DE102012102798A1

DE102012102798A1 - Antriebseinheit mit Ölaustausch

Info

Publication number: DE102012102798A1
Application number: DE102012102798A
Authority: DE
Inventors: Thomas Gumpoldsberger; Hannes Siegel
Original assignee: Steyr & Co KG Engineering Ct GmbH; Engineering Center Steyr GmbH and Co KG
Current assignee: Alstom Transportation Germany GmbH
Priority date: 2012-03-30
Filing date: 2012-03-30
Publication date: 2013-10-02
Anticipated expiration: 2032-03-31
Also published as: PL2831469T3; EP2831469A1; MY180040A; CN104246309A; HK1201313A1; WO2013143809A1; ES2750653T3; DE102012102798B4; CN104246309B; EP2831469B1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Antriebseinheit für Fahrzeuge, welche ein Getriebe, eine Bremse und eine dazwischen angeordneten Elektromaschine umfasst. Die Elektromaschine besitzt dabei eine Kühlung, die getrennt von den weiteren Bauteilen funktioniert. In den weiteren Bauteilen wird ein getrennter Schmierkreislauf unter Verwendung vorhandener Bauteile aufrechterhalten und der Schmierkreislauf als weiterer Kühlkreislauf genutzt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Antriebseinheit für Fahrzeuge, welche ein Getriebe, eine Bremse und eine dazwischen angeordnete Elektromaschine umfasst. Die Elektromaschine besitzt dabei eine Kühlung, die getrennt von den weiteren Bauteilen funktioniert. In den weiteren Bauteilen wird ein getrennter Schmierkreislauf unter Verwendung vorhandener Bauteile aufrechterhalten und der Schmierkreislauf als weiterer Kühlkreislauf genutzt.
Stand der Technik
Aus dem Stand der Technik ist die Druckschrift DE 69923553 T2 bekannt. In dieser Druckschrift wird eine Antriebseinheit mit einem flüssigkeitsgekühlten, elektrischen Motor mit angeschlossenem Planetengetriebe vorgestellt. Diese Antriebsvorrichtung sieht eine Wasserkühlung für den elektrischen Motor vor, wobei der Kühlkreislauf von einer Pumpenfunktion im Planetengetriebe angetrieben wird. Zu diesem Zweck muss das angeschlossene Planetengetriebe geeignet aufgebaut und die Bauteile speziell vorgeformt sein. Im Stand der Technik wird hierfür das Hohlrad des Planetengetriebes so geformt, dass sich zwei getrennte Kammern im Getriebegehäuse ergeben, deren Inhalt über die Bewegung des Hohlrades in den Kühlkreislauf des Elektromotors gepumpt wird.
Diese Lösung erfordert eine spezielle Ausgestaltung des Getriebes und eine angepasste Ausbildung des Getriebegehäuses, welche ermöglichen, die benötigte Kühlmenge bereitzustellen.
Die vorgestellte Lösung beinhaltet die Funktion der Schmierung von Bauelementen mit der Funktion der Kühlung der Elektromaschine in einem Kreislauf mit einer Kühlflüssigkeit. Nachteilig ist die funktionsbedingte Mischung der Kühlflüssigkeit mit Luft, welche einen wesentlich kleineren Wärmeübergang bewirkt.
Aus der DE 4410074 ist eine Funktion für die Schmierung von Lagerstellen bekannt. Dabei wird ein Differential, das von einem Elektromotor angetrieben wird, über eine hohle Welle mit Schmiermittel versorgt. Die in der Druckschrift vorgestellte Lösung zeigt allerdings keinen Ansatz für die Lösung des Problems, wie das Schmiermittel zu den Lagerstellen des Differentials transportiert wird.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Antriebseinheit zu schaffen, bei der Bauteile durch einen Elektromaschine voneinander getrennt, aber über ein gemeinsames System geschmiert und gekühlt werden. Das Schmiermittel wird sowohl für die Lager der Elektromaschine, für das Getriebe als auch für die Lager von An- und Abtriebsflasch benötigt. Da eine Elektromaschine zwischen den Bauteilen angeordnet ist, hat man das Problem zweier getrennter Ölräume.
Das Problem wird gelöst mit einer erfindungsgemäßen Antriebseinheit, welche ein Getriebe, eine Bremse und einen dazwischen angeordneten Elektromaschine umfasst aufweist, wobei der Stator der Elektromaschine einen Kühlmantel besitzt und die Kühlung der weiteren Bauteile über einen getrennten Schmierkreislauf erfolgt, wobei die Antriebseinheit Mittel zur Aufrechterhaltung des Schmierkreislaufes besitzt. Vorteilhafterweise erfüllt der getrennte Schmierkreislauf die Funktion der Kühlung mit.
Vorteilhafterweise wird durch den weiteren getrennten Schmierkreislauf der Ölraum des Getriebes mit dem Ölraum der Bremse verbunden.
Es ist von Vorteil, dass der Schmierkreislauf durch eine Hohlwelle der Elektromaschine geführt wird.
Weiterhin ist von Vorteil dass der ölführende Kanal der hohlen Welle aus dem Kühl Ölraum des Getriebes über das Ölverdrängung aus den Zwischenräumen der Zahneingriffe des Sonnenrades gespeist wird. Dadurch wird eine gleichmäßige Einspeisung von Öl vom Ölraum des Getriebes in den bremsseitig zugeordneten Ölraum gewährleistet.
Ein im Gehäuse angeordneter Ölkanal führt das eingespeiste Öl wieder in den Ölraum des Getriebes zurück und bewirkt einen geschlossenen Schmierkreislauf. Durch die vorteilhafte Verwendung der Zahneingriffe des Sonnenrades im Getriebe für das Einspeisen von Öl aus dem Ölraum des Getriebes in den Ölraum der Bremse und durch die vorteilhafte Ausgestaltung des Kanals ist eine gleichmäßige Schmierung der Lagerstellen gewährleistet und im Betrieb stellt sich unterschiedliche Ölpegel in den beiden Ölräumen ein.
Beschreibung der Erfindung
Die erfindungsgemäße Lösung und ihre vorteilhafte Ausgestaltung wird anhand einer einzigen Figur in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
1 zeigt einen Längsschnitt durch die erfindungsgemäße Antriebseinheit. In 1 wird eine erfindungsgemäße Antriebseinheit 1 dargestellt, die aus einem Elektromotor 2 und einem Getriebe 3 sowie einer Bremse 4 besteht. Alle einzelnen Bauteile der Antriebseinheit 1 sind in einem Gehäuse zusammengefasst. Dabei wird das Gehäuse der Elektromaschine 2 mit 5 bezeichnet, der Lagerdeckel der Bremse mit 6 und das Gehäuse des Getriebes mit 7. Die Gehäuseteile 5, 6, 7 sind dicht miteinander verbunden und können auch mehrteilig aufgebaut sein. So ist in der Figur das Gehäuse des Getriebes 7 zweiteilig ausgebildet. Die in der Figur skizzierte Elektromaschine 2 weist einen Stator 8 sowie einen Rotor 9 auf. Der Rotor 9 ist mit einer Hohlwelle 11 fest verbunden und mit den Lagern 13 und 14 in den Gehäuseteilen 6 und 7 drehbar gelagert. Die Elektromaschine 2 weist einen Kühlmantel 10 auf. Die Kühlung der Elektromaschine 2 erfolgt getrennt von dem Schmierkreislauf. Die Elektromaschine 3 ist im Allgemeinen vorteilhafterweise wassergekühlt. Weiters ist der Stator 8 und der Rotor 9 der Elektromaschine 2 von den Lagern 13 und 14 abgedichtet, der Raum von Stator 8 und Rotor 9 ist nur mit Luft gefüllt.
Die Elektromaschine 2 ist vorteilhafterweise eine permanenterregte Synchronmaschine. Die Erfindung ist aber nicht auf diesen Maschinetyp limitiert. Jede für den Antrieb geeignete Elektromaschine kann in der erfindungsgemäßen Lösung zum Einsatz kommen.
Die Hohlwelle 11 ist Teil eines ersten Kanals 12, der sich von der Getriebeseite bis zur Bremsenseite erstreckt. Das Rohr 30 ist in die Hohlwelle 11 ist auf der dem Getriebe 3 zugewandten Seite der Hohlwelle 11 eingesetzt und reicht bis nahe an die Zahneingriffe 18 des Sonnenradwelle 22. An dieser Seite besitzt das Rohr 30 eine Einschnürung. Der erste Kanal 12, welcher mantelförmig innerhalb des Rohres 30 und innerhalb der Hohlwelle 11 angeordnet ist, erweitert sich stufenweise in Richtung der Bremse 4 leicht konisch. Der Kanal mündet über Durchlassöffnungen 16, welche durch Rücknahmen am Zahnkopf der Mitnahmeverzahnung zwischen Hohlwelle 11 und Sonnenradwelle 22 ausgebildet sind, im zweiten Ölraum 21. Der zweite Ölraum 21 der Bremse 4 ist über einem Gehäusekanal 17, der im Gehäuse 5 und im Gehäuse 7 führt, mit dem ersten Ölraum 20 des Getriebes 3 verbunden.
Die in der Zeichnung dargestellte Getriebeanordnung ist ein Planetengetriebe, das aus einem Sonnenrad der Sonnenradwelle 22, aus Planetenrädern 23 und einem Hohlrad 24 besteht. Die Sonnenradwelle 22 ist mit der Hohlwelle 11 der Elektromaschine 2 und mit dem Bremsflansch 27 drehfest verbunden und über dem Bremsflansch 27 im Lagerdeckel Bremse 6 gelagert. Die Abtriebwelle 25 ist im Gehäuse Getriebe 7 gelagert und ist als Planetenträger ausgeführt, auf welchem Planetenräder 23 gelagert sind. Der Abtriebsflansch 26 sitzt konzentrisch auf der Abtriebswelle 25 und ist mit ihr drehfest verbunden. Ist die Antriebseinheit in Betrieb, wird Öl von den Planetenrädern 23 aus dem aus dem Ölsumpf des ersten Ölraumes 20 aufgenommen.
Durch den Kontakt in den Zahneingriffen 18 wird Quetschöl zwischen dem Sonnenrad der Sonnenradwelle 22 und den Planetenrädern 23 erzeugt. Ein Teilstrom dieses Quetschöls wird tangential und axial in das Rohr 30 gefördert und kann durch die Einschnürung nicht mehr in den ersten Ölraum 20 abfliessen.
Die Zahnräder 22, 23 erfüllen dabei die Funktion einer Pumpe mit Verdrängerwirkung, welche Öl vom ersten Ölraum 20 in das Rohr 30 des ersten Kanals 12 transportiert. Durch die zentrifugale Verdrängerwirkung im Kanal 12 mit der leicht konischen Erweiterung wird eine gerichtete Ölströmung in Richtung Bremse erzielt. Das Öl strömt durch den ersten Kanal 12, der sich gegen die Durchlassöffnungen 16 erweitert. Durch die Durchlassöffnungen 16 gelangt das Öl in den zweiten Ölraum 21 und zu dem Lager des Bremsflansches 27, auf dem die weiteren in der 1 nicht dargestellten rotierenden Teile der Bremse 4 sitzen.
Ist die Antriebseinheit 1 in Betrieb, wird Öl vom ersten Ölraum 20 in den zweiten Ölraum 21 gefördert. Das Ölpegel im ersten Ölraum 20 sinkt, wodurch die Planschverluste stark verringert werden.
Der Schmierkreislauf wird durch einen Gehäusekanal 17 geschlossen, der dem Ölraum 21 der Bremse 4 mit dem Ölraum 20 des Getriebes 3 verbindet. Über eine Eintrittsöffnung 15 im Ölraum 21 der Bremse 4 strömt Öl in den Gehäusekanal 17 ein und über eine Austrittsöffnung 19 im unteren Bereich des ersten Ölraums 20 in den Ölraum 20 des Getriebes 3 geleitet. Die Anpassung der Dimensionierung des Gehäusekanals 17 mit Ein- und Austrittsöffnung 15 und 19 in Wirkverbindung mit unterschiedlichen Höhen der Ein- und Austrittsöffnung 15 und 19 gewährleistet eine gewünschte Ölpegeleinstellung in den Ölräumen 20 und 21. Erfindungsgemäß liegt im Betrieb der Antriebseinheit 1 der Pegel im ersten Ölraum 20 weit unter dem Pegel im zweiten Ölraum 21.
Der zweite Ölraum 21 findet als strömungsberuhigter Ölraum Verwendung. Durch geeignete Gestaltung des Lagerdeckels Bremse 6 kann der zweite Ölraum 21 als Ölreservoir genutzt werden. Erfindungsgemäß wird der Schmierkreislauf durch den Kühlmantel 10 über den Gehäusekanal 17 gekühlt.
Die vorgestellte Antriebseinheit wird mit einem Planetengetriebe beschreiben. Die erfindungsgemäße Lösung lässt sich allerdings auch mit geeigneten, anderen Getriebeanordnungen realisieren, so sie denn durch die Verdrängerwirkung der Zahnradeingriffe gequetschtes Öl bereitstellen und welches durch geeignete Mittel aufgefangen und weitergeleitet werden kann. Des Weiteren kann die Elektromaschine der vorgestellten Antriebseinheit als Motor und als Generator betrieben werden. In der Beschreibung der Erfindung wird das Schmiermittel mit dem Begriff Öl beschrieben. Die Erfindung soll aber nicht nur auf Öl beschränkt sein, jede weitere Schmierflüssigkeit kann in der erfindungsgemäßen Lösung zum Einsatz kommen.
Bezugszeichenliste

1: Antriebseinheit
2: Elektromaschine
3: Getriebe
4: Bremse
5: Gehäuse Elektromaschine
6: Lagerdeckel Bremse
7: Gehäuse Getriebe
8: Stator
9: Rotor
10: Kühlmantel
11: Hohlwelle
12: Erster Kanal
13, 14: Lager
15: Eintrittsöffnung
16: Durchlaßöffnung
17: Gehäusekanal
18: Zahneingriff
19: Austrittsöffnung
20: Erster Ölraum
21: Zweiter Ölraum
22: Sonnenradwelle
23: Planetenrad
24: Hohlrad
25: Abtriebswelle
26: Abtriebsflansch
27: Bremsflansch
30: Rohr

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 69923553 T2 [0002]
DE 4410074 [0005]

Claims

Antriebseinheit (1) für Fahrzeuge, die ein Getriebe (3), eine Bremse (4) und einen dazwischen angeordneten Elektromaschine (2) in einem mindestens zweiteiligen Gehäuse (5, 6, 7) aufweist, wobei die Elektromaschine (2) einen Kühlmantel (10) besitzt und die Schmierung der weiteren Bauteile (3, 4) über einen getrennten Schmierkreislauf erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufrechterhaltung des getrennten Schmierkreislaufs in dem mindestens zweiteiligen Gehäuse (5, 6, 7) für Getriebe (3) und Bremse (4) unter Verwendung vorhandener Bauteile (23, 22, 11) erfolgt.
Antriebseinheit (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der getrennte Schmierkreislauf die Funktion der Kühlung mit erfüllt.
Antriebseinheit (1) nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der getrennte Schmierkreislauf den ersten Ölraum (20) des Getriebes (3) mit dem zweiten Ölraum (21) der Bremse (4) verbindet.
Antriebseinheit (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere Schmierkreislauf durch eine Hohlwelle (11) des Elektromaschine (2) geführt ist.
Antriebseinheit (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlwelle (11) einen ersten Kanal (12) aufweist.
Antriebseinheit (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass sich der erste Kanal (12) von der Seite des Getriebes (3) bis zur Seite der Bremse (4) erstreckt.
Antriebseinheit (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kanal (12) sich stufenweise leicht konisch erweitert.
Antriebseinheit (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kanal (12) aus dem ersten Ölraum (20) des Getriebes (3) über die Verdrängerwirkung der Zahneingriffe (18) gespeist wird.
Antriebseinheit (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Schmiermittel durch mindestens eine Durchlassöffnung (16) in den zweiten Ölraum (21) der Bremse (4) fließt.
Antriebseinheit (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Rückfluss vom zweiten Ölraum (21) der Bremse (4) in den ersten Ölraum (20) des Getriebes (3) über einen Gehäusekanal (17) im Gehäuse (5) der Elektromaschine (2) und im Gehäuse (7) des Getriebes (3) der Antriebseinheit (1) erfolgt.
Antriebseinheit (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, das der Ölpegel im ersten Ölraum (20) des Getriebes (3) weit unter dem im zweiten Ölraum (21) der Bremse (4) ist.