WO2013050182A1

WO2013050182A1 - Elektromotorische getriebevorrichtung

Info

Publication number: WO2013050182A1
Application number: PCT/EP2012/052750
Authority: WO
Inventors: Fritz Wiesinger; Tomas Smetana
Original assignee: Schaeffler Technologies AG & Co. KG
Priority date: 2011-10-05
Filing date: 2012-02-17
Publication date: 2013-04-11
Also published as: DE102012202460A1

Abstract

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektromotorische Getriebevorrichtung vorzuschlagen, welche fertigungstechnisch einfach herstellbar ist und zugleich eine hohe Betriebssicherheit verspricht. Diese Aufgabe wird durch eine elektromotorische Getriebevorrichtung (1) zur Bereitstellung eines Antriebsdrehmoments für ein Fahrzeug gelöst, mit einem Gehäuse (6), mit einem Elektromotor (26) zur Erzeugung des Antriebsdrehmoments, wobei der Elektromotor (26) in einem Motorgehäuseabschnitt (12) des Gehäuses (6) in einem Motorinnenraum angeordnet ist, mit einem Getriebe (18) zur Umsetzung des Antriebsdrehmoments, wobei das Getriebe (18) in einem Getriebegehäuseabschnitt (13) des Gehäuses (6) in einem Getriebeinnenraum angeordnet ist, mit einem Ölsumpfbereich (9), wobei der Ölsumpfbereich (9) in einem Ölsumpfgehäuseabschnitt (11) bodenseitig zu dem Getriebeinnenraum angeordnet und strömungstechnisch mit diesem verbunden ist, mit einem Ölsystem (7, 8), welches ausgebildet ist, Öl von dem Getriebe (18) aus dem Ölsumpfbereich (9) zu entnehmen, wobei das Ölsystem (7, 8) eine elektrische Ölpumpe (7) zur Förderung des Öls umfasst.

Description

Bezeichnung der Erfindung

Elektromotorische Getriebevorrichtung

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine elektromotorische Getriebevorrichtung zur Bereitstellung eines Antriebsdrehmoments für ein Fahrzeug, mit einem Gehäuse, mit einem Elektromotor zur Erzeugung des Antriebsdrehmoments, wobei der Elektromotor in einem Motorgehäuseabschnitt des Gehäuses in einem Motorinnenraum angeordnet ist, mit einem Getriebe zur Umsetzung des Antriebsdrehmoments, wobei das Getriebe in einem Getriebegehäuseabschnitt des Gehäuses in einem Getriebeinnenraum angeordnet ist, mit einem Ölsumpfbereich, wobei der Ölsumpfbereich in einem Ölsumpfgehäuseabschnitt bodenseitig zu dem Getriebeinnenraum angeordnet und strömungstechnisch mit diesem verbunden ist, und mit einem Ölsystem, welches ausgebildet ist, Öl von dem Getriebe aus dem Ölsumpfbereich zu entnehmen.

Elektromotorische Getriebevorrichtung, wie zum Beispiel elektrische Achsen, Hybridgetriebe etc., sind neben Verbrennungsmotoren oder als Ersatz zu diesen zur Bereitstellung eines Antriebsdrehmoments für Fahrzeuge getreten. Derartige elektromotorische Getriebevorrichtungen weisen üblicher Weise mindestens einen Elektromotor und mindestens ein Getriebe auf, wobei das Drehmoment des Elektromotors in dem Getriebe umgesetzt wird, und statt eines Antriebsdrehmoments eines Verbrennungsmotors oder in Ergänzung zu diesem für den Antrieb des Fahrzeugs genutzt wird.

Beispielsweise offenbart die Druckschrift DE 699 235 53 T2 eine Antriebsvorrichtung mit einem flüssigkeitsgekühlten elektrischen Motor und einem Planetengetriebe und bildet wohl den nächstkommenden Stand der Technik. Der Elektromotor ist in einem Gehäuse angeordnet, an dessen Stirnseite ein Lagerschild angeschraubt ist, welches zugleich einen Aufnahmeraum für das Planetengetriebe bildet. In dem Gehäuse sind Kühlkanäle eingebracht, die zur Kühlung des Stators des Elektromotors dienen und einen Kühlmantel bilden. Ein Kühlkreislauf ist so ausgelegt, dass ein Kühlmittel durch den Kühlmantel des Gehäuses geführt wird und nachfolgend in das Lagerschild geleitet wird. Das Hohlrad des Planetengetriebes in dem Lagerschild bildet zusammen mit dem Lagerschild eine Pumpeinrichtung für das Kühlmittel, so dass das Kühlmittel bei einer Rotation des Hohlrades durch die Pumpeinrichtung gefördert wird und in dem Kühlkreislauf umgewälzt wird. Das Gehäuse und das Lagerschild weisen jeweils Schnittstellen auf, so dass das Kühlmittel von dem Gehäuse zu dem Lagerschild übertreten kann. Gebiet der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektromotorische Getriebevorrichtung vorzuschlagen, welche fertigungstechnisch einfach herstellbar ist und zugleich eine hohe Betriebssicherheit verspricht.

Diese Aufgabe wird durch eine elektromotorische Getriebevorrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren.

Im Rahmen der Erfindung wird eine elektromotorische Getriebevorrichtung vorgeschlagen, welche zur Bereitstellung eines Antriebsdrehmoments für ein Fahrzeug geeignet und/oder ausgebildet ist. Bei dem Antriebsdrehmoment kann es sich um ein Hauptdrehmoment handeln, so dass die elektromotorische Getriebevorrichtung das Fahrzeug ohne weitere Motoren antreibt, es kann sich um ein Teildrehmoment handeln, wobei das Fahrzeug durch mehrere Motoren angetrieben wird und es kann sich um ein Hilfsdrehmoment handeln, wobei das Antriebsdrehmoment einem Hauptantriebsdrehmoment eines anderen Motors überlagert wird. Besonders bevorzugt kann das Fahrzeug zumindest zeitweilig ausschließlich durch die elektromotorische Getriebevorrichtung mit einer Geschwindigkeit größer als z.B. 50 km/h angetrieben werden.

Die elektromotorische Getriebevorrichtung umfasst einen Elektromotor, der das Antriebsdrehmoment erzeugt. Ferner umfasst die elektromotorische Getriebevorrichtung ein Getriebe, welches das Antriebsdrehmoment umsetzt. Bei der Umsetzung kann es sich um eine Übersetzung, eine Untersetzung, eine Verteilung oder eine Zusammenführung von Drehmomenten handeln. Insbesondere kann das Getriebe als ein Planetengetriebe, im Speziellen als Differentialplanetengetriebe oder als ein Übersetzungsplanetengetriebe, im speziellen als ein Zwei-Gang-Schaltgetriebe, ausgebildet sein. Das Getriebe kann auch nur einen Teilabschnitt eines größeren Getriebesystems darstellen.

Die elektromotorische Getriebevorrichtung umfasst einen Motorgehäuseabschnitt, in dem der Elektromotor in einem Motorinnenraum angeordnet ist, und einen Getriebegehäuseabschnitt, in dem das Getriebe in einem Getriebeinnenraum angeordnet ist. Motorgehäuseabschnitt und Getriebegehäuseabschnitt bilden gemeinsam ein Gehäuse.

Die elektromotorische Getriebevorrichtung umfasst einen Olsumpfbereich, welcher in einem Ölsumpfgehäuseabschnitt angeordnet ist. Der Olsumpfbereich dient zur Aufnahme von Öl, welches zunächst zur Schmierung und/oder Kühlung des Getriebes eingesetzt wird und nachfolgend in dem Olsumpfbereich gesammelt wird. Für ein selbstständiges Sammeln des Öls in dem Olsumpfbereich ist vorgesehen, dass dieser bodenseitig, bevorzugt am tiefsten Punkt des Getriebeinnenraums, angeordnet und mit dem Getriebeinnenraum strömungstechnisch verbunden ist. In dieser Anordnung läuft das Öl fremdenergiefrei von dem Getriebe in den Olsumpfbereich. Zudem umfasst die elektrische Getriebevorrichtung ein Olsystem, welches ausgebildet ist, von dem Getriebe stammendes oder abgelaufenes Öl aus dem Ölsumpfbereich zu entnehmen. Im Rahmen der Erfindung wird vorgeschlagen, dass das Olsystem eine elektrische Ölpumpe zur Förderung des Öls umfasst. Insbesondere dient die elektrische Ölpumpe zur Entnahme des Öls aus dem Ölsumpfbereich.

Vorzugsweise ist das Olsystem als ein Olumlaufsystem ausgebildet, so dass dieses das Öl dem Getriebeabschnitt wieder zuführt, um dieses zu schmieren und/oder zu kühlen. Das Olumlaufsystem bildet somit ein Rezirkulationssystem zur Schmierung und/oder Kühlung des Getriebes.

Der Einsatz einer elektrischen Ölpumpe hat den Vorteil, dass diese unabhängig von dem Betrieb des Elektromotors und auch unabhängig von dem Betrieb des Getriebes aktiviert werden kann. So ergeben sich beispielsweise bei einem Startvorgang der elektromotorischen Getriebevorrichtung Vorteile, da die elektrische Ölpumpe vorlaufend zu dem Elektromotor aktiviert werden kann, um überschüssiges Öl aus dem Getriebe abzupumpen und optional ergänzend das Getriebe frühzeitig mit ausreichend Öl zu versorgen. Es ergeben sich ferner Vorteile im Betrieb, da das die elektrische Ölpumpe unabhängig von einer Drehzahl des Elektromotors bzw. des Getriebes angesteuert werden kann und somit bedarfsgerecht Öl dem Getriebe entnommen bzw. zugeführt werden kann.

Bei Verbrennungsmotoren kann es zwar durchaus energetische Vorteile haben, eine Ölpumpe mechanisch durch den Verbrennungsmotor zu betreiben, da ansonsten zunächst mechanische Energie des Verbrennungsmotors in elektrische Energie zum Betrieb einer elektrischen Ölpumpe umgesetzt werden müsste. Bei der elektrischen Getriebevorrichtung ist jedoch bereits elektrische Energie als Antriebsenergie vorhanden, so dass es zu keinem energetischen Nachteil führt, die elektrische Ölpumpe neben dem Elektromotor oder unabhängig davon in der Getriebevorrichtung zu verwenden.

Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist die elektrische Ölpumpe außerhalb des Gehäuses angeordnet. Insbesondere ist die elektrische Ölpumpe separat zu dem Gehäuse, im Speziellen über externe Leitungen mit dem Gehäuse, insbesondere mit dem Ölsumpfgehäuseabschnitt verbunden, angeordnet. Zum einen wird durch die externe Anordnung der elektrischen Ölpumpe die Wartungsfreundlichkeit der elektromotorischen Getriebevorrichtung erhöht, da die elektrische Ölpumpe als separate Baugruppe in einfacher Weise gewartet oder ausgetauscht werden kann. Ferner ist es vorteilhaft, dass die elektrische Ölpumpe außerhalb des Gehäuses angeordnet ist, da diese durch Umgebungsluft, insbesondere passiv, gekühlt werden kann. Im Betrieb der Getriebevorrichtung, ist es bei manchen Betriebszuständen möglich, dass das Öl eine hohe Temperatur einnimmt, so dass es vorteilhaft ist, Vorkehrungen gegen eine Überhitzung der elektrischen Ölpumpe zu treffen. Dadurch, dass die elektrische Ölpumpe außerhalb des Gehäuses angeordnet ist, kann überschüssige Wärme in die Umgebung abstrahlen oder wird die elektrische Ölpumpe durch die Umgebungsluft gekühlt.

Bei einer konstruktiven Ausgestaltung der Erfindung weist das Gehäuse einen hohizylinderformigen Hülsenabschnitt auf, der koaxial zu einem Rotor des Elektromotors ausgebildet ist. Der Rotor des Elektromotors definiert somit eine axiale Richtung der elektromotorischen Getriebevorrichtung. Der Elektromotor und das Getriebe sind in dieser axialen Richtung zueinander versetzt in dem Hülsenabschnitt angeordnet. Es kann dabei vorgesehen sein, dass der Getriebeinnenraum axial betrachtet neben dem Motorinnenraum angeordnet ist, oder, dass der Getriebeinnenraum beidseitig zu dem Motorinnenraum angeordnet ist und diesen somit klammerartig umgreift.

Es wird darauf hingewiesen, dass in einer bevorzugten Ausgestaltung der Motorinnenraum und der Getriebeinnenraum zueinander öldicht isoliert sind, insbesondere ist der Motorinnenraum frei von dem Öl des Getriebeinnenraums. Der Ölsumpfgehäuseabschnitt ist an dem Hülsenabschnitt, insbesondere an dem Getriebegehäuseabschnitt, bodenseitig derart angeordnet, dass eine in axialer Richtung verlaufende Kehle gebildet ist, wobei die elektrische Ölpumpe in der Kehle angeordnet ist. Beispielsweise ist der Ölsumpfgehäuseabschnitt in axialer Draufsicht in seinem bodenseitigen, freien Endbereich rechteckig ausgebildet und geht dann über die Kehle in den vorzugsweise kreisrunden Bereich des Hülsenabschnitts über. Durch die Anordnung der elektrischen Ölpumpe in der Kehle ist diese zum einen platzsparend aufgenommen, so dass deren Störkontur verkleinert und der durch die elektromotorische Getriebevorrichtung benötigte Bauraum gering ist, und ist zum anderen zugleich wartungsfreundlich positioniert, da dieser Bereich ohne Demontage der elektromotorischen Getriebevorrichtung für Wartungs- oder Reparaturzwecke erreichbar ist.

Bei einer bevorzugten konstruktiven Ausgestaltung der Erfindung weist die elektrische Ölpumpe ein zylinderförmiges Pumpengehäuse aus, welches parallel zu der axialen Ausrichtung oder Erstreckung des Gehäuses ausgerichtet und in der Kehle angeordnet ist. Durch diese Form schmiegt sich die elektrische Ölpumpe an das Gehäuse besonders platzsparend und wartungsfreundlich an.

Bei einer bevorzugten konstruktiven Ausgestaltung der Erfindung ist der Ölsumpfbereich als eine separate Kammer zu dem Getriebeinnenraum ausgebildet, welche durch einen insbesondere drosselnden Durchgangsbereich mit dem Getriebeinnenraum strömungstechnisch verbunden ist. Durch die Einschnürung des Durchgangsbereichs wird erreicht, dass das Öl in den Ölsumpfbereich abfließt und der Getriebeinnenraum keinen bodenseitigen Ölvorrat aufweist und somit als ein Trockensumpfbereich ausgebildet ist. Besonders bevorzugt ist die Ölmenge in der elektromotorischen Getriebevorrichtung so bemessen, dass im Betrieb der elektromotorischen Getriebevorrichtung der Ölpegel des Ölsumpfbereichs unter der Eingangsöffnung des Durchgangsbereichs angeordnet ist. Durch die elektrische Ölpumpe kann sichergestellt werden, dass das Getriebe jederzeit mit ausreichend Öl versorgt ist, ohne einen schwappenden Ölvorrat in dem Getriebeinnenraum tolerieren zu müssen.

Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung kann der Ölsumpf als ein Nasssumpf ausgebildet sein, wobei das Ölsystem ausgebildet ist, Öl aus dem Nasssumpf zu entnehmen, das Öl z.B. über eine Kühlervorrichtung zu kühlen, und in die elektromotorische Getriebevorrichtung wieder zurückzuführen. Optional wird die das Öl der elektromotorischen Getriebevorrichtung wieder auf oder unter dem Niveau des Nasssumpfes oder unter der Höhe der Rotorwelle zugeführt, so dass das Ölsystem nur eine Umwälzung mit optionaler Kühlung darstellt. Alternativ oder ergänzend kann die elektromotorische Getriebevorrichtung eine zweite Ölfördereinrichtung aufweisen, wie z.B. ein rotierendes Ölförderrad, welches koaxial zu der Rotorwelle angeordnet ist und welches in den Nasssumpf eintaucht, Öl aufnimmt und in dem Getriebeinnenraum verteilt, insbesondere verspritzt. In einer möglichen konkreten Ausgestaltung umfasst die Kammer einen Sammelbereich und einen Ablassbereich, der strömungstechnisch dem Sammelbereich nachgeschaltet ist. Der Durchgangsbereich weist mindestens zwei Durchlässe auf, welche in den Sammelbereich münden, wobei der Ablassbereich tiefer als der Sammelbereich und der Sammelbereich tiefer als die Durchlässe angeordnet sind. Im Betrieb fließt das Öl aus dem Getriebe bzw. Getriebeinnenraum somit durch die mindestens zwei Durchlässe in den Sammelbereich und wird von diesem in den Ablassbereich geleitet. Von dem Ablassbereich wird das Öl durch die elektrische Ölpumpe abgepumpt. Durch die kaskadierende Anordnung der verschiedenen Bereiche ist eine sichere Betriebsweise der Ölversorgung sichergestellt, selbst wenn die elektromotorische Getriebevorrichtung im Straßenverkehr seitlichen Beschleunigungen, insbesondere bei sportlicher Fahrweise, unterworfen ist. Zur Kühlung der elektromotorischen Getriebevorrichtung bzw. deren Komponenten ist optional ergänzend ein Kühlkreislauf vorgesehen, wobei der Motorgehäuseabschnitt einen Teil eines Motorkühlabschnitts zur Kühlung des Elektromotors und der Getriebegehäuseabschnitt mit dem Olsumpfgehäuseabschnitt einen Teil eines Getriebekühlabschnitts zur Kühlung des Getriebes bildet. In dem Motorkühlabschnitt und/oder in dem Getriebekühlabschnitt mit dem Olsumpfgehäuseabschnitt sind Führungsstrukturen zur Führung eines Kühlmittels oder Teilbereiche davon angeordnet. Diese Führungsstrukturen können beispielsweise als Kühlkanäle, -bohrungen etc. ausgebildet sein. Die Führungsstrukturen werden durch den Motorgehäuseabschnitt und/oder den Getriebegehäuseabschnitt mit dem Olsumpfgehäuseabschnitt gebildet oder zumindest mit gebildet. Insbesondere kontaktiert das Kühlmittel im Betrieb den Motorgehäuseabschnitt und den Getriebegehäuseabschnitt mit dem Olsumpfgehäuseabschnitt im Bereich des Motorkühlabschnitts bzw. des Getriebekühlabschnitts unmittelbar.

Bei einer bevorzugten konstruktiven Realisierung der Erfindung umfasst der Motorkühlabschnitt einen Kühlmantel, der den Elektromotor in Umlaufrichtung vorzugsweise vollständig umschließt. Insbesondere ist in dem Motorgehäuseabschnitt ein Kühlring angeordnet, welcher in Erstreckungsrichtung der Welle verläuft und der auf den Stator des Elektromotors aufgesetzt ist. Besonders bevorzugt erstreckt sich der Kühlring über mindestens 50 %, vorzugsweise mindestens 70 % und insbesondere über mindestens 90 % der Länge des Stators in Erstreckungsrichtung der Welle. Besonders bevorzugt sind auf der radialen Außenseite des Kühlrings Stege oder Nuten eingebracht, welche die Führungsstrukturen für das Kühlmittel definieren. Der Motorgehäuseabschnitt weist dagegen eine radial nach innen gerichtete hohlzylindrische Fläche auf, welche gemeinsam mit dem Kühlring bzw. den Stegen oder Nuten die Führungsstrukturen bilden, so dass das Kühlmittel an der hohlzylindrischen Fläche entlangläuft. Besonders vorteilhaft ist in dieser Realisierung, dass das Kühlmittel den Motorgehäuseabschnitt unmittelbar und großflächig kontaktiert, so dass Wärme aus dem Kühlmittel über den Motorgehäuseabschnitt mittels Wärmeleitung abgeleitet werden kann. Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist der Getriebekühlabschnitt mit dem Ölsumpfgehäuseabschnitt einen Olkühlbereich auf, der das Öl, insbesondere ein Schmieröl, des Getriebes kühlt. Der Olkühlbereich ist somit als ein Wärmetauscher ausgebildet, welcher Wärme aus dem Öl des Getriebes übernimmt und an den Kühlkreislauf weitergibt.

Besonders bevorzugt weist der Getriebegehäuseabschnitt mit dem Ölsumpfgehäuseabschnitt, insbesondere der Ölsumpfgehäuseabschnitt den Ölsumpf auf, welcher in Einbaulage an der tiefsten Stelle des Getriebegehäuseabschnitts angeordnet ist, wobei der Olkühlbereich mit dem Ölsumpf thermisch gekoppelt ist. Insbesondere sind der Olkühlbereich und der Ölsumpf benachbart zueinander angeordnet und nur über einen Steg oder eine Wand des Ölsumpfgehäuseabschnitts voneinander getrennt. Besonders bevorzugt ist, wenn der Ölsumpf von dem Olkühlbereich bzw. dem Getriebekühlabschnitt U-förmig umschlossen ist. Betrachtet man eine Auflageebene für die elektromotorische Getriebevorrichtung, so ist die U- förmige Ausgestaltung parallel zu dieser Auflageebene ausgerichtet. Die U- förmige Ausgestaltung stellt zum einen sicher, dass die thermische Kopplung zwischen Olkühlbereich und Ölsumpf sehr gut ist. Auf der anderen Seite ist durch den freibleibenden Schenkel des "U" sichergestellt, dass ausreichend Bauraum für eine Ableitung des Öls aus dem Ölsumpf vorhanden ist.

Bei einer besonders bevorzugten konstruktiven Ausgestaltung weist die elektromotorische Getriebevorrichtung eine separate oder zusätzliche Verbindungseinrichtung als ein weiteres Bauteil auf, welche eine strömungstechnische Verbindung zwischen dem Motorkühlabschnitt und dem Getriebekühlabschnitt ermöglicht. Insbesondere wird das Kühlmittel nach dem Motorkühlabschnitt aus dem gemeinsamen Gehäuse ausgeleitet, durch die Verbindungseinrichtung geleitet und dann in den Getriebekühlabschnitt wieder eingeleitet. Diese Ausgestaltung erlaubt es, das gemeinsame Gehäuse vergleichsweise einfach auszubilden und die strömungstechnische Verbindung über die Verbindungseinrichtung umzusetzen, wobei als Schnittstellen zwischen Verbindungseinrichtung und Motorkühlabschnitt bzw. Getriebekühlabschnitt gebräuchliche Kopplungselemente verwendet werden können, deren Zuverlässigkeit und Dichtheit sich schon längst bewährt haben. Beispielsweise kann die Verbindungseinrichtung als ein Schlauch ausgebildet sein, welcher auf der einen Seite in den Getriebekühlabschnitt, insbesondere in den Getriebegehäuseabschnitt und andererseits in den Motorkühlabschnitt, insbesondere den Motorgehäuseabschnitt bzw. Olsumpfgehäuseabschnitt eingeschraubt werden kann.

Durch die mit der Kühlung erreichten Reduzierung der Öltemperatur bzw. der Kühlmitteltemperatur ist es möglich, die konventionelle Kühlung, also das Kühlaggregat des Fahrzeugs, mit einer geringeren Leistung auszulegen bzw. weniger Leistung abzurufen. Die Leistungsreduzierung trägt je nach Fahrzustand des Fahrzeugs zu einer Reichweitenverlängerung bei, da weniger Energie aus dem Energiespeicher entnommen wird. Bei Hybridfahrzeugen trägt es direkt zur C02-Reduzierung bei.

Bei einer Weiterbildung der Erfindung vorgeschlagen, dass der Getriebegehäuseabschnitt gemeinsam mit dem Motorgehäuseabschnitt und/oder gemeinsam mit dem Olsumpfgehäuseabschnitt einstückig ausgebildet sind. Einstückig bedeutet insbesondere, dass die beiden bzw. drei Abschnitte aus einem gemeinsamen Halbzeug gefertigt sind oder dass diese beiden bzw. drei Abschnitte gemeinsam und zusammenhängend urgeformt sind. Bei einer fertigungstechnisch bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Olsumpfgehäuseabschnitt durch eine Ausformung an dem Gehäuse, insbesondere an dem Getriebegehäuseabschnitt gebildet bzw. mindestens mitgebildet. Insbesondere werden der Sammelbereich und der Ablassbereich an dem Gehäuse, insbesondere an dem Getriebegehäuseabschnitt angeformt. Beispielsweise wird das Gehäuse, insbesondere der Getriebegehäuseabschnitt durch einen Aluminiumdruckguss gebildet, wobei mit der Urformung bereits der Sammelbereich und der Ablassbereich eingeformt werden.

Der Vorteil der Weiterbildung ist darin zu sehen, dass die Kühlung der elektromotorischen Getriebevorrichtung durch die einstückige Ausbildung des Motorgehäuseabschnitts und des Getriebegehäuseabschnitts und optional ergänzend des Ölsumpfgehäuseabschnitts eine höhere Betriebssicherheit aufweist, da z. B. auf die großflächigen Dichtbereiche, wie diese beispielsweise in dem eingangs zitierten Stand der Technik bekannt sind, verzichtet werden kann. Ferner ist die Montage der elektromotorischen Getriebevorrichtung vereinfacht, da Getriebegehäuseabschnitt und Motorgehäuseabschnitt und/oder Ölsumpfgehäuseabschnitt nicht mehr zueinander justiert werden müssen, sondern als ein Teil ausgebildet sind und montiert werden können. Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung sind in den Wänden des Ölsumpfgehäuseabschnitts Kühlkanäle für das Kühlmittel als Ölkühlbereich bzw. als Getriebekühlabschnitt integriert. Durch die sehr frühe Kühlung des Öls in dem Ölsumpfgehäuseabschnitt wird erreicht, dass das in die elektrische Ölpumpe gelangende Öl bereits vorgekühlt ist, so dass deren Temperatur reduziert ist. Besonders bevorzugt werden die Kühlkanäle zumindest teilweise ebenfalls im Rahmen des Urformvorgangs des Getriebegehäuses eingeformt.

Alternativ oder ergänzend ausgedrückt sind der Motorgehäuseabschnitt und der Getriebegehäuseabschnitt als gemeinsames Gehäuse als der Hülsenabschnitt ausgebildet, durch den vorzugsweise mindestens eine Welle geführt ist, wobei der Elektromotor und das Getriebe koaxial zu der Welle angeordnet sind. In dieser Ausgestaltung kann zum einen die elektromotorische Getriebevorrichtung sehr kompakt aufgebaut werden und zum anderen der Motorgehäuseabschnitt und der Getriebegehäuseabschnitt in einfacher Weise als gemeinsamer Hülsenabschnitt gefertigt werden. Durch die Ausgestaltung als Hülsenabschnitt ist dieser beispielsweise bei einer urformenden Fertigungsweise, zum Beispiel durch Druckguss, in einfacher Weise aus dem Werkzeug zu entformen. Insbesondere sind Elektromotor und Getriebe in Erstreckungsrichtung der Welle nacheinander oder nebeneinander angeordnet. Bei einer Weiterbildung der Erfindung weist die elektromotorische Getriebevorrichtung einen Zwischenlagerschild auf, welches einen Aufnahmeraum in dem Motorgehäuseabschnitt zur Aufnahme des Elektromotors von einem Aufnahmeraum in dem Getriebegehäuseabschnitt zur Aufnahme des Getriebes trennt. Das Zwischenlagerschild ist beispielsweise mit dem Gehäuse, insbesondere mit dem Hülsenabschnitt, verschraubt. Das Zwischenlagerschild trägt besonders bevorzugt eine Lagereinrichtung, welche zur Lagerung eines oder des Rotors des Elektromotors dient. Neben der Lagerung des Rotors dient das Zwischenlagerschild zur Abdichtung der beiden Aufnahmeräume zueinander, so dass in dem Getriebegehäuseabschnitt das Getriebe in einem Ölbad angeordnet sein kann, wohingegen der Elektromotor über eine Fettschmierung verfügt oder trocken ausgebildet ist.

Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist der Hülsenabschnitt beidseitig mit einem äußeren Lagerschild abgeschlossen, welche besonders bevorzugt an dem Gehäuse festgelegt sind. Damit wird der Hülsenabschnitt zu einem Träger von zwei oder sogar drei Lagerschilden, nämlich den beiden außenseitigen Lagerschilden und dem Zwischenlagerschild. Vorzugsweise lagern beide äußeren Lagerschilder die vorzugsweise mindestens eine Welle. Optional ist das eine äußere Lagerschild zur Lagerung des Rotors ausgebildet. Durch den vorgeschlagenen konstruktiven Aufbau ist die elektromotorische Getriebevorrichtung besonders einfach zu montieren, da die Lagerschilder in einfacher Weise an dem Hülsenabschnitt befestigt werden können.

Bei bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung ist die elektromotorische Getriebevorrichtung als ein Radmodul, eine elektrische Achse oder als ein Hybridgetriebe ausgebildet. In der Ausbildung als Radmodul ist die elektromotorische Getriebevorrichtung einem Rad des Fahrzeugs zugeordnet und treibt dieses an. In der bevorzugten Ausgestaltung als eine elektrische Achse weist die elektrische Getriebevorrichtung zwei Abtriebswellen auf, wobei jede Abtriebswelle einem Rad des Fahrzeugs zugeordnet ist. Besonders bevorzugt sind die Abtriebswellen koaxial zu dem Elektromotor angeordnet. Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann es sich auch um ein Hybridgetriebe handeln, wobei das Antriebsdrehmoment des Elektromotors von dem Antriebsdrehmoment eines anderen Motors, insbesondere eines Verbrennungsmotors, überlagert wird oder statt diesem an die Räder des Fahrzeugs übertragen wird. Die elektromotorische Getriebevorrichtung ist insbesondere als eine elektrische Achse zum Antrieb von ein oder zwei Rädern oder als Teil eines Hybridgetriebes ausgebildet. Das Fahrzeug ist insbesondere als ein Personenkraftwagen, Lastkraftwagen, Bus etc. ausgebildet.

Weitere Vorteile, Wirkungen und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung sowie der beigefügten Figuren. Dabei zeigen:

Figur 1 eine schematische Seitenansicht auf eine elektrische Achse als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung; Figur 2 eine Seitenansicht auf die andere Seite der elektrischen Achse in der Figur 1 ;

Figur 3 einen Längsschnitt durch die elektrische Achse mit zeichnerisch teilweise unterdrückten Komponenten;

Figur 4 eine isometrische Darstellung mit zeichnerisch teilweise unterdrückten Komponenten;

Figur 5 eine Unteransicht der elektrischen Achse der vorhergehenden

Figuren.

Die Figur 1 zeigt eine elektrische Achse 1 zum Antrieb eines Fahrzeuges als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die elektrische Achse 1 weist eine Welle 2 auf, die als eine so genannte "Steckachse" bzw. Steckachsenpaar ausgebildet ist und die dazu dient, ein von der elektrischen Achse 1 erzeugtes Antriebsdrehmoment auf nicht dargestellte Räder des Fahrzeuges zu übertragen. Die Welle 2 rotiert um eine Hauptdrehachse 3 und ragt in Bezug auf die axiale Erstreckung der Hauptdrehachse 3 beidseitig hervor.

Der Hauptkörper der elektrischen Achse 1 ist zylinderförmig ausgeführt und weist endseitig auf der einen Seite einen Versorgungsflansch 4 und auf der anderen Seite ein äußeres Lagerschild 5 auf. Zwischen dem Versorgungsflansch 4 und dem äußeren Lagerschild 5 ist ein Gehäuse 6 angeordnet, welches sich als ein Hülsenabschnitt in diesem Ausführungsbeispiel einstückig zwischen dem Versorgungsflansch 4 und dem äußerem Lagerschild 5 erstreckt. In der Darstellung in der Figur 1 ist zudem eine elektrische Ölpumpe 7 dargestellt, welche über eine Ölleitung 8 mit einem verdeckt angeordneten Ölsumpf 9 strömungstechnisch verbunden ist.

Die Figur 2 zeigt die elektrische Achse 1 in einer Seitenansicht von der anderen Seite, wobei im Unterschied zu der Seite in der Figur 1 eine Kühlmittelleitung 10 zu erkennen ist, welche einerseits in dem Gehäuse 6 und andererseits in einem Getriebekühlabschnitt eines Ölsumpfgehäuseabschnitts 1 1 mündet, welcher später noch ausführlich beschrieben wird. Die Figur 3 zeigt einen Längsschnitt durch die Hauptdrehachse 3 der elektrischen Achse 1 . Aus dieser Darstellung ist zu entnehmen, dass sich das Gehäuse 6 in einen Motorgehäuseabschnitt 12 und einen Getriebegehäuseabschnitt 13 sowie den Ölsumpfgehäuseabschnitt 1 1 aufteilt. Ölsumpfgehäuseabschnitt 1 1 , Motorgehäuseabschnitt 12 und Getriebegehäuseabschnitt 13 sind - wie dies aus der Schraffierung zu entnehmen ist - als das Gehäuse 6 in diesem Ausführungsbeispiel einstückig miteinander verbunden, also aus einem gemeinsamen Halbzeug hergestellt oder in einem gemeinsamen Urformverfahren produziert worden. Wie bereits beschrieben, ist das Gehäuse 6 auf der Seite des Getriebegehäuseabschnitts 13 mit dem äußeren Lagerschild 5 abgeschlossen, auf der gegenüberliegenden Seite ist der Motorgehäuseabschnitt 12 innerhalb des Versorgungsflansches 4 mit einem weiteren äußeren Lagerschild 14 abgeschlossen, der mittelbar über den Flansch 4 oder unmittelbar an dem Gehäuse 6 festgelegt ist. Zwischen dem Motorgehäuseabschnitt 12 und dem Getriebegehäuseabschnitt 13 ist ein Zwischenlagerschild 15 angeordnet. Durch das Zwischenlagerschild 15 werden zwei separate und flüssigkeitsgetrennte Aufnahmeräume, nämlich ein Motorinnenraum und ein Getriebeinnenraum, in dem Gehäuse 6 gebildet.

In dem Motorgehäuseabschnitt 12 bzw. in dessen Aufnahmeraum ist ein nur schematisch dargestellter Elektromotor 26 angeordnet, welcher einen Stator 16 und einen Rotor 17 umfasst. Der Rotor 17 ist auf dem Zwischenlagerschild 15 und dem äußeren Lagerschild 14 drehbar gelagert. In dem Getriebegehäuseabschnitt 13 ist ein ebenfalls nur schematisch dargestelltes Übersetzungsgetriebe 18 angeordnet, welches vorzugsweise als ein Planetengetriebe ausgebildet ist, und welches über eine Hohlwelle 19 mit dem Rotor 17 des Elektromotors 26 gekoppelt ist, das Antriebsdrehmoment aus dem Elektromotor 26 umsetzt und die Welle 2 antreibt. Die Welle 2 ist dagegen in den äußeren Lagerschildern 5 und 14 gelagert. Das Übersetzungsgetriebe 18 in dem Getriebegehäuseabschnitt 13 wird durch ein Öl, insbesondere durch ein Schmieröl geschmiert. Bodenseitig sammelt sich das Öl aufgrund der Schwerkraft in dem Ölsumpf 9, der in dem Ölsumpfgehäuseabschnitt 1 1 angeordnet ist. Der Elektromotor 26 ist mittels eines Kühlmantels 20 gekühlt, welcher gemeinsam durch einen Kühlring 21 und den Motorgehäuseabschnitt 1 2 gebildet ist. Der Kühlring 21 erstreckt sich in axialer Richtung zur Hauptdrehachse 3 über mindestens 80 % des Stators 16 und weist in Umlaufrichtung verlaufende Stege 22 auf, welche besser in der Figur 4 zu erkennen sind, die eine isometrische Darstellung der elektrischen Achse 1 mit zeichnerisch unterdrückten Bereichen zeigt. Die Stege 22 bilden zusammen mit der inneren, hohlzylindrischen Fläche des Motorgehäuseabschnitts 12 Kühlkanäle 24 als Führungsstrukturen für ein Kühlmittel, welches in Umlaufrichtung um die Hauptdrehachse 3 in dem Kühlmantel 20 mäandernd geführt wird. Das Kühlmittel, z.B. Wasser oder eine Wasser-Glykol-Mischung, wird über einen Kühlmitteleinlass 23 im Bereich des Versorgungsflansches 4 eingeführt, läuft dann über die Kühlkanäle 24 umlaufend um den Elektromotor 26 und tritt - wie dies in der Figur 2 wieder zu erkennen ist - durch einen Kühlmittelauslass 25 aus dem Gehäuse 6 aus, und wird dann über die Kühlmittelleitung 10 in den Getriebekühlabschnitt 1 1 überführt.

Die Figur 5 zeigt eine Unteransicht der elektrischen Achse 1 , in der zu erkennen ist, dass das Kühlmittel von der Kühlmittelleitung 10 in den Getriebekühlabschnitt des Ölsumpfgehäuseabschnitts 1 1 geführt wird und bei einem Kühlmittelausgang 27 wieder austritt. Der Verlauf des Kühlmittels in dem Getriebekühlabschnitt 1 1 ist mit Pfeilen verdeutlicht. Der Getriebekühlabschnitt 1 1 weist in der gezeigten Unteransicht eine Kühlmittelführung mit einem U-förmigen Verlauf auf, wobei das Kühlmittel an einem freien Schenkelende des U's eingeführt wird, zweimal umgelenkt wird und den Getriebekühlabschnitt an dem anderen freien Schenkelende des U's wieder verlässt. In dem von dem U-förmigen Verlauf umgriffenen Bereich ist der Ölsumpf 9 angeordnet. Wie sich aus der Darstellung in der Figur 3 entnehmen lässt, weist der Ölsumpf 9 einen Sammelbereich 28 und einen Ablassbereich 29 auf, wobei der Sammelbereich 28 im gezeigten Schnitt einen Doppelboden zu dem Aufnahmeraum bzw. Getriebeinnenraum in dem Getriebegehäuseabschnitt 13 bildet und der Ablassbereich 29 nochmals tiefer versetzt angeordnet ist. Das Öl läuft durch eine Sammelöffnung 30, die z.B. als zwei Durchlässe ausgebildet ist, ausgehend von dem Aufnahmeraum des Getriebegehäuseabschnitts 13 über den Sammelbereich 28 in den Ablassbereich 29. Der Getriebekühlabschnitt ist in dem

Ölsumpfgehäuseabschnitt 1 1 durch eine einfache Wandung von dem Sammelbereich 28 getrennt, so dass eine gute thermische Ankopplung zwischen dem Öl und dem Kühlmittel erreicht wird. Zudem ist der Ablassbereich 29 innerhalb des U's angeordnet, so dass auch eine gute thermische Kopplung zwischen Öl in dem Ablassbereich 29 und dem Kühlmittel in dem Getriebekühlabschnitt des Ölsumpfgehäuseabschnitt 1 1 gegeben ist.

Der Ölsumpf 9 ist als eine angeformte Ausbuchtung in dem Aufnahmeraum des Getriebegehäuseabschnitts 13 als der Ölsumpfgehäuseabschnitt 1 1 ausgebildet. Von dem Ölsumpf 9 führt die Ölleitung 8 zu der Ölpumpe 7. Der Ölsumpfgehäuseabschnitt 1 1 mit dem Getriebekühlabschnitt ist ebenfalls aus dem Grundmaterial des Getriebegehäuseabschnitts 13 ausgeformt, wobei in dem Ölsumpfgehäuseabschnitt 1 1 der Getriebekühlabschnitt und der Ölsumpf 9 nur über eine einfache Wandung voneinander getrennt sind.

Die strömungstechnische Verbindung zwischen dem Kühlmantel 20 und dem Getriebekühlabschnitt 1 1 erfolgt über die Kühlmittelleitung 1 0, welche mittels einer simplen und robusten Schraubverbindung sowohl an dem Kühlmittelauslass 25 und an dem Getriebekühlabschnitt 1 1 festgelegt ist.

Durch das einteilige Gehäuse 6 und die robuste separate Kühlmittelleitung 10 kann der Kühlkreislauf mit wenigen Komponenten und einer geringen Anzahl von Dichtflächen einfach und robust aufgebaut werden, so dass die Montage vereinfacht und das Betriebsverhalten robust und störunanfällig ist.

In einem Querschnitt durch die elektromotorische Getriebevorrichtung 1 im Bereich der Ölpumpe 7 weist der Getriebegehäuseabschnitt 13 eine kreisrunde Form auf, an der sich eine rechteckige Form des Ölsumpfgehäuseabschnitts 1 1 anschließt. In dem Übergangsbereich zwischen dem Getriebegehäuseabschnitt 13 und dem Olsumpfgehäuseabschnitt 1 1 ist eine Kehle 31 ausgebildet, die in axialer Richtung parallel zu der Hauptdrehachse 3 verläuft, wie dies aus der Figur 4 ersichtlich ist. Die Ölpumpe 7 weist ein zylinderförmiges Pumpengehäuse und ist parallel zu der der Hauptdrehachse in der Kehle 31 angeordnet. Durch diese Anordnung ist die Ölpumpe platzsparend an das Gehäuse als separate Baugruppe angesetzt, so dass der Bauraum für die elektromotorische Getriebevorrichtung 1 gering gehalten wird und zugleich die Ölpumpe 7 wartungsfreundlich angeordnet ist.

Bezugszeichenliste

1 Achse

2 Welle

3 Hauptdrehachse

4 Versorgungsflansch

5 Lagerschild

6 Gehäuse

7 Ölpumpe

8 Ölleitung

9 Ölsumpf

10 Kühlmittelleitung

1 1 Getriebekühlabschnitt

12 Motorgehäuseabschnitt

13 Getriebegehäuseabschnitt

14 äußeres Lagerschild

15 Zwischenlagerschild

16 Stator

17 Rotor

18 Übersetzungsgetriebe

19 Hohlwelle

20 Kühlmantel

21 Kühlring

22 Stege

23 Kühlmitteleinlass

24 Kühlkanäle

25 Kühlmittelauslass

26 Elektromotor

27 Kühlmittelausgang

28 Sammelbereich

29 Ablassbereich

30 Sammelöffnung

31 Kehle

Claims

Patentansprüche

1 . Elektromotorische Getriebevorrichtung (1 ) zur Bereitstellung eines Antriebsdrehmoments für ein Fahrzeug, mit einem Gehäuse (6), mit einem Elektromotor (26) zur Erzeugung des Antriebsdrehmoments, wobei der Elektromotor (26) in einem Motorgehäuseabschnitt (1 2) des Gehäuses (6) in einem Motorinnenraum angeordnet ist, mit einem Getriebe (18) zur Umsetzung des Antriebsdrehmoments, wobei das Getriebe (18) in einem Getriebegehäuseabschnitt (13) des Gehäuses (6) in einem Getriebeinnenraum angeordnet ist, mit einem Ölsumpfbereich (9), wobei der Ölsumpfbereich (9) in einem Ölsumpfgehäuseabschnitt (1 1 ) bodenseitig zu dem Getriebeinnenraum angeordnet und strömungstechnisch mit diesem verbunden ist, mit einem Ölsystem (7,8) , welches ausgebildet ist, Öl von dem Getriebe (18) aus dem Ölsumpfbereich (9) zu entnehmen, dadurch gekennzeichnet, dass das Ölsystem (7,8) eine elektrische Ölpumpe (7) zur Förderung des Öls umfasst.

2. Elektromotorische Getriebevorrichtung (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Ölpumpe (7) außerhalb des Gehäuses

(6) angeordnet ist.

3. Elektromotorische Getriebevorrichtung (1 ) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Motorgehäuseabschnitt (12) und der Getriebegehäuseabschnitt (13) einen Hülsenabschnitt bilden, welcher koaxial zu dem Rotor (17) des Elektromotors (26) ausgerichtet ist, wobei der Elektromotor (26) und das Getriebe (18) axial zueinander versetzt in dem Hülsenabschnitt angeordnet sind, wobei durch einen Übergang des Hülsenabschnitts zu dem Ölsumpfgehäuseabschnitt (1 1 ) eine in axialer Richtung verlaufende Kehle gebildet ist und wobei die elektrische Ölpumpe

(7) in der Kehle angeordnet ist.

4. Elektromotorische Getriebevorrichtung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Ölpumpe (7) ein zylinderförmiges Pumpengehäuse aufweist, welches parallel zu der axialen Ausrichtung des Gehäuses (6) ausgerichtet ist.

5. Elektrische Getriebevorrichtung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ölsumpfbereich (9) als eine separate Kammer zu dem Getriebeinnenraum ausgebildet ist, welche durch einen Durchgangsbereich (30) mit dem Getriebeinnenraum strömungstechnisch verbunden ist, so dass der Ölsumpfbereich (9) als ein Trockensumpfbereich ausgebildet ist.

6. Elektromotorische Getriebevorrichtung (1 ) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammer einen Sammelbereich (28) und einen

Ablassbereich, der strömungstechnisch dem Sammelbereich nachgeschaltet ist, und der Durchgangsbereich mindestens zwei Durchlässe aufweist, die in dem Sammelbereich (28) münden, wobei der Ablassbereich (29) tiefer als der Sammelbereich (28) angeordnet ist.

7. Elektromotorische Getriebevorrichtung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Getriebegehäuseabschnitt (13) gemeinsam mit dem Motorgehäuseabschnitt

(12) und/oder mit dem Ölsumpfgehäuseabschnitt (1 1 ) einstückig ausgebildet sind.

8. Elektromotorische Getriebevorrichtung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Kühlkreislauf, wobei der Motorgehäuseabschnitt (12) einen Teil eines Motorkühlabschnitts (20) zur Kühlung des Elektromotors (26) und der Getriebegehäuseabschnitt

(13) mit dem Ölsumpfgehäuseabschnitt (1 1 ) einen Teil eines Getriebekühlabschnitts (1 1 ) zur Kühlung des Getriebes (18) bildet, wobei der Getriebekühlabschnitt (1 1 ) einen Ölkühlbereich in dem Olsumpfgehäuseabschnitt (1 1 ) umfasst, der mit dem Olsumpfbereich (9) des Getriebes (18) thermisch gekoppelt ist, und der in den Wänden des Ölsumpfgehäuseabschnitts (1 1 ) integrierte Kühlkanäle umfasst.

9. Elektromotorische Getriebevorrichtung (1 ) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (26) mit einem Kühlmantel (20) umgeben ist, der von einem Kühlmittel durchströmt ist, wobei der Kühlmantel (20) und die Kühlkanäle in den Wänden des Ölsumpfgehäuseabschnitts (1 1 ) strömungstechnisch miteinander verbunden sind.

10. Elektromotorische Getriebevorrichtung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass diese als ein Radmodul, eine elektrische Achse oder als ein Hybridgetriebe ausgebildet ist.