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Die Erfindung betrifft ein elektrisches Antriebssystem für ein Kraftfahrzeug mit einer elektrischen Maschine und einer in axialer Richtung daneben angeordneten Planetenübersetzungsstufe.
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Planetenübersetzungsstufen, welche beispielsweise in einem elektrischen Antriebssystem für ein Kraftfahrzeug zum Einsatz kommen können, sind so weit aus dem Stand der Technik bekannt. Rein beispielhaft kann hier auf die
DE 10 2019 114 139 B3 verwiesen werden, welche ein Kraftfahrzeuggetriebe zur Ankopplung einer elektrischen Maschine an einen Antriebsstrang zeigt. Dabei liegen die Planetenübersetzungsstufe und die elektrische Maschine axial benachbart zueinander. Weitere für elektrische Antriebssysteme geeignete Planetenübersetzungsstufen sind aus der
DE 8535076 U1 , der
CN 1 01 338 812 A , der
JP S63-197 641 U , der
DE 103 23 254 A1 , der
US 2016 / 0 265 652 A1 , und der
US 5 597 370 A bekannt.
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Aus der gattungsgemäßen
DE 10 2014 220 309 A1 ist eine Planetenübersetzungsstufe bekannt, bei der Schmieröl aus einem Ölkanal aus einem Gehäuse zunächst in eine Trägerwelle eines Planetenträgers und von dort in eine axial benachbart und koaxial angeordnete Rotorwelle geleitet wird.
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Die Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung besteht nun darin ein verbessertes elektrisches Antriebssystem mit einer Planetenübersetzungsstufe anzugeben, welches insbesondere im Bereich der Schmierölversorgung optimiert ist.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein elektrisches Antriebssystem für ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen im Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen elektrischen Antriebssystems für ein Kraftfahrzeug ergeben sich aus den hiervon abhängigen Unteransprüchen.
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Das erfindungsgemäße elektrische Antriebssystem für ein Kraftfahrzeug umfasst die elektrische Maschine und eine Planetenübersetzungsstufe mit Sonnenrad, Planetenträgern samt zugehörigen Planetenrädern sowie einem Hohlrad.
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Die Rotorwelle selbst ist dabei drehmomentübertragend mit dem Sonnenrad verbunden oder verbindbar. Die Rotorwelle kann drehfest mit dem Sonnenrad verbunden sein. Zwischen der Rotorwelle und dem Sonnenrad können aber auch eine oder mehrere Getriebeübersetzungsstufen und/oder ein Schaltelement angeordnet sein.
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Der Planetenträger weist eine Trägerwelle auf, die koaxial und benachbart in axialer Richtung zu der Rotorwelle angeordnet ist. Die Trägerwelle des Planetenträgers ist mittels eines ersten Lagers gegenüber einem Gehäuse gelagert, welches eine kreisförmige Öffnung aufweist, durch welche die Trägerwelle geführt ist. Das Gehäuse umfasst einen ersten Ölkanal, welcher in dieser kreisförmigen Öffnung mündet. Die Trägerwelle weist, bezogen auf ihre Drehachse im axialen Bereich der Öffnung eine Drehdurchführung auf, um das durch den ersten Ölkanal zuströmende Schmieröl aufzunehmen. Die Trägerwelle weist außerdem wenigstens eine in axialer Richtung verlaufende erste Bohrung auf, die an ihrem einen Ende mit der Drehdurchführung verbunden ist, sodass das Öl durch diese erste Bohrung strömen kann. Die Rotorwelle weist eine axial verlaufende zweite Bohrung auf, welche insbesondere koaxial zu der Rotorwelle angeordnet ist und in ihrem Inneren verläuft. Man könnte auch sagen, dass die Rotorwelle zumindest in dem der Trägerwelle zugewandten Abschnitt als Hohlwelle ausgeführt ist. Die erste Bohrung in der Trägerwelle und die zweite Bohrung in der Rotorwelle stehen dabei miteinander in Verbindung, sodass Öl, welches über die Drehdurchführung in die erste Bohrung der Trägerwelle gelangt, in die schneller drehende Rotorwelle gelangen kann. Hierdurch lassen sich rotorwellenseitig verbaute drehende Bauteile ideal mit Schmieröl versorgen, und dies bei einem sehr einfachen und kompakten Aufbau.
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Unter koaxial, axial und radial sind dabei die entsprechenden Anordnungen bzw. Richtungen in Bezug auf eine Drehachse der Planetenübersetzungsstufe zu verstehen, welche auch als Hauptdrehachse bezeichnet werden könnte. Um diese Drehachse drehen sich sowohl die elektrische Maschine bzw. ihr Rotor als auch die Elemente der Planetenübersetzungsstufe, also das Sonnenrad, das Hohlrad und der Planetenträger. Sollten sich derartige Angaben auf eine andere Achse beziehen, beispielsweise die Drehachse eines einzelnen Planetenrades, so ist dies jeweils explizit angegeben.
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Erfindungsgemäß ist es dabei vorgesehen, dass die Rotorwelle wenigstens einen zweiten Ölkanal aufweist, der die radial äußere Oberfläche der Rotorwelle mit der zweiten Bohrung verbindet. Durch ihn gelangt Öl aus dem Bereich der zweiten Bohrung, welches vorzugsweise über die Düse oder die gegebenenfalls auch anders gestalte Verbindung zwischen den beiden Bohrungen dort hingelangt ist, in den radial äußeren Bereich der Rotorwelle und kann dort befindliche Lager entsprechend schmieren bzw. wird durch die Rotation der Rotorwelle radial nach außen geschleudert, um die entsprechenden Lager, beispielsweise ein Lager des Rotors, ein zweites Lager des Planetenträgers oder dergleichen, mit Schmieröl zu versorgen.
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Dieser zweite Ölkanal kann dabei insbesondere radial ausgeführt sein, um eine ideale Durchströmung zu gewährleisten, prinzipiell reicht es auch aus, wenn er die entsprechenden Elemente in der genannten Art verbindet, wofür sein Verlauf immer, zumindest abschnittsweise, auch eine radiale Komponente aufweist.
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Ferner ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Planetenräder auf Planetenradbolzen angeordnet sind, wobei an den Planetenradbolzen Ölfangbleche in der Art angeordnet sind, dass Öl, welches von der Rotorwelle kommend radial nach außen geschleudert wird, durch die Ölfangbleche in die als Hohlzylinder ausgebildeten Planetenradbolzen geleitet wird. Schmieröl gelangt auf diese Art einfach und effizient in den Bereich der Planetenradbolzen.
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Vorzugsweise kann es gemäß einer sehr vorteilhaften Weiterbildung des elektrischen Antriebssystems gemäß der Erfindung dabei vorgesehen sein, dass die Verbindung als eine an einer der Rotorwelle zugewandten Stirnseite der Trägerwelle ausgebildete Düse realisiert ist, welche in die zweite Bohrung mündet, und so den ihr zuströmenden Schmierölstrom in die typischerweise schneller drehende Rotorwelle abgibt.
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Axial benachbart zu eben dieser Düse kann gemäß einer sehr vorteilhaften Weiterbildung des elektrischen Antriebssystems gemäß der Erfindung der Bereich mit dem Sonnenrad angeordnet sein, welches, wie oben bereits ausgeführt, drehfest mit der Rotorwelle verbunden ist. Die Zufuhr des Schmieröls über die Düse erfolgt also im Bereich des Sonnenrads, insbesondere so, dass die in die zweite Bohrung der Rotorwelle mündende Düse den Bereich des Sonnenrads axial berührt oder teilweise überlappt.
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Unter einer drehfesten Verbindung im Sinne der Erfindung ist dabei die Verbindung von zwei koaxialen Elementen in der Art zu verstehen, dass diese mit derselben Winkelgeschwindigkeit umlaufen.
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Gemäß einer weiteren sehr günstigen Ausgestaltung des elektrischen Antriebssystems gemäß der Erfindung ist die erste Bohrung dabei parallel zu der Drehachse der Trägerwelle angeordnet. Die erste Bohrung oder, falls mehrere derartige Bohrungen über dem Umfang verteilt vorhanden sind, all diese ersten Bohrungen sind parallel zur Drehachse der Trägerwelle angeordnet. Die Trägerwelle kann beispielsweise als Hohlwelle ausgestaltet sein, in denen sich die erste Bohrung oder die mehreren ersten Bohrungen befinden.
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Gemäß einer weiteren sehr günstigen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen elektrischen Antriebssystems kann es dann vorgesehen sein, dass die Planetenradbolzen dritte Ölkanäle aufweisen, welche den Innenraum der Hohlzylinder mit der die Planetenträger tragenden äußeren Oberfläche der Planetenradbolzen verbinden. Das über die Ölfangbleche in das Innere der Hohlzylinder geleitete Öl gelangt so auf die äußeren Oberflächen der Planetenradbolzen, auf welchen die Planetenräder mit ihrer entsprechenden Lagerung angeordnet sind. Das Öl kann dann dort die Planentenräder bzw. ihre Lagerungen entsprechend schmieren, wobei auch hier die dritten Ölkanäle vorzugsweise von radial innen nach radial außen, bezogen auf die Drehachse der Planetenübersetzungsstufe, entsprechend verlaufen, um die Förderung des Öls durch Fliehkräfte zu begünstigen.
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Gemäß einer weiteren sehr günstigen Ausgestaltung des elektrischen Antriebssystems gemäß der Erfindung kann es nun außerdem vorgesehen sein, dass vierte Ölkanäle in dem Gehäuse radial außerhalb des Hohlrads angeordnet sind. Über solche vierte Ölkanäle, welche ebenfalls radial verlaufen können, aber nicht müssen, lässt sich nun Schmieröl aus dem Bereich der elektrischen Maschine und der Planetenübersetzungsstufe entsprechend abführen, um so in einen Schmierölkreislauf zurück zu gelangen und beispielsweise nach der Passage eines Filters und einer Fördereinrichtung über den ersten Ölkanal wieder der Drehöldurchführung und damit mittelbar dem Inneren der Rotorwelle als Ausgangspunkt für die beschriebene Schmierung zugeführt zu werden.
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Eine weitere vorteilhafte Gestaltung des elektrischen Antriebsstrangs gemäß der Erfindung kann es außerdem vorsehen, dass das Gehäuse ein Grundgehäuse und ein Gehäusedeckel aufweist, wobei der erste Ölkanal in einer Wand des Gehäusedeckels angeordnet ist, und zwar vorzugsweise in der Art, dass der erste Ölkanal zumindest teilweise parallel zu der Oberfläche der Wand verläuft. Hierdurch wird einfach und effizient durch den Gehäusedeckel das Öl zu der Drehöldurchführung der Trägerwelle geleitet, wobei die Ölkanäle, wie es soeben angedeutet, insbesondere eine Kreislaufführung des Öls vorsehen können.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Planetenübersetzungsstufe sowie des elektrischen Antriebssystems für ein Kraftfahrzeug ergeben sich auch aus den Ausführungsbeispielen, welche nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren näher beschrieben sind.
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Dabei zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung eines elektrischen Antriebssystems für ein Kraftfahrzeug in einer Ausführungsform gemäß der Erfindung; und
- 2 eine Schnittdarstellung eines Ausschnitts aus dem elektrischen Antriebssystem mit einer erfindungsgemäßen Umsetzung der Planetenübersetzungsstufe.
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In der Darstellung der 1 ist ein elektrisches Antriebssystem 1 dargestellt. Es verfügt über eine elektrische Maschine 2, welche z.B. als Axialflussmaschine ausgebildet ist. Diese umfasst einen Stator 30, welcher hier drehfest gegenüber einem Gehäuse 5 angeordnet ist, sowie einen zweiteiligen Rotor 3, welcher mit einer Rotorwelle 4 drehfest verbunden ist. Die Rotorwelle 4 bildet die Eingangswelle in eine Planetenübersetzungsstufe 13 und ist drehfest mit einem Sonnenrad 11 verbunden oder bei Bedarf verbindbar, was hier nicht explizit dargestellt ist. Die Planetenübersetzungsstufe 13 umfasst außerdem ein Hohlrad 12, welches drehfest mit dem Gehäuse 5 ausgebildet ist. Ein Planetenträger 8 ist drehfest mit einer Abtriebswelle 18 verbunden, welche Leistung aus dem elektrischen Antriebssystem 1 ausleitet, wie es durch den mit 7 bezeichneten und durch einen Pfeil in der Darstellung der 1 angedeuteten Abtrieb dargestellt ist.
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In der Darstellung der 2 ist das elektrische Antriebssystem 1 in einem Ausschnitt dargestellt. Der Rotor 3, von welchem hier nur die rechts in der elektrischen Maschine 2 bzw. rechts vom Stator 30 liegende Hälfte entsprechend dargestellt ist, ist über ein vorteilhaft als Wälzlager, besonders vorteilhaft als Schrägkugellager, ausgebildetes Rotorlager 6 gegenüber einem Gehäuse 5 gelagert. Er ist drehfest mit einer Rotorwelle 4 verbunden, welche mehrteilig ausgeführt ist. Sie ist mittelbar über das Rotorlager 6 des Rotors 3 gelagert und ist ferner über eine Nadellager 28 am Gehäuse abgestützt. Auf der in einer axialen Richtung a abgewandten Seite der elektrischen Maschine 2 ist der Abtrieb 7 zum Rad des Kraftfahrzeugs oder einem Achsgetriebe - z.B. einem Differential - schematisch dargestellt. Dieser Abtrieb 7 ist dabei über die Abtriebswelle 18 mittels einer Keilwellenverzahnung 19 drehfest mit einem Planetenradträger 8 als abtreibendem Element einer Planetenübersetzungsstufe 13 verbunden.
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Die axiale Richtung a ist dabei parallel zu einer Drehachse A der Planetenübersetzungsstufe 13 angeordnet. Die Drehachse A ist dabei gemeinsame Drehachse des Sonnenrades 11, des Hohlrades 12 und des Planetenträgers 8. Besonders vorteilhaft ist auch der Rotor 3 der elektrischen Maschine 2 koaxial zu der Drehachse A und damit koaxial zu der Planetenübersetzungsstufe 13 angeordnet.
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Der Planetenträger 8 weist in axialer Richtung a in Orientierung der elektrischen Maschine 2 überstehende Planetenradbolzen 9 auf. Planetenräder 10 sind jeweils über eine Planetenradlagervorrichtung 27, welche hier in Form von jeweils zwei Schrägkugellagern ausgebildet ist, auf diesen Planetenradbolzen 9 gelagert. Mit den Planetenrädern 10 kämmt radial innen ein Sonnenrad 11, welches durch eine Verzahnung der Rotorwelle 4 ausgebildet ist. Ein Hohlrad 12 ergänzt diesen Aufbau zu der Planetenübersetzungsstufe 13 zur Wandlung des Drehmoments zwischen dem Rotor 3 und dem Abtrieb 7. Das Hohlrad 12 ist hier drehfest mit dem Gehäuse 5 verbunden.
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Der Planetenträger 8 umfasst also die Planetenradbolzen 9, welche drehfest mit einem als Steg bezeichneten Bauteil 14 des Planetenträgers 8 verbunden sind. Auf die Planetenradbolzen 9 werden in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel die Planetenräder 10 zusammen mit den zwei Schrägkugellagern der Planetenradlagervorrichtung 27 aufgesteckt. Alternativ dazu könnte beispielsweise auch ein einzelnes Rollenlager vorgesehen werden. Der Planetenträger 8 aus dem Steg 14 und dem Planetenradbolzen 9 ist dabei als einteiliges Schmiedeteil ausgeführt. Nach dem Aufsetzen der Planetenräder 10 und der beiden Schrägkugellager der Planetenradlagervorrichtung 27, wird nun auf der dem Steg 14 abgewandten Seite des Planetenträgers 8 eine Stegbrille 15 aufgesetzt. Nach dem Aufstecken der Planetenräder 10 kann nun durch das Aufpressen der Stegbrille 15 auf den Steg 14 eine Vorspannung auf die Schrägkugellager der Planetenradlagervorrichtung 27 aufgebracht werden. Anschließend wird die Stegbrille 15 mit dem Steg 14 in dieser vorgespannten Position verschweißt.
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In axialer Richtung a der Drehachse A rechts in der Darstellung der 1 ist dabei ein die Abtriebswelle 18 umgebender Teil des Planetenträgers 8 zu erkennen. Dieser ist als Trägerwelle 16 ausgebildet, welche mittels eines ersten Lagers 17, welches hier ebenfalls als Schrägkugellager ausgebildet ist, gegenüber dem Gehäuse 5, und hier insbesondere einem als Gehäusedeckel 5.1 ausgebildeten Teil des Gehäuses 5, gelagert ist. Der Planetenträger 8 bzw. sein Steg 14 liegen dabei mit einem äußeren Tragring an dem ersten Lager 17 an, welches sich in radialer Richtung innen auf einem Gehäusering, welcher Teil des besagten Gehäusedeckels 5.1 ist, entsprechend abstützt. Der Gehäusedeckel 5.1 komplettiert dann zusammen mit einem Gehäuseunterteil 5.2 das bereits angesprochene Gehäuse 5.
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Die Trägerwelle 16 läuft durch eine kreisförmige Öffnung 20 des Gehäuses 5 bzw. des Gehäusedeckels 5.1. Ein erster Ölkanal 21 ist in dem Gehäusedeckel 5.1 angeordnet und verläuft zumindest abschnittsweise parallel zu dessen Wänden. In der Darstellung der 2 verläuft er schräg von links oben in dem Gehäusedeckel 5.1 nach rechts unten. Die Trägerwelle 16 weist in dem Bereich, in dem der erste Ölkanal 21 in die kreisförmige Öffnung 20 mündet, eine Drehdurchführung 25 auf. Diese steht mit einer ersten Bohrung 26 in Verbindung, welche parallel zu der Drehachse A in die Trägerwelle 16 eingebracht ist. Wie es durch die Pfeile angedeutet ist, kann Schmieröl nun über den ersten Ölkanal 21 und die Drehdurchführung 25 in die erste Bohrung 26 einströmen und breitet sich hier in der Darstellung der 2 in axialer Richtung a gesehen nach links aus. Über einen Radialkanal 29 bzw. einen entsprechenden scheibenförmigen offenen Bereich der Trägerwelle 16 kann das Öl nun bis in den Bereich der Drehachse A gelangen. Dort ist im Bereich der Trägerwelle 16 eine Düse 31 angeordnet, welche eine Verbindung der ersten Bohrung 26 in den Bereich einer zweiten Bohrung 32 herstellt, welche als zentrale koaxiale Bohrung in der Rotorwelle 4 ausgebildet ist. Von der vergleichsweise langsamen drehenden Trägerwelle 16 des Planetenträgers 8 kann das Öl nun über diese Düse 31 in die zweite Bohrung 32 der deutlich schneller drehenden Rotorwelle 4 strömen bzw. dort hinein eingespritzt werden.
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Ein zweiter Ölkanal 22 verbindet nun in radialer Richtung r diese zweite Bohrung mit einer in Radialrichtung r gesehen äußeren Oberfläche der Rotorwelle 4. Schmieröl kann nun aus diesem zweiten Ölkanal 22 austreten und gelangt in den Bereich des Rotorlagers 6 für die Rotorwelle 4 sowie durch das Nadellager 28 in den Bereich des Sonnenrades 11. Das Öl kann so einerseits den Rotor 3 der elektrischen Maschine 2 bzw. sein Rotorlager 6 entsprechend schmieren und andererseits ein zweites Lager 33 des Planetenträgers 8, welches zwischen der Stegbrille 15 und einem Gehäusering 34 des Gehäuseunterteils 5.2 angeordnet ist. Restliches Öl wird durch die Fliehkräfte und die schnell drehende Rotorwelle 4 radial nach außen geschleudert. Im Bereich der Planetenradbolzen 9, welche hohlzylindrisch ausgeführt sind und auf der Stegseite über ein Blech 34 oder das Material des Stegs 14 entsprechend verschlossen sind, befindet sich nun auf der Stegbrillenseite ein Ölfangblech 36, welches in der Art angeordnet ist, dass nach radial außen geschleudertes Öl entsprechend aufgefangen und in den Hohlzylinder geleitet wird. In jedem einzelnen der hohlzylindrisch ausgebildeten Planetenradbolzen 9 befindet sich dann ein dritter radialer Ölkanal 23, welcher das Innenvolumen des Hohlzylinders nach radial außen gerichtet mit dessen äußerer Oberfläche verbindet. In diesem Bereich sind die beiden oben bereits angesprochenen Schrägkugellager der Planetenradlagervorrichtung 27 angeordnet und profitieren so von dem durch den dritten Ölkanal 23 strömenden Schmieröl zur Schmierung der Lagerung der Planentenräder 10.
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Letztlich gelangt das Öl durch die in dem Gehäuseunterteil 5.2 bzw. dem Gehäuse 5 wirkenden Fliehkräfte in der Darstellung der 1 immer weiter nach außen, in der Darstellung der 2 insbesondere nach oben und in dem nicht dargestellten Bereich unterhalb der Drehachse A nach unten. Dort kann optional ein vierter Ölkanal 24 vorgesehen sein, über welchen das restliche Öl nach außerhalb des Gehäuses 5 abgeleitet werden kann. Es kann dann beispielsweise nach einer Reinigung im Kreislauf zurückgeführt werden und wird der elektrischen Antriebsvorrichtung 1 über den ersten Ölkanal 21 wieder zugeführt, um den soeben beschriebenen Weg erneut zu durchlaufen.
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Hierdurch lässt sich eine sehr gute Schmierung sowohl der Planetenübersetzungsstufe 13 als auch der elektrischen Maschine 2 erreichen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Elektrisches Antriebssystem
- 2
- Elektrische Maschine
- 3
- Rotor
- 4
- Rotorwelle
- 5
- Gehäuse
- 5.1
- Gehäusedeckel
- 5.2
- Gehäuseunterteil
- 6
- Rotorlager
- 7
- Abtrieb
- 8
- Planetenträger
- 9
- Planetenradbolzen
- 10
- Planetenräder
- 11
- Sonnenrad
- 12
- Hohlrad
- 13
- Planetenübersetzungsstufe
- 14
- Steg
- 15
- Stegbrille
- 16
- Trägerwelle
- 17
- erstes Lager
- 18
- Abtriebswelle
- 19
- Keilwellenverzahnung
- 20
- kreisförmige Öffnung
- 21
- erster Ölkanal
- 22
- zweiter Ölkanal
- 23
- dritter Ölkanal
- 24
- vierter Ölkanal
- 25
- Drehdurchführung
- 26
- erste Bohrung
- 27
- Planetenradlagervorrichtung
- 28
- Nadellager
- 29
- radialer Kanal
- 30
- Stator
- 31
- Düse
- 32
- zweite Bohrung
- 33
- zweites Lager
- 34
- Gehäusering
- 35
- Blech
- 36
- Ölfangblech
- A
- Drehachse
- a
- axiale Richtung
- r
- radiale Richtung
