetztes Kunststoff-Bauteil, das in den 5 bis 8 in unterschiedlichen perspektivischen Darstellungen gezeigt ist. In seinem unteren Teil umfasst es eine Einfassung 44, die zusammen mit dem oberen bereits beschriebenen Ölleitblech 26 eine offene, bereichsweise Einhausung des Ausgangsrades 22 bildet und ein seitliches Abfließen von Öl aus der Verzahnung des Ausgangsrades 22 verhindert. Dadurch wird die Ölförderung in die untere Ölwanne 30 besonders effizient gestaltet. Auch diese untere Ölwanne 30 ist Bestandteil des in den 5 bis 8 gezeigten Ölverteil-Behältersystems. Insbesondere in den 7 und 8 ist ihr offener Bereich 301, in welchem das Förderrad 36 (bzw. die größere Stufe 181 des Zwischenrades 18) plantscht, gut sichtbar. In diesen Figuren ist auch der zuvor bereits erwähnte Auslassstutzen 302 erkennbar, über welchen Öl aus der unteren Ölwanne 30 in nicht im Detail dargestellter Weise an weitere kühl- bzw. schmierbedürftige Positionen geleitet werden kann.
Auch der Ölleitkanal 38 ist Bestandteil des in den 5 bis 8 dargestellten, komplexen Ölverteil-Behältersystems. Gleiches gilt für das aus den beiden Ölbehältern 41, 42 bestehende obere Ölreservoir 40, wobei dessen Unterteilung in die beiden Ölbehälter 41, 42 lediglich in den 7 und 8 einigermaßen erkennbar ist - nämlich durch den dem ersten Ölbehälter 41 zugeordneten, ersten Ausgang 411, über welchen die Verzahnung des Eingangsrades 16 mit Öl beschickt wird, sowie den Ausgangsstutzen 46, der den dem zweiten Ölbehälter 42 zugeordneten, zweiten Ausgang 421, über welchen die Rotorwelle 14 mit Öl beschickt wird, und den zusätzlichen Auslass 412 des ersten Ölbehälters 41 zeigt, über den die oben beschriebene, zusätzliche Ölbeschickung der Rotorwelle 14 erfolgt.
Natürlich stellen die in der speziellen Beschreibung diskutierten und in den Figuren gezeigten Ausführungsformen nur illustrative Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung dar. Dem Fachmann ist im Lichte der hiesigen Offenbarung ein breites Spektrum an Variationsmöglichkeiten an die Hand gegeben. Insbesondere ist denkbar, dass das erfindungsgemäße Ölfördersystem bei Getriebeanordnung mit mehr oder weniger als drei Wellen Einsatz findet. Auch ist die Ausgestaltung der zentralen Bestandteile des Ölverteil-Behältersystems als ein einheitliches Bauteil aus Kunststoff zwar vorteilhaft, jedoch keinesfalls zwingend. Auch metallische Ausgestaltungen und Ausgestaltungen der einzelnen Komponenten jeweils als Einzelteile sind denkbar.
Bezugszeichenliste

10: Getriebeanordnung
11: Getriebegehäuse
12: Eingangswelle
14: Rotorwelle
16: Eingangsrad
18: Zwischenrad
181: größere Stufe von 18
182: kleinere Stufe von 18
20: Zwischenwelle
22: Ausgangsrad
24: Ausgangswelle
26: Ölleitblech
28: Seitenwand von 30
30: untere Ölwanne
301: offener Bereich von 30
302: Auslassstutzen
32: Ölabstreifkante
34: dachartiger Bogen
36: Förderrad
38: Ölförderkanal
381: untere stirnseitige Eingangsöffnung von 38
382: obere stirnseitige Ausgangsöffnung von 38
383: Kanalboden
384: Ableitöffnung
40: oberes Ölreservoir
401: erster, oberer Eingang von 40
402: zweiter, unterer Eingang von 40
41: oberer Ölbehälter
411: erster Ausgang
412: zusätzlicher Auslass
42: unterer Ölbehälter
421: zweiter Ausgang
44: Einfassung
46: Ausgangsstutzen
50: Ölverteil-Behältersystems

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 4132780 A1 [0002]
EP 2602515 A1 [0005]
DE 102019206283 A1 [0006]
US 3529698 A [0007]

Claims

Getriebeanordnung (10) für ein Kraftfahrzeug, umfassend - ein bei Betrieb in einer Drehrichtung um eine Drehachse rotierendes, stirnverzahntes Förderrad (36), welches mit einem unteren Verzahnungsbereich in einer unteren Ölwanne (30) plantscht, - ein oberhalb der Drehachse des Förderrades (36) angeordnetes, oberes Ölreservoir (40), in welches hinein durch Rotation des Förderrades (36) Öl aus der unteren Ölwanne (30) förderbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die untere Ölwanne (30) über einen schräg ansteigenden, von einem Kanalboden (383), einem Kanaldach und seitlichen Kanalwänden umschlossenen und eine untere stirnseitige Eingangsöffnung (381) und eine obere stirnseitige Ausgangsöffnung (382) aufweisenden Ölförderkanal (38) mit dem oberen Ölreservoir (40) verbunden ist, wobei wenigstens ein Teil desjenigen Bereichs der Verzahnung des Förderrades (36), der unterhalb von dessen Drehachse und in Drehrichtung seitlich versetzt dazu angeordnet ist, in die untere stirnseitigen Eingangsöffnung (381) des Ölförderkanals (38) hineinragt.
Getriebeanordnung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die kanaldachseitige Oberkante der untere stirnseitige Eingangsöffnung (381) als eine Ölabstreifkante mit der Verzahnung des Förderrades (36) wechselwirkt.
Getriebeanordnung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanalboden (383) in seinem von der unteren stirnseitigen Eingangsöffnung (381) und der oberen stirnseitigen Ausgangsöffnung (382) beabstandeten Zentralbereich mit einer Ableitöffnung (384) versehen ist, durch welche Öl aus dem Ölförderkanal (38) ableitbar ist.
Getriebeanordnung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Förderrad (36) auf einer unterhalb einer Eingangswelle (12) angeordneten Zwischenwelle (20) fixiert ist und mit einem auf der Eingangswelle (12) fixierten, stirnverzahnten Eingangsrad (16) kämmt.
Getriebeanordnung (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenwelle (20) vertikal zwischen der oberhalb positionierten Eingangswelle (16) und einer unterhalb positionierten Ausgangswelle (24) angeordnet ist und das Förderrad (36), das einerseits mit dem Eingangsrad (12) kämmt, andererseits mit einem auf der Ausgangswelle (24) fixierten, stirnverzahnten Ausgangsrad (22) kämmt.
Getriebeanordnung (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Förderrad (36) ausgebildet ist als ein Stufenrad mit einer größeren Stufe (181), die mit dem Eingangsrad (12) kämmt, und einer kleineren Stufe (182), die mit dem Ausgangsrad (22) kämmt.
Getriebeanordnung (10) nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingangswelle (12) zugleich eine Rotorwelle (14) einer elektrischen Maschine ist und hohl sowie mit einer eingangsradseitigen, offenen Stirnseite versehen ausgebildet ist.
Getriebeanordnung (10) nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Ausgang (411) des oberen Ölreservoirs (40) an der Verzahnung des Eingangsrades (16) mündet, sodass Öl aus dem oberen Ölreservoir (40) dorthin ableitbar und durch Rotation des Eingangsrades (16) in einen oberhalb des Eingangsrades (16) gelegenen Bereich (111) der Getriebeanordnung (10) schleuderbar ist.
Getriebeanordnung (10) nach den Ansprüchen 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass in dem oberhalb des Eingangsrades (16) gelegenen Bereich (111) der Getriebeanordnung (10) Stromschienen zur elektrischen Kontaktierung der elektrischen Maschine angeordnet sind.
Getriebeanordnung (10) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Ausgang (421) des oberen Ölreservoirs (40) an der offenen Stirnseite der Rotorwelle (14) mündet, sodass Öl aus dem oberen Ölreservoir (40) in die hohle Rotorwelle (14) ableitbar ist.
Getriebeanordnung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das obere Ölreservoir (40) als eine Mehrzahl von Ölbehältern (41, 42) ausgebildet ist, deren Eingänge (401, 402) zueinander höhenversetzt in die obere stirnseitige Ausgangsöffnung (382) des Ölförderkanals (38) ragen.
Getriebeanordnung (10) nach Anspruch 11, soweit rückbezogen auf Anspruch 10 und einen der Ansprüche 8 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Ausgang (411, 421) des oberen Ölreservoirs (40) Ausgänge zweier unterschiedlicher Ölbehälter (41, 42) sind, wobei der Eingang (401) des den ersten Ausgang (411) umfassenden, oberen Ölbehälters (41), oberhalb des Eingangs (402) des den zweiten Ausgang (421) umfassenden, unteren Ölbehälters (42) in die obere stirnseitige Ausgangsöffnung (382) des Ölförderkanals (38) ragt.
Getriebeanordnung (10) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der dem oberen Ölbehälter (41) zugeordnete, erste Ausgang (411) als ein Kanal ausgebildet ist, der oberhalb der Mündungsstelle des dem unteren Ölbehälter (42) zugeordneten, zweiten Ausgangs (421) verläuft und im Bereich der offenen Stirnseite der Rotorwelle (14) einen zusätzlichen Auslass (412) aufweist.
Getriebeanordnung (10) nach einem der Ansprüche 5 bis 10 oder einem der Ansprüche 11 bis 13, soweit rückbezogen auf Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgangsrad (22) mit seinem unteren Verzahnungsbereich in einem Ölsumpf plantscht, sodass durch seine Rotation Öl aus dem Ölsumpf in die untere Ölwanne (30) förderbar ist.
Getriebeanordnung (10) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die untere Ölwanne (30) eine Ölabstreifkante (32) aufweist, die oberhalb und entgegen der Drehrichtung seitlich der Ausgangswelle (24) angeordnet ist und mit der Verzahnung des Ausgangsrades (22) wechselwirkt, wobei die Ölabstreifkante (32) in einen dachartigen Bogen (34) übergeht, der eine ihrer ausgangsradabgewandten Seite benachbart angeordnete Kante einer Seitenwand (28) der unteren Ölwanne (30) überwölbt.