DE102012206146A1

DE102012206146A1 - Antriebsvorrichtung für einen Kraftwagen

Info

Publication number: DE102012206146A1
Application number: DE102012206146A
Authority: DE
Inventors: Dr. Kalmbach Klaus; Janina Steinz; Klaus Schleicher
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2012-04-16
Filing date: 2012-04-16
Publication date: 2013-10-17
Also published as: US8968138B2; US20130274052A1; CN103373223A; CN103373223B; FR2990085A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung (10) für einen Kraftwagen, mit wenigstens einer, zumindest ein Rotorelement (16) umfassenden elektrischen Maschine (12), mit wenigstens einer Getriebeeinrichtung (24), welche über das Rotorelement (16) von der elektrischen Maschine (12) antreibbar ist und welche zumindest teilweise in einem durch das Rotorelement (16) in radialer Richtung begrenzten Aufnahmebereich (70) angeordnet ist, wobei ein dem Rotorelement zugeordnetes Rotoraktivteil (18) zum Führen des magnetischen Flusses der elektrischen Maschine (12) eine Ringstruktur aufweist und/oder wobei der Aufnahmebereich zumindest teilweise durch einen im Wesentlichen hülsenförmigen Rotorträger des Rotorelements begrenzt ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung. Aus dem allgemeinen Stand der Technik sowie aus dem Serienbau von Kraftwagen, insbesondere von Personenkraftwagen, sind Elektro- und Hybrid-Fahrzeuge bekannt, welche mittels wenigstens eines Elektromotors einer entsprechenden Antriebsvorrichtung des Kraftwagens antreibbar sind. Dabei werden Räder des Kraftwagens mittels des Elektromotors über entsprechende Antriebswellen angetrieben.
Aus dem allgemeinen Stand der Technik ist die bei Elektromotoren so genannte Transaxle-Bauweise bekannt, welche in diesem Zusammenhang nicht mit der Anordnung eines Antriebsaggregats in einem Vorderwagenbereich und eines zugehörigen Getriebes an einer hinteren Antriebsachse des Kraftwagens zu verwechseln ist.
Unter Transaxle-Bauweise wird hier insbesondere verstanden, dass der Elektromotor, insbesondere sein Rotorelement, zwischen angetriebenen Rädern quer zur Fahrzeuglängsrichtung eingebaut ist. Bei dieser Transaxle-Bauweise werden vom Elektromotor über sein Rotorelement bereitgestellte Drehmomente zum Antreiben der Räder zunächst an einem ersten axialen Ende des Elektromotors auf einer ersten Seite abgeführt und dann, beispielsweise mittels einer Hohlwelle, zu einer von der ersten Seite in Fahrzeugquerrichtung beabstandeten, zweiten Seite an einem vom ersten axialen Ende in Fahrzeugquerrichtung beabstandeten, zweiten axialen Ende des Elektromotors geführt.
Für diese Art der Anordnung sind zwei konzentrische Wellen vorgesehen, welche einen jeweiligen und somit doppelten Aufwand beispielsweise zur Darstellung getrennter Lagerungen der Wellen erfordern. Darüber hinaus weisen diese Antriebsvorrichtungen einen relativ hohen Bauraumbedarf in axialer Richtung des Elektromotors auf.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Antriebsvorrichtung für einen Kraftwagen bereitzustellen, welche einen nur sehr geringen Bauraumbedarf aufweisen.
Diese Aufgabe wird durch eine Antriebsvorrichtung für einen Kraftwagen mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch eine Antriebsvorrichtung für einen Kraftwagen mit den Merkmalen des Patentanspruchs 5 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
Eine Antriebsvorrichtung für einen Kraftwagen gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung umfasst wenigstens eine elektrische Maschine mit zumindest einem Rotorelement. Die elektrische Maschine kann beispielsweise in einem Motorbetrieb Drehmomente bereitstellen, welche über das Rotorelement von der elektrischen Maschine abgeführt werden können.
Die Antriebsvorrichtung umfasst zudem wenigstens eine Getriebeeinrichtung, welche über das Rotorelement von der elektrischen Maschine antreibbar ist. Dies bedeutet, dass die von der elektrischen Maschine bereitgestellten Drehmomente über das Rotorelement in die Getriebeeinrichtung eingeleitet werden können.
Durch das Rotorelement ist in radialer Richtung der elektrischen Maschine ein Aufnahmebereich begrenzt, in welchem die Getriebeeinrichtung zumindest teilweise angeordnet ist. Durch diese Integration der Getriebeeinrichtung in das Rotorelement weist die Antriebsvorrichtung insbesondere in axialer Richtung einen besonders geringen Bauraumbedarf auf. Insbesondere können Bauraumverluste, welche aus einer Anordnung der Getriebeeinrichtung in axialer Richtung neben dem Rotorelement bzw. neben der elektrischen Maschine resultieren würden, vermieden werden, da die Getriebeeinrichtung nicht in axialer Richtung an das Rotorelement bzw. elektrische Maschine angrenzt sondern vielmehr im Rotorelement aufgenommen ist. Mit anderen Worten ist die Getriebeeinrichtung in radialer Richtung zumindest teilweise von dem Rotorelement umgeben und durch das Rotorelement überdeckt.
Zur Darstellung eines besonders geringen Bauraumbedarfs ist die Getriebeeinrichtung vorteilhafterweise vollständig in dem Aufnahmebereich angeordnet und wird vollständig durch das Rotorelement in radialer Richtung überdeckt.
Das Rotorelement umfasst ein Rotoraktivteil zum Führen des magnetischen Flusses der elektrischen Maschine. Unter einem Rotoraktivteil wird ein Rotor einer elektrischen Maschine, d.h. eines Elektromotors bzw. eines Generators, verstanden. Unter den Begriff Rotoraktivteil kann beispielsweise auch ein Sekundärteil eines Linearmotors fallen. Den Rotoraktivteilen gemeinsam ist, dass sie beispielsweise durch Paketieren von Blechen hergestellt werden. Die Rotoraktivteile können jedoch auch anderweitig hergestellt sein.
Durch die Ausgestaltung der Geometrie des den Magnetfluss führenden Rotoraktivteils aus einer dünnwandigen Ringstruktur ist das Rotoraktivteil entsprechend der vorgebbaren und vorteilhaften magnetischen Flussführung angepasst, so dass das Rotoraktivteil und somit die Antriebsvorrichtung einen besonders geringen Bauraumbedarf aufweisen. Insbesondere kann die radiale Erstreckung des Rotoraktivteils entsprechend der vorgebbaren, magnetischen Flussführung optimiert und besonders gering gehalten werden, so dass die Antriebsvorrichtung auch in radialer Richtung einen nur sehr geringen Bauraumbedarf aufweist.
Das Rotoraktivteil kann dabei unabhängig von dem Funktionsprinzip der elektrischen Maschine verwendet werden. Dies bedeutet, dass die elektrische Maschine beispielsweise als Synchronmaschine, z.B. als permanenterregte Maschine, oder als Asynchronmaschine ausgebildet sein kann.
Die entsprechende Ausgestaltung des Rotoraktivteils des ersten Aspekts der Erfindung berücksichtigt insbesondere die magnetische Funktion des Rotorelements, insbesondere in Abhängigkeit von der geschilderten Integration der Getriebeeinrichtung in das Rotorelement. Mit anderen Worten ist das Rotorelement durch die entsprechende Ausgestaltung des Rotoraktivteils an die aus der Integration der Getriebeeinrichtung in das Rotorelement resultierenden Bedingungen angepasst und hinsichtlich dieser optimiert, so dass die Antriebsvorrichtung eine vorteilhafte Funktionsfähigkeit sowie einen nur geringen Bauraumbedarf aufweist.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist die Ringstruktur durch wenigstens ein Blechpaket mit einer Mehrzahl von Blechen des Rotoraktivteils gebildet. Dabei kann das Rotoraktivteil beispielsweise durch Paketieren hergestellt sein, wobei die Bleche übereinander geschichtet werden. Dadurch weist das Rotoraktivteil eine besonders vorteilhafte Funktion auf bei gleichzeitiger Realisierung eines geringen Bauraumbedarfs.
Es hat sich als vorteilhaft gezeigt, wenn das Rotorelement einen Rotorträger umfasst, an welchem das Rotoraktivteil gehalten ist. Dabei ist der Aufnahmebereich beispielsweise zumindest teilweise, insbesondere vollständig, durch den Rotorträger begrenzt.
Durch das Vorsehen sowohl des Rotoraktivteils als auch des Rotorträgers ist eine Funktionstrennung geschaffen, bei welcher das Rotoraktivteil insbesondere zum Führen des magnetischen Flusses dient und auf diese Funktion hin ausgelegt und entsprechend optimiert werden kann. Der Rotorträger dient insbesondere zum Halten des Rotoraktivteils sowie zum Begrenzen des Aufnahmebereichs, so dass auch der Rotorträger an diese Funktionen angepasst und hinsichtlich dieser optimiert werden kann. Mit anderen Worten sind die Funktionen des Rotorelements auf zwei insbesondere mechanisch miteinander gefügte Komponenten in Form des Rotorträgers und des Rotoraktivteils aufgeteilt, was mit den geschilderten Vorteilen einhergeht.
Ferner hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn das Rotoraktivteil und der Rotorträger formschlüssig und/oder kraftschlüssig miteinander verbunden sind. Dadurch ist das Rotoraktivteil einerseits besonders fest an dem Rotorträger befestigt. Andererseits können dadurch gewichts- und bauraumintensive Verbindungselemente zum Verbinden des Rotoraktivteils mit dem Rotorträger vermieden werden. Dies kommt dem geringen Bauraumbedarf der Antriebsvorrichtung zugute.
Bei der Antriebsvorrichtung gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung ist vorgesehen, dass der Aufnahmebereich zumindest teilweise durch einen im Wesentlichen hülsenförmigen Rotorträger des Rotorelements begrenzt ist. Mit anderen Worten ist der Rotorträger im Wesentlichen hülsenförmig ausgebildet.
Beim zweiten Aspekt wird insbesondere die mechanische Funktion des Rotorelements und insbesondere des Rotorträgers berücksichtigt, so dass dieser an aus der Integration der Getriebeeinrichtung in das Rotorelement resultierende Bedingungen und Anforderungen angepasst und hinsichtlich dieser optimiert ist. Die Erfindung berücksichtigt somit die magnetische Funktion des Rotorelements und insbesondere des Rotoraktivteils im Rahmen des ersten Aspekts der Erfindung und die mechanische Funktion des Rotorelements und insbesondere des Rotorträgers im Rahmen des zweiten Aspekts der Erfindung. Dabei sind vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten Aspekts der Erfindung als vorteilhafte Ausgestaltungen des zweiten Aspekts der Erfindung anzusehen und umgekehrt.
Infolge der vorzugsweise dünnwandigen Rohrstruktur des hülsenförmigen Rotorträgers weist dieser insbesondere in radialer Richtung einen nur sehr geringen Bauraumbedarf auf. Darüber hinaus steht in dem Innern des Rotorträgers relativ viel Bauraum zur Verfügung, um dort die Getriebeeinrichtung anzuordnen.
Der vorzugsweise filigrane Rotorträger ist dabei hinsichtlich seines Querschnitts an die Übertragung der Drehmomente angepasst und optimiert, so dass auch relativ hohe Drehmomente auf nur sehr geringen Bauraum zu übertragen und/oder zu wandeln sind. Infolge dessen weist die erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung eine sehr hohe spezifische Leistung auf.
In vorteilhafter Ausgestaltung des zweiten Aspekts der Erfindung ist vorgesehen, dass das Rotorelement ein an dem Rotorträger gehaltenes Rotoraktivteil zum Führen des magnetischen Flusses der elektrischen Maschine umfasst, wobei das Rotoraktivteil und der Rotorträger formschlüssig und/oder kraftschlüssig und somit besonders fest und bauraumgünstig miteinander verbunden sind.
Zur Darstellung eines besonders geringen Bauraumbedarfs ist bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass das Rotorelement und die Getriebeeinrichtung zumindest koaxial zueinander angeordnet sind. Mit anderen Worten ist zumindest eine Teilanzahl an drehbaren Getriebeelementen der Getriebeeinrichtung koaxial zum Rotorelement angeordnet.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung umfasst die Getriebeeinrichtung ein Differentialgetriebe. Dadurch ist der Kraftwagen mittels der Antriebsvorrichtung besonders vorteilhaft antreibbar, da das Differentialgetriebe unterschiedliche Drehzahlen der Räder, beispielsweise bei einer Kurvenfahrt, ermöglicht, ohne dass es zu einer Verspannung der Antriebsvorrichtung kommt.
Das Differentialgetriebe ist dabei zumindest teilweise, insbesondere vollständig, in dem Aufnahmebereich angeordnet. Dies ist insofern vorteilhaft, als durch diese Anordnung der Getriebeeinrichtung und insbesondere des Differentialgetriebes zumindest im Wesentlichen in der axialen Mitte des Rotorelements ein besonders vorteilhafter Verlauf eines Kraft- und/oder Drehmomentenflusses von der elektrischen Maschine über die Getriebeeinrichtung zu den Rädern des Kraftwagens erfolgen kann. Der Kraft- und/oder Drehmomentenfluss erfolgt dabei zumindest im Wesentlichen aus der axialen Mitte des Rotorelements beispielsweise direkt an jeweilige Antriebswellen der Räder, ohne dass der Kraft- und/oder Momentenfluss zunächst zu einer ersten axialen Seite und anschließend zu einer gegenüberliegenden, zweiten axialen Seite der elektrischen Maschine zu führen ist.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Getriebeeinrichtung zumindest eine Getriebestufe umfasst, welche von der elektrischen Maschine antreibbar ist, wobei das Differentialgetriebe über die Getriebestufe und das Rotorelement von der elektrischen Maschine antreibbar ist. Dies bedeutet, dass das Differentialgetriebe seriell zu der Getriebestufe angeordnet und dieser nachgeschaltet ist. So kann beispielsweise eine Übersetzung der von der elektrischen Maschine bereitgestellten Drehmomente durch die Getriebestufe erfolgen, bevor die Drehmomente in das Differentialgetriebe eingeleitet werden.
Die Getriebeeinrichtung kann einstufig mit lediglich einer Getriebestufe ausgebildet sein. In vorteilhafter Ausgestaltung ist die Getriebeeinrichtung mehrstufig mit wenigstens zwei Getriebestufen ausgebildet, welche vorzugsweise seriell zueinander geschaltet sind. Dabei sind vorzugsweise alle Getriebestufen der Getriebeeinrichtung zumindest teilweise, insbesondere vollständig, in dem Aufnahmebereich und insbesondere zumindest im Wesentlichen in der axialen Mitte des Rotorelements angeordnet. Durch diese Anordnung der Getriebestufen und gegebenenfalls des Differentialgetriebes axial im Rotorelement weist die Antriebsvorrichtung einen sehr geringen Bauraumbedarf auf.
Umfasst die Getriebeeinrichtung das Differentialgetriebe und die Mehrzahl von seriell zueinander geschalteten Getriebestufen, so ist zur Realisierung einer besonders vorteilhaften Funktion sowie eines geringen Bauraumbedarfs der Antriebsvorrichtung vorgesehen, dass das Differentialgetriebe über die letzte der seriell zueinander geschalteten Getriebestufen antreibbar ist. Dabei sind die Getriebestufen und das Differentialgetriebe entsprechend dem Kraft- und/oder Drehmomentenfluss seriell miteinander verbunden.
Die wenigstens eine Getriebestufe der Getriebeeinrichtung ist vorzugsweise als Planetengetriebe ausgebildet. Ein solches Planetengetriebe weist eine sehr hohe spezifische Leistung auf und kann auch sehr hohe Übersetzungen auf nur sehr geringem Bauraum bereitstellen. Jedoch sei an dieser Stelle angemerkt, dass die wenigstens eine Getriebestufe auch eine andere Ausführung haben kann.
Das Planetengetriebe weist ein Sonnenrad auf, welches vorzugsweise mit dem Rotorträger verbunden ist. Dadurch wird das Sonnenrad vom Rotorträger angetrieben, wobei das Sonnenrad als Einleitelement des Planetengetriebes fungiert. Über das Sonnenrad werden somit die von der elektrischen Maschine bereitgestellten Drehmomente in das Planetengetriebe eingeleitet.
In einer Variante umfasst das Planetengetriebe wenigstens ein Hohlrad, welches festgelegt ist. Dies bedeutet, dass sich das Hohlrad nicht um eine Drehachse dreht, um welche sich das Sonnenrad während des Betriebs der Antriebsvorrichtung dreht. Gleichfalls wäre jedoch auch ein sich drehendes Hohlrad gegebenenfalls denkbar. Zudem wäre es denkbar, den Rotorträger direkt am Hohlradaußendurchmesser zu lagern, beispielsweise mittels einer Gleitlagerung wie bei Turboladern oder mittels von Nadellagern.
Zur Realisierung eines geringen Bauraumbedarfs sowie einer geringen Teileanzahl ist dabei vorzugsweise vorgesehen, dass das feststehende Hohlrad des Planetengetriebes in ein Gehäuseelement der Antriebsvorrichtung, insbesondere der Getriebeeinrichtung, integriert ist. Mit anderen Worten sind das Hohlrad und das Gehäuseelement einstückig miteinander ausgebildet.
Des Weiteren ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass das Planetengetriebe einen Planetenträger umfasst, an welchem wenigstens ein Planetenradelement des Planetengetriebes gelagert ist. Dabei ist der Planetenträger des Planetengetriebes mit dem Differentialgetriebe verbunden. Dies bedeutet, dass der Planetenträger als Ausleitelement des Planetengetriebes dient, über welches die Drehmomente vom Planetengetriebe abgeführt und auf das Differentialgetriebe übertragen werden. Dadurch sind besonders vorteilhafte Übersetzungen darstellbar.
Das Differentialgetriebe ist vorzugsweise als Kegelrad-Differentialgetriebe ausgebildet. Dadurch können die Drehmomente effizient und bauraumgünstig an mit dem Differentialgetriebe koppelbare bzw. gekoppelte Antriebswellen übertragen werden. Andere Gestaltungen sind jedoch auch denkbar.
Aufgrund der Integration der Getriebeeinrichtung und insbesondere des Differentialgetriebes in das Rotorelement ist es dabei vorteilhafterweise möglich, die Antriebswellen direkt, d.h. ohne Umwege, an die jeweilige Seite der elektrischen Maschine zu führen. Dies bedeutet, dass im Kraft- und/oder Drehmomentenfluss vom Differentialgetriebe zu den Rädern keine weitere Übersetzung vorgesehen ist und der Kraft- und/oder Drehmomentenfluss somit übersetzungsfrei verläuft. Dies kommt dem geringen Bauraumbedarf zugute. Ferner ermöglicht bereits die Integration der Getriebeeinrichtung in das Rotorelement die Darstellung vorteilhafter Übersetzungen.
Ist die Getriebeeinrichtung mehrstufig ausgebildet und weist wenigstens zwei Getriebestufen auf, so ist vorzugsweise vorgesehen, dass eine erste der Getriebestufen ein erstes Planetengetriebe und die zweite Getriebestufe ein zweites Planetengetriebe ist. Dabei ist das zweite Planetengetriebe vom ersten Planetengetriebe antreibbar.
Ist das Differentialgetriebe vorgesehen, so ist dieses mit den seriell zueinander geschalteten Planetengetrieben in Reihe geschaltet und wird über das zweite Planetengetriebe angetrieben.
Vorzugsweise ist ein erstes Sonnenrad des ersten Planetengetriebes fest mit dem Rotorträger des Rotorelements verbunden, so dass dadurch die Drehmomente zunächst über den Rotorträger und das erste Sonnenrad in das erste Planetengetriebe eingeleitet werden können.
Zur Darstellung einer besonders vorteilhaften Verschaltung der Planetengetriebe ist weiterhin beispielsweise vorgesehen, dass das erste Planetengetriebe einen ersten Planetenträger aufweist, an welchem wenigstens ein erstes Planetenradelement des ersten Planetengetriebes gelagert ist, wobei der erste Planetenträger mit einem zweiten Sonnenrad des zweiten Planetengetriebes gekoppelt ist. Somit werden die Drehmomente vom ersten Planetengetriebe über den ersten Planetenträger abgeführt und auf das zweite Sonnenrad übertragen, über welches die Drehmomente in das zweite Planetengetriebe eingeleitet werden.
Weist die Getriebeeinrichtung wenigstens eine weitere, als weiteres Planetengetriebe ausgebildete Getriebestufe auf, so wiederholt sich die zum ersten und zum zweiten Planetengetriebe geschilderte Verschaltung entsprechend der Anzahl an Getriebestufen.
Dabei ist vorzugsweise vorgesehen, dass der zweite bzw. letzte Planetenträger des zweiten bzw. letzten Planetengetriebes mit dem Differentialgetriebe verbunden ist.
Das zweite Planetengetriebe umfasst auch wenigstens ein zweites Hohlrad, welches feststeht bzw. festgelegt ist und sich nicht um eine Drehachse dreht, um welche sich die Planetenradgetriebe bzw. die Sonnenräder und die Planetenträger drehen. Vorteilhafterweise ist das zweite Hohlrad in ein Gehäuseelement der Antriebsvorrichtung, insbesondere der Getriebeeinrichtung, integriert, woraus ein geringes Gewicht sowie eine geringe Teileanzahl resultieren. Vorzugsweise sind somit alle Hohlräder aller Planetengetriebe in das Gehäuseelement oder in ein jeweiliges Gehäuseelement der Antriebsvorrichtung, insbesondere der Getriebeeinrichtung, integriert.
Zur Realisierung einer vorteilhaften, effektiven und effizienten Kühlung und/oder Schmierung der Antriebsvorrichtung ist bei einer weiteren Ausführungsform eine Fluidversorgungseinrichtung mit zumindest einem Fluidkanal vorgesehen. Über den Fluidkanal ist wenigstens eine Kühl- und/oder Schmierstelle der Antriebsvorrichtung mit Fluid zum Schmieren und/oder Kühlen der Kühl- und/oder Schmierstelle versorgbar.
Der Fluidkanal verläuft dabei in wenigstens einem ersten Teilbereich in einer feststehenden, ersten Komponente der Antriebsvorrichtung und in wenigstens einem, sich in Strömungsrichtung des Fluids zur Kühl- und/oder Schmierstelle durch den Fluidkanal an den ersten Teilbereich anschließenden, zweiten Teilbereich in einer um eine Drehachse relativ zur ersten Komponente drehbaren, zweiten Komponente der Antriebsvorrichtung.
Dies bedeutet, dass der Zulauf des Fluids zunächst in die feststehende, nicht-rotierende erste Komponente erfolgt. Daran anschließend wird das Fluid mittels des Fluidkanals zu der drehbaren bzw. sich drehenden, zweiten Komponente geführt. Dadurch ist es auf effektive und effiziente Weise möglich, wenigstens eine Komponente der Antriebsvorrichtung über die Kühl- und/oder Schmierstelle zu kühlen und/oder zu schmieren, so dass eine erwünschte Funktionalität der Antriebsvorrichtung auch über eine hohe Lebensdauer hinweg sichergestellt werden kann.
Durch das Kühlen und/oder Schmieren können insbesondere durch Abwälzvorgänge von Zahnrädern der Getriebeeinrichtung und/oder Verluste durch Lagerreibung der Antriebsvorrichtung gering gehalten werden.
Das Fluid kann auch zum Abtransport von Verlustwärme genutzt werden, so dass insbesondere der Getriebeeinrichtung zugeordnete und zumindest teilweise im Aufnahmebereich angeordnete Komponenten der Antriebsvorrichtung insbesondere durch konvektive Kühlung gekühlt werden können. So kann die Betriebstemperatur der Antriebsvorrichtung in einem geringen Rahmen gehalten werden.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die zweite Komponente eine um die Drehachse drehbare Welle, insbesondere eine der Antriebswellen. Dadurch kann das Fluid auf einfache Weise über eine relativ lange Strecke geführt werden. Ferner ermöglicht dies die vorteilhafte Verteilung des Fluids an eine gegebenenfalls vorhandene Mehrzahl an Kühl- und/oder Schmierstellen der Antriebsvorrichtung.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung verläuft der Fluidkanal in einem ersten Kanalbereich in der Welle in axialer Richtung und in einem sich an den ersten Kanalbereich anschließenden, zweiten Kanalbereich in radialer Richtung der Welle.
Das Schmiermittel kann somit vom ersten Kanalbereich in den zweiten Kanalbereich überströmen. Der radiale Verlauf des zweiten Kanalbereichs ist dabei insofern vorteilhaft, als das Fluid mittels Zentrifugalkraft infolge der Drehung der Welle durch den zweiten Kanalbereich zur Kühl- und/oder Schmierstelle gefördert wird. Somit kann der Aufwand zur Förderung der Fluids besonders gering gehalten werden.
Zur Darstellung der Kanalbereiche in der Welle ist die Welle beispielsweise als Hohlwelle ausgebildet. Die Kanalbereiche sind beispielsweise durch Bohrungen der Welle, insbesondere der Hohlwelle, ausgebildet.
Vorzugsweise mündet der zweite Kanalbereich an der Kühl- und/oder Schmierstelle. Dadurch kann das mittels der Zentrifugalkraft durch den zweiten Kanalbereich geförderte Fluid zumindest im Wesentlichen direkt an der Kühl- und/oder Schmierstelle austreten und die entsprechende Komponente der Antriebsvorrichtung kühlen und/oder insbesondere schmieren. Dadurch ist es beispielsweise möglich, wenigstens ein zu kühlendes und zu schmierendes Zahnrad und/oder ein zu kühlendes und zu schmierendes Lager, insbesondere Wälzlager, der Antriebsvorrichtung zu schmieren und zu kühlen. Auch Dichtelemente wie beispielsweise Simmerringe können mittels dieses Systems geschmiert werden, um einen vorzeitigen Ausfall zu vermeiden bzw. Reibungsverluste zu minimieren.
Die Zentrifugalkraft infolge der Drehung der zweiten Komponente, insbesondere der Welle, transportiert das Fluid an Wandungen der Antriebsvorrichtung, insbesondere der Getriebeeinrichtung. An den Wandungen kühlt das Fluid ab und sammelt sich insbesondere durch Gravitation an wenigstens einer in Hochrichtung tiefsten Gehäusestelle.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die erste Komponente ein Gehäuseteil der Antriebsvorrichtung. Das Gehäuseteil ist beispielsweise ein Gehäuseteil der Getriebeeinrichtung und somit ein Getriebegehäuse. Dadurch ist eine besonders einfache und gleichzeitig effiziente und effektive Führung des Fluids realisiert.
Vorzugsweise ist das Gehäuseteil zumindest teilweise in dem Aufnahmebereich angeordnet. Dies führt zu einem besonders geringen Bauraumbedarf der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung.
Vorzugsweise ist das Gehäuseteil mittels des Fluids zu kühlen. Mit anderen Worten wird das Fluid dazu genutzt, Verlustwärme von dem Gehäuseteil abzutransportieren, so dass die Betriebstemperatur der Antriebsvorrichtung und insbesondere der Getriebeeinrichtung gering gehalten werden kann.
Ist das Gehäuseteil der Getriebeeinrichtung zugeordnet, so kann Wärme über das Fluid an eine Oberfläche des Gehäuses zur konvektiven Kühlung an die Umgebung des Gehäuseteils abgeführt werden.
Insbesondere ist es bei der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung möglich, Komponenten der Antriebsvorrichtung mittels des Fluids sowohl zu kühlen als auch zu schmieren. Die Kühlung erfolgt beispielsweise infolge des Durchströmens des Fluidkanals durch das Fluid. Alternativ oder zusätzlich erfolgt das Kühlen infolge dessen, dass das Fluid von einem Fluidreservoir, in welchem sich das Fluid stromab der Kühl- und/oder Schmierstelle sammelt, über wenigstens einen Abführkanal abgeführt wird und den Abführkanal durchströmt. Bei diesem jeweiligen Durchströmen wird Wärme abtransportiert. Die Schmierung der entsprechenden Komponenten erfolgt beispielsweise dadurch, dass das Fluid aus dem Fluidkanal austritt, wodurch die zu schmierende Komponente mit dem Fluid beaufschlagt wird.
Bei einer weiteren, besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist in radialer Richtung zwischen dem zumindest teilweise in dem Aufnahmebereich angeordneten Gehäuseteil und dem Rotorelement wenigstens ein Luftspalt vorgesehen, über welchen das Rotorelement durch das fluidgekühlte Gehäuseteil zu kühlen ist. Somit kann auch die Betriebstemperatur des Rotorelements gering gehalten werden, was der Funktions- und Leistungsfähigkeit der Antriebsvorrichtung zugutekommt.
Ferner kann vorgesehen sein, dass die elektrische Maschine in einem Generatorbetrieb betreibbar ist, so dass beispielsweise über angetriebene Räder des Kraftwagens, die Getriebeeinrichtung und den Rotor in die elektrische Maschine eingeleitete, mechanische Energie zumindest teilweise in elektrische Energie umgewandelt werden kann. Dadurch ist beispielsweise eine Bremsenergierückgewinnung durchführbar.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist wenigstens ein Wärmetauscher zum Kühlen des Fluids vorgesehen, welcher stromauf des ersten Teilbereichs angeordnet ist. Dies bedeutet, dass das Fluid zunächst durch den Wärmetauscher gekühlt wird, bevor es dem in der ersten Komponente verlaufenden Fluidkanal zugeführt wird. Mittels des Wärmetauschers können besonders geringe Temperaturen des Fluids eingestellt werden, so dass dadurch die entsprechende zu schmierende und/oder zu kühlende Komponente besonders effektiv und effizient gekühlt und/oder geschmiert werden kann.
Vorteilhafterweise ist der Wärmetauscher außerhalb der Getriebeeinrichtung und des Rotorelements und insbesondere außerhalb des Aufnahmebereichs angeordnet, so dass ein vorteilhafter Wärmeübergang von dem warmen Fluid über den Wärmetauscher an die Umgebung des Wärmetauschers erfolgen kann.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist wenigstens eine Pumpeinrichtung vorgesehen, mittels welcher das in dem Fluidreservoir gesammelte Fluid aus dem Fluidreservoir förderbar ist. Dadurch kann das Fluid auch bei relativ hohen Querbeschleunigungen aus dem Fluidreservoir gefördert werden, so dass die Schmierung und/oder Kühlung der Antriebsvorrichtung auch bei derartigen Querkräften sichergestellt ist. Insbesondere ist es möglich, mittels der Pumpeinrichtung das in dem Fluidreservoir gesammelte und erwärmte Fluid aus dem Fluidreservoir, welches auch als Ölsumpf bezeichnet wird, abzupumpen und dem äußeren Wärmetauscher zur Kühlung des Fluids zuzuführen. Anschließend wird das gekühlte Fluid dem in der ersten Komponente verlaufenden Fluidkanal zugeführt, wodurch ein Fluidkreislauf geschlossen ist.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung sind wenigstens zwei Kühl- und/oder Schmierstellen vorgesehen, wobei den Kühl- und/Schmierstellen jeweils wenigstens ein Kanalbereich zugeordnet ist. Über die Kanalbereiche des Fluidkanals sind die Kühl- und/oder Schmierstellen jeweils mit Fluid versorgbar, so dass entsprechende Komponenten über die jeweiligen Kühl- und/oder Schmierstellen zu kühlen und/oder zu schmieren sind.
Dabei weisen die Kanalbereiche voneinander unterschiedlich große, vom Fluid jeweils zu durchströmende Strömungsquerschnitte auf. Mit anderen Worten sind die Strömungsquerschnitte der Kanalbereiche an die entsprechenden Komponenten, welche auch als Verbraucher bezeichnet werden, angepasst, so dass dadurch die Strömung des Fluids durch den Fluidkreislauf optimiert werden kann. Die Kühl- und/oder Schmierstelle kann zusammenfassend auch als Verbraucherstelle bezeichnet werden.
Zur Realisierung einer besonders vorteilhaften Förderung des Fluids sowie zur bedarfsgerechten Versorgung der Kühl- und/oder Schmierstelle mit Fluid ist bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung eine Pumpeinrichtung zum Fördern des Fluids vorgesehen, mittels welcher der Druck des Fluids einstellbar ist. Insbesondere ist eine Druckregelung mittels der Pumpeinrichtung durchführbar, so dass der Druck des Fluids beispielsweise an unterschiedliche Fahrsituationen angepasst werden kann. Bei der Pumpeinrichtung kann es sich um die Pumpeinrichtung handeln, mittels welcher das Fluid aus dem Fluidreservoir förderbar ist.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist eine Kühleinrichtung mit wenigstens einem Kühlkanal zum Kühlen eines Stators der elektrischen Maschine vorgesehen. Dabei ist der Kühlkanal von dem Fluid, mittels welchem der Stator zu kühlen ist, durchströmbar. Mit anderen Worten dient das Fluid sowohl zum Kühlen und/oder Schmieren der Kühl- und/oder Schmierstelle auch zum Kühlen des Stators.
Dabei ist die Kühlung und/oder Schmierung der Getriebeeinrichtung mit der Kühlung des Stators kombiniert, wobei die Kühlung und/oder die Schmierung der Getriebeeinrichtung und die Kühlung des Stators mittels des Fluids in serieller oder paralleler Anordnung jeweiliger Fluidkreise realisiert ist. Durch diese Ausgestaltung kann der Aufwand zur Kühlung und/oder Schmierung der Antriebsvorrichtung besonders gering gehalten werden, so dass sie einen nur sehr geringen Bauraumbedarf aufweist. Unter Ausnutzung der Zentrifugalkraft kann zudem der Aufwand zum Fördern des Fluids gering gehalten werden. Durch alternative oder zusätzliche Verwendung der Pumpeinrichtung und der dadurch möglichen Druckeinstellung des Fluids ist eine Druckschmierung und/oder -kühlung möglich, so dass die entsprechenden Komponenten der Antriebsvorrichtung besonders bedarfsgerecht mit einer entsprechenden Menge an Fluid versorgt werden können.
Bei der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung ist eine zentrale Kühlung aller zu kühlenden Komponenten der Antriebsvorrichtung und insbesondere der Getriebeeinrichtung sowie eine zentrale Schmierung aller zu schmierenden und insbesondere rotierenden Komponenten der Antriebsvorrichtung, insbesondere der Getriebeeinrichtung, möglich. Durch Nutzung des Fluids auch zum Kühlen der elektrischen Maschine kann die Funktionalität bauraum- und kostengünstig erweitert werden bei gleichzeitiger Realisierung einer sehr kompakten Bauweise der Antriebsvorrichtung.
Darüber hinaus kann bei der Antriebsvorrichtung vorgesehen sein, dass wenigstens zwei fest miteinander verbundene Komponenten der Antriebsvorrichtung nicht zerstörungsfrei lösbar miteinander verbunden sind. Dadurch können Verbindungsmittel wie beispielsweise Schrauben oder dergleichen zum reversibel lösbaren Verbinden der fest miteinander verbundenen Komponenten sowie entsprechende Befestigungsbereiche für diese Verbindungsmittel entfallen und eingespart werden, woraus ein besonders geringer Bauraumbedarf der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung resultiert.
Reversibel lösbare Verbindungen, welche beispielsweise Flanschverbindungen zwischen den fest miteinander verbundenen Komponenten umfassen, benötigen viel Bauraum und führen zu einem hohen Gewicht. Da derartige Verbindungsmittel zum Realisieren einer reversibel lösbaren Verbindung der fest miteinander verbundenen Komponenten bei der Antriebsvorrichtung nicht vonnöten und nicht vorgesehen sind, weist diese auch ein sehr geringes Gewicht auf. Da auch Flanschverbindungen nicht vorgesehen und nicht vonnöten sind, kann auch der radiale Bauraum der Antriebsvorrichtung besonders gering gehalten werden. Der besonders geringe, radiale Bauraumbedarf ermöglicht auch die Darstellung besonders hoher Wirkungsgrade der Getriebeeinrichtung und der elektrischen Maschine, so dass der Kraftwagen mittels der Antriebsvorrichtung energieeffizient und über eine hohe Reichweite angetrieben werden kann.
Die Antriebsvorrichtung weist auch geringe Kosten auf, da die fest miteinander verbundenen Komponenten aufgrund ihrer nicht zerstörungsfrei lösbaren Verbindung miteinander filigran und somit mit einem nur geringen Materialaufwand hergestellt werden können. Darüber hinaus ist die nicht zerstörungsfrei lösbare Verbindung der fest miteinander verbundenen Komponenten miteinander sehr ausfallsicher, da Verbindungsmittel, welche sich während des Betriebs der Antriebsvorrichtung lösen können, nicht vorgesehen sind.
Die filigrane und somit leichte Ausgestaltung der fest miteinander verbundenen Komponenten ermöglicht beispielsweise auch – wenn die fest miteinander verbundenen Komponenten während des Betriebs der Antriebsvorrichtung rotierende Komponenten sind – die Realisierung besonders geringer Trägheitsmomente der Antriebsvorrichtung.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung sind die fest miteinander verbundenen Komponenten stoffschlüssig miteinander verbunden. Dies ermöglicht eine besonders feste sowie bauraum- und kostengünstige Verbindung. Die fest miteinander verbundenen Komponenten können dabei miteinander verklebt sein.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind die fest miteinander verbundenen Komponenten miteinander verschweißt und somit besonders fest miteinander verbunden. Dadurch können beispielsweise sehr hohe Drehmomente zwischen den Komponenten übertragen werden.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung sind die fest miteinander verbundenen Komponenten durch Elektronenstrahlschweißen und/oder durch Laserschweißen miteinander verbunden. Durch das Elektronenstrahlschweißen und das Laserstrahlschweißen können die fest miteinander verbundenen Komponenten in kurzer Zeit und somit kostengünstig fest miteinander verschweißt werden.
Insbesondere das Elektronenstrahlschweißen, welches auch als EB-Welding bezeichnet wird, ist besonders vorteilhaft, da das Elektronenstrahlschweißen einen sehr hohen Wirkungsgrad aufweist und effizient durchzuführen ist.
An dieser Stelle sei jedoch angemerkt, dass auch eine andere, insbesondere nicht-lösbare Verbindungstechnik die fest miteinander verbundenen Komponenten eingesetzt werden kann.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die erste der fest miteinander verbundenen Komponenten ein Gehäuseelement eines Getriebegehäuses der Getriebeeinrichtung. Dadurch kann die andere Komponente bzw. können anderweitige Komponenten der Antriebsvorrichtung kosten- und bauraumgünstig am insbesondere feststehenden Getriebegehäuseelement befestigt werden.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die zweite der fest miteinander verbundenen Komponenten ein zweites Gehäuseelement des Getriebegehäuses der Getriebeeinrichtung ist. Dies bedeutet, dass das Getriebegehäuse zumindest zweiteilig ausgebildet ist und das erste und das zweite Gehäuseelement umfasst, welche bauraumgünstig miteinander verbunden sind.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Getriebeeinrichtung ein Planetengetriebe mit einem Planetenträger, an welchem wenigstens ein Planetenradelement des Planetengetriebes abgestützt ist. Der Planetenträger umfasst dabei ein erstes Planetenträgerteil als eine erste der fest miteinander verbundenen Komponenten und ein zweites Planetenträgerteil als die zweite der fest miteinander verbundenen Komponenten. Dies bedeutet, dass der Planetenträger wenigstens zweiteilig mit den zwei Planetenträgerteilen ausgebildet ist, welche bauraum- und kostengünstig miteinander verbunden, insbesondere verschweißt, sind.
Zur Realisierung einer vorteilhaften Montage des Planetenträgers und insbesondere einer einfachen Bestückung des Planetenträgers mit den Planetenradelementen ist es vorteilhafterweise vorgesehen, dass die Planetenträgerteile in axialer Richtung nebeneinander angeordnet sind. Dies bedeutet, dass der Planetenträger axial geteilt ausgeführt ist.
Im Rahmen der Herstellung der Antriebsvorrichtung wird beispielsweise zunächst das Planetenradelement an einem der Planetenträgerteile montiert, woraufhin das eine der Planetenträgerteile mit dem anderen Planetenträgerteil nicht zerstörungsfrei lösbar verbunden, insbesondere verschweißt, wird. Vorzugsweise werden alle Planetenradelemente des Planetengetriebes zunächst an dem einen Planetenträgerteil montiert, woraufhin die Planetenträgerteile miteinander nicht zerstörungsfrei lösbar verbunden werden.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfasst die Getriebeeinrichtung ein Differentialgetriebe mit einem Differentialkorb, an welchem Ausgleichsräder des Differentialgetriebes gelagert sind und welche ein erstes Korbteil als eine erste der fest miteinander verbundenen Komponenten und ein zweites Korbteil als die zweite der fest miteinander verbundenen Komponenten umfasst. Das Differentialgetriebe ermöglicht einen sehr vorteilhaften Antrieb des Kraftwagens durch die Antriebsvorrichtung, da mittels des Differentialgetriebes unterschiedliche Drehzahlen von über das Differentialgetriebe angetriebenen Rädern des Kraftwagens, beispielsweise bei einer Kurvenfahrt des Kraftwagens, ermöglicht werden, ohne dass es zu einer Verspannung der Antriebsvorrichtung kommt.
Durch die wenigstens zweiteilige Ausgestaltung des Differentialgetriebes bzw. dessen Differentialkorbs mit den zwei Korbteilen können die Ausgleichsräder und/oder so genannte Wellenräder zeit- und kostengünstig zunächst an einem der Korbteile montiert bzw. gelagert werden, woraufhin die Korbteile miteinander nicht zerstörungsfrei lösbar verbunden, insbesondere verschweißt, werden.
Die so genannten Wellenräder sind dabei mit Antriebswellen gekoppelt oder koppelbar, wobei über die Antriebswellen die Räder des Kraftwagens angetrieben werden.
Zur Darstellung einer besonders einfachen Montage des Differentialgetriebes sind die Korbteile in axialer Richtung nebeneinander angeordnet. Dies bedeutet, dass die Korbteile bei einer vorteilhaften Ausführungsform axial geteilt sind.
Im Rahmen der Herstellung der Antriebsvorrichtung ist es beispielsweise vorgesehen, dass alle Ausgleichsräder und/oder alle Wellenräder des Differentialgetriebes an dem einen Korbteil montiert werden, woraufhin das eine Korbteil mit dem anderen Korbteil nicht zerstörungsfrei lösbar und somit besonders bauraumgünstig verbunden wird.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist eine erste der fest miteinander verbundenen Komponenten ein erstes Zahnrad der Getriebeeinrichtung und die zweite der fest miteinander verbundenen Komponenten ein zweites Zahnrad der Getriebeeinrichtung. Dadurch ist eine besonders vorteilhafte Drehmomentübertragung zwischen den Zahnrädern möglich.
Sind die Zahnräder koaxial zueinander angeordnet und in axialer Richtung voneinander beabstandet, so ist infolge der nicht zerstörungsfrei lösbaren Verbindung der Zahnräder eine Drehmomentübertragung zwischen den Zahnrädern möglich, obwohl diese nicht über jeweilige Verzahnungen miteinander im Eingriff stehen.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist das erste Zahnrad einer ersten Getriebestufe und das zweite Zahnrad einer zweiten Getriebestufe der Getriebeeinrichtung zugeordnet. Dadurch ist es möglich, auch besonders hohe Drehmomente bauraumgünstig und effizient zwischen den einzelnen Getriebestufen zu übertragen, ohne dass die Getriebestufen über jeweilige Verzahnungen miteinander im Eingriff stehen und auf diese Weise miteinander gekoppelt sind.
Vorzugsweise sind alle Zahnräder, welche jeweilige Komponenten der Getriebeeinrichtung sind und welche fest miteinander verbunden sind, nicht zerstörungsfrei lösbar miteinander verbunden. Dadurch ist eine effiziente und bauraumgünstige Übertragung auch sehr hoher Drehmomente zwischen den Zahnrädern dargestellt, was zu einem hohen Wirkungsgrad der Getriebeeinrichtung und damit der Antriebsvorrichtung führt.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass eine der fest miteinander verbundenen Komponenten ein Sonnenrad eines Planetengetriebes ist. Dadurch können Drehmomente sehr effizient und vorteilhaft auf das Sonnenrad übertragen werden. Das Sonnenrad fungiert beispielsweise als Eingangselement des korrespondierenden Planetengetriebes. Mit anderen Worten werden über das Sonnenrad von der elektrischen Maschine bereitgestellte Drehmomente in das korrespondierende Planetengetriebe eingeleitet.
Dazu ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass das Sonnenrad eine erste der fest miteinander verbundenen Komponenten ist, wobei wenigstens eines der Gehäuseelemente die zweite der fest miteinander verbundenen Komponente ist. Dadurch können die von der elektrischen Maschine bereitgestellten Drehmomente über das Rotorelement und das wenigstens eine Gehäuseelement auf das Sonnenrad übertragen und in das korrespondierende Planetengetriebe eingeleitet werden.
Alternativ ist es möglich, dass das Sonnenrad eine erste der fest miteinander verbundenen Komponenten ist, wobei ein Planetenträger eines weiteren Planetengetriebes der Getriebeeinrichtung, welches dem ersten Planetengetriebe mit dem Sonnenrad vorgeschaltet ist, die zweite der fest miteinander verbundenen Komponente ist. Der Planetenträger kann dabei der zuvor geschilderte Planetenträger sein.
Durch diese nicht zerstörungsfrei lösbare Verbindung des Planetenträgers des weiteren Planetengetriebes mit dem Sonnenrad des dem weiteren Planetengetriebe nachgeschalteten, ersten Planetengetriebes sind die beiden Planetengetriebe bauraumgünstig und effizient miteinander verbunden, sodass auch besonders hohe Drehmomente zwischen ihnen übertragen werden können.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist eine der fest miteinander verbundenen Komponenten ein Planetenträger eines Planetengetriebes der Getriebeeinrichtung. Der Planetenträger kann dabei der zuvor geschilderte Planetenträger sein. Der Planetenträger wird vorzugsweise als Ausgangselement des zugeordneten Planetengetriebes verwendet. Mit anderen Worten werden in das dem Planetenträger zugeordnete Getriebeelement eingeleitete Drehmomente über den Planetenträger aus dem zugeordneten Planetengetriebe ausgeführt bzw. von diesem abgeleitet.
In weiterer, besonders vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist eine der fest miteinander verbundenen Komponenten ein Differentialkorb eines Differentialgetriebes der Getriebeeinrichtung. Das Differentialgetriebe kann dabei das zuvor geschilderte Differentialgetriebe sein. Durch diese Ausgestaltung können Drehmomente besonders effizient sowie bauraum- und kostengünstig in das Differentialgetriebe eingeleitet sowie von diesem abgezweigt werden.
Dabei ist beispielsweise vorgesehen, dass das Differentialgetriebe mit einem Planetenträger eines zugehörigen Planetengetriebes gekoppelt ist. Der Planetenträger kann dabei der zuvor geschilderte Planetenträger sein. Insbesondere ist dieser Planetenträger ein Ausgangselement des zugehörigen Planetengetriebes, welches bezogen auf den Kraft- und/oder Drehmomentenfluss vom Rotorelement zum Differentialgetriebe die letzte von mehreren Getriebestufen der Getriebeeinrichtung ist.
Insbesondere ist bei der Antriebsvorrichtung vorteilhafterweise vorgesehen, dass alle Radsätze der Getriebeeinrichtung in Richtung eines Kraft- und/oder Drehmomentenflusses nicht zerstörungsfrei lösbar miteinander verbunden sind. Dadurch ist eine bauraumgünstige Übertragung auch sehr hoher Drehmomente zwischen den Radsätzen möglich.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Die Zeichnung zeigt in:
1 eine schematische Längsschnittansicht einer Antriebsvorrichtung für einen beispielsweise als Hybrid- oder Elektrofahrzeug ausgebildeten Kraftwagen, mit einer elektrischen Maschine, die ein Rotorelement umfasst, in das eine zwei Getriebestufen aufweisende Getriebeeinrichtung mit einem den Getriebestufen seriell nachgeschalteten Differentialgetriebe integriert ist;
2 eine schematische und perspektivische Längsschnittansicht der Antriebsvorrichtung 10 gemäß 1; und
3 eine weitere schematische Längsschnittansicht der Antriebsvorrichtung gemäß 1.
1 zeigt eine Antriebsvorrichtung 10 für einen Kraftwagen, welcher beispielsweise als Personenkraftwagen ausgebildet ist. Der Kraftwagen kann auch als Hybridfahrzeug oder als Elektrofahrzeug insbesondere mit einem Range-Extender ausgebildet sein.
Die Antriebsvorrichtung 10 umfasst eine elektrische Maschine 12, mit einem sehr schematisch dargestellten Stator 14 sowie mit einem sehr schematisch dargestellten Rotorelement 16. Das Rotorelement 16 umfasst ein so genanntes Rotoraktivteil 18 mit einem Magnetkreis bestehend aus Spulen und/oder Magneten sowie einen Rotorträger 20, an welchem das Rotoraktivteil 18 befestigt ist. Das Rotorelement 16 ist um eine Drehachse 22 drehbar.
Die Antriebsvorrichtung 10 umfasst darüber hinaus eine Getriebeeinrichtung 24, welche als erste Getriebestufe ein erstes Planetengetriebe 26 sowie als zweite Getriebestufe ein zweites Planetengetriebe 28 umfasst.
Das erste Planetengetriebe 26 umfasst ein erstes Sonnenrad 30, welches um die Drehachse 22 drehbar ist, und welches mit dem Rotorträger 20 gekoppelt ist. Dies bedeutet, dass von der elektrischen Maschine 12 beispielsweise in einem Motorbetrieb bereitgestellte Drehmomente über den Rotorträger 20 in das erste Sonnenrad 30 eingeleitet werden, so dass das erste Sonnenrad 30 vom Rotorträger 20 angetrieben wird.
Das erste Planetengetriebe 26 umfasst eine Mehrzahl von ersten Planetenradelementen 32, welche über jeweilige Verzahnungen mit dem ersten Sonnenrad 30 im Eingriff stehen.
Die ersten Planetenradelemente 32 sind an jeweiligen, ersten Planetenradbolzen 34 um jeweilige Drehachsen 36 drehbar gelagert sowie über die ersten Planetenradbolzen 34 an einem ersten Planetenträger 38 des ersten Planetengetriebes 26 abgestützt. Die ersten Planetenradelemente 32 können sich auch um die Drehachse 22 drehen.
Des Weiteren umfasst das erste Planetengetriebe 26 ein erstes, feststehendes Hohlrad 40, welches in ein Getriebegehäuse 42 der Getriebeeinrichtung 24 integriert ist. Dies bedeutet, dass das Getriebegehäuse 42 und das erste Hohlrad 40 einstückig miteinander ausgebildet sind, wobei sich das erste Hohlrad 40 beim Betrieb der Antriebsvorrichtung 10 nicht um die Drehachse 22 dreht. Dabei stehen die ersten Planetenradelemente 32 über jeweilige Verzahnungen mit dem ersten Hohlrad 40 im Eingriff.
Das zweite Planetengetriebe 28 umfasst ein zweites Sonnenrad 44, welches um die Drehachse 22 drehbar ist und welches mit dem ersten Planetenträger 38 gekoppelt bzw. verbunden ist. Dadurch wird das zweite Sonnenrad 44 beim Betrieb der Antriebsvorrichtung 10 über den ersten Planetenträger 38 angetrieben. Auch das zweite Planetengetriebe 28 umfasst eine Mehrzahl von zweiten Planetenradelementen 46, welche über jeweilige Verzahnungen mit dem zweiten Sonnenrad 44 im Eingriff stehen.
Die zweiten Planetenradelemente 46 sind an jeweiligen, zweiten Planetenradbolzen 48 um jeweilige Drehachsen 50 drehbar gelagert und können sich auch um die Drehachse 22 drehen.
Das zweite Planetengetriebe 28 umfasst ein feststehendes, zweites Hohlrad 52, welches über jeweilige Verzahnungen mit den zweiten Planetenradelemente 46 im Eingriff steht und welches ebenfalls in das Getriebegehäuse 42 integriert ist.
Die zweiten Planetenradelemente 46 sind über ihre zweiten Planetenradbolzen 48 an einem zweiten Planetenträger 54 abgestützt bzw. gelagert.
Die Getriebeeinrichtung 24 umfasst darüber hinaus ein Differentialgetriebe 56 mit einem so genannten Differentialkorb 58. Das Differentialgetriebe 56 umfasst auch eine Mehrzahl von Ausgleichsrädern 60, welches über jeweilige Ausgleichsbolzen 62 am Differentialkorb 58 um eine Drehachse 65 drehbar gelagert sind.
Des Weiteren umfasst das Differentialgetriebe 56 Wellenräder 64, welche über jeweilige Verzahnungen mit Antriebswellen 66 drehfest verbunden sind.
Die Antriebswellen 66 weisen jeweilige Anschlüsse 68 auf, über welche angetriebene Räder des Kraftwagens mit den Antriebswellen 66 drehfest verbunden werden können.
Wie 1 zu entnehmen ist, ist das Differentialgetriebe 56 als Kegelraddifferentialgetriebe ausgebildet, wobei die Ausgleichsräder 60 und die Wellenräder 64 als Kegelräder ausgebildet sind und über jeweilige Verzahnungen miteinander im Eingriff stehen. Das Differentialgetriebe 56 umfasst beispielsweise vier Ausgleichsräder 60.
Wie 1 ferner zu entnehmen ist, ist die Getriebeeinrichtung 24 nicht etwa axial an das Rotorelement 16 angeflanscht, sondern im Gegensatz dazu in das Rotorelement 16 integriert.
Dazu begrenzt das Rotorelement 16 in radialer Richtung einen Aufnahmebereich 70, in welchem die zweistufige Getriebeeinrichtung 24 mit dem Differentialgetriebe 56 aufgenommen ist. Dabei kann vorgesehen sein, dass das Differentialgetriebe 56 und/oder das erste Planetengetriebe 26 in axialer Richtung zwar das Rotoraktivteil 18 überragen; jedoch überragt weder das Differentialgetriebe 56 noch das erste Planetengetriebe 26 den Rotorträger 20 in axialer Richtung, so dass die Planetengetriebe 26, 28 und das Differentialgetriebe 56 vollständig im Aufnahmebereich 70 aufgenommen und in radialer Richtung vollständig durch das Rotorelement 16, insbesondere den Rotorträger 20, umgeben und überdeckt sind.
Dieses Überragen des Rotoraktivteils 18 durch das Differentialgetriebe 56 und/oder das erste Planetengetriebe 26 in axialer Richtung kann jedoch bei einem anderen Verhältnis von Rotorlänge/Durchmesser/Drehzahl/Drehmoment vermieden sein.
Dadurch ist ein Bauraumverlust in axialer Richtung vermieden, da weder das Differentialgetriebe 56 noch die Planetengetriebe 26, 28 axial an das Rotorelement 16 angeflanscht sind. Darüber hinaus erfolgt – wie in 1 durch einen Verlauf 72 angedeutet ist – eine zumindest im Wesentlichen ideale und direkte Verteilung der von der der elektrischen Maschine 12 in ihrem Motorbetrieb über ihr Rotorelement 16 bereitgestellten Drehmomente zumindest im Wesentlichen aus dem axialen Zentrum des Rotorelements 16 auf die beiden Antriebswellen 66.
Der Verlauf 72 charakterisiert dabei einen Kraft- und/oder Drehmomentenfluss von der elektrischen Maschine 12 in ihrem Motorbetrieb über ihr Rotorelement 16 und insbesondere ihren Rotorträger 20 über die Planetengetriebe 26, 28 und das Differentialgetriebe 56 zu den Antriebswellen 66. Dabei sind das Rotorelement 16, die Planetengetriebe 26, 28 und das Differentialgetriebe 56 bezogen auf den Kraft- und/oder Drehmomentenfluss (Verlauf 72) seriell zueinander geschaltet.
Das erste Sonnenrad 30 fungiert als erstes Eingangselement des ersten Planetengetriebes 26, da über das erste Sonnenrad 30 die Drehmomente in das erste Planetengetriebe 26 eingeleitet werden.
Der erste Planetenträger 38 fungiert als erstes Ausgangselement des ersten Planetengetriebes 26, da über ihn die Drehmomente aus dem ersten Planetengetriebe 26 ausgeleitet werden.
Das mit dem ersten Planetenträger 38 verbundene, zweite Sonnenrad 44 fungiert als zweites Eingangselement des zweiten Planetengetriebes 28, während der zweite Planetenträger 54 des zweiten Planetengetriebes 28 als zweites Ausgangselement des zweiten Planetengetriebes 28 dient und mit dem Differentialgetriebe 56, insbesondere dessen Differentialkorb 58, verbunden ist. Mit anderen Worten wird der Differentialkorb 58 des Differentialgetriebes 56 über den zweiten Planetenträger 54 angetrieben, so dass über den Differentialkorb 58 die Ausgleichsräder 60 und über diese Wellenräder 64 um die Drehachse 22 gedreht werden. Somit werden die Antriebswellen 66 angetrieben, so dass auch sie sich um die Drehachse 22 drehen.
Zum Lagern des Rotorelements 16 sind Wälzlager 43, 45 vorgesehen. Ferner ist ein weiteres Wälzlager 47 zum Lagern des Differentialkorbs 58 vorgesehen. Mittels Wälzlagern 49, 51 sind die Antriebswellen 66 gelagert.
Durch die Integration der Planetengetriebe 26, 28 und des Differentialgetriebes 56 in das Rotorelement 16 sowie die entsprechende Ausgestaltung der Getriebestufen als die Planetengetriebe 26, 28 weist die Antriebsvorrichtung 10 einen besonders geringen Bauraumbedarf auf und ermöglicht die effiziente und effektive Übertragung und Umwandlung der von der elektrischen Maschine 12 bereitgestellten Drehmomente hin zu den Antriebswellen 66.
Wie insbesondere in Zusammenschau mit 2 und 3 erkennbar ist, weist das Rotoraktivteil 18 zum Führen des magnetischen Flusses der elektrischen Maschine 12 eine dünne Ringstruktur auf. Dabei kann das Rotoraktivteil 18 als Blechpaket und insbesondere durch Paketieren von Blechen, insbesondere Elektroblechen, hergestellt sein. Alternativ wären unter anderem auch softmagnetische Materialen, die sich z.B. wie Kunststoff spritzen lassen, oder Luftspulen ohne Eisen zu diesem Zweck denkbar.
Wie 1 bis 3 ferner zu entnehmen ist, ist der Rotorträger 20 im Wesentlichen hülsenförmig, d.h. als dünnwandiges Rohr, und einstückig ausgebildet, so dass bauraum- und gewichtsintensive Verbindungsbereiche und Verbindungselemente zum Verbinden mehrerer Rotorträgerteile miteinander nicht vorgesehen und nicht vonnöten sind. Dies kommt dem geringen Bauraumbedarf der Antriebsvorrichtung 10 zugute.
In 2 und 3 sind ferner Dichtungselemente 74, 76, 78 erkennbar. Mittels des ersten Dichtungselements 74 ist der Rotorträger 20 gegen ein Gehäuseelement 80 eines Gehäuses 82 der Antriebsvorrichtung 10 abgedichtet.
Das Gehäuse 82 umfasst ein mit dem Gehäuseelement 80 verbundenes, zweites Gehäuseelement 84, an welchem der Stator 14 der elektrischen Maschine 12 festgelegt ist. Über das erste Gehäuseelement 80 ist das Getriebegehäuse 42 am zweiten Gehäuseelement 84 festgelegt, so dass es feststeht und sich nicht um die Drehachse 22 dreht.
Mittels des zweiten Dichtungselements 76 ist die bezogen auf die jeweilige Bildebene der 1 bis 3 linke Antriebswelle 66 gegen das feststehende Getriebegehäuse 42 abgedichtet. Das dritte Dichtungselement 78 dient zur Abdichtung der rechten Antriebswelle 66 gegen das Gehäuse 82. In 3 ist auch ein Resolver 86 der elektrischen Maschine 12 erkennbar.
Insbesondere 3 sind der kompakte Aufbau und der geringe Bauraumbedarf der Antriebsvorrichtung 10 zu entnehmen, sowohl in axialer als auch in radialer Richtung.

Claims

Antriebsvorrichtung (10) für einen Kraftwagen, mit wenigstens einer, zumindest ein Rotorelement (16) umfassenden elektrischen Maschine (12), mit wenigstens einer Getriebeeinrichtung (24), welche über das Rotorelement (16) von der elektrischen Maschine (12) antreibbar ist und welche zumindest teilweise in einem durch das Rotorelement (16) in radialer Richtung begrenzten Aufnahmebereich (70) angeordnet ist, wobei ein dem Rotorelement zugeordnetes Rotoraktivteil (18) zum Führen des magnetischen Flusses der elektrischen Maschine (12) eine Ringstruktur aufweist.
Antriebsvorrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringstruktur durch wenigstens ein Blechpaket mit einer Mehrzahl von Blechen des Rotoraktivteils (18) gebildet ist.
Antriebsvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Rotoraktivteil (18) an einem Rotorträger (20) des Rotorelements (12) gehalten ist.
Antriebsvorrichtung (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Rotoraktivteil (18) und der Rotorträger (20) formschlüssig und/oder kraftschlüssig miteinander verbunden sind.
Antriebsvorrichtung (10) für einen Kraftwagen, mit wenigstens einer, zumindest ein Rotorelement (16) umfassenden elektrischen Maschine (12), mit wenigstens einer Getriebeeinrichtung (24), welche über das Rotorelement (16) von der elektrischen Maschine (12) antreibbar ist und welche zumindest teilweise in einem durch das Rotorelement (16) in radialer Richtung begrenzten Aufnahmebereich (70) angeordnet ist, wobei der Aufnahmebereich zumindest teilweise durch einen im Wesentlichen hülsenförmigen Rotorträger (20) des Rotorelements (12) begrenzt ist.
Antriebsvorrichtung (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Rotorelement (12) ein an dem Rotorträger (20) gehaltenes Rotoraktivteil (18) zum Führen des magnetischen Flusses der elektrischen Maschine (12) umfasst, wobei das Rotoraktivteil (18) und der Rotorträger (20) formschlüssig und/oder kraftschlüssig miteinander verbunden sind.
Antriebsvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Rotorelement (16) und die Getriebeeinrichtung (24) zumindest teilweise koaxial zueinander angeordnet sind.
Antriebsvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebeeinrichtung (24) ein Differentialgetriebe (56) umfasst.
Antriebsvorrichtung (10) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebeeinrichtung (24) zumindest eine Getriebestufe (26) umfasst, welche von der elektrischen Maschine (12) antreibbar ist, wobei das Differentialgetriebe (56) über die Getriebestufe (26) und das Rotorelement (16) von der elektrischen Maschine (12) antreibbar ist.
Antriebsvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebeeinrichtung (24) eine Mehrzahl von Getriebestufen (26 28) umfasst, welche alle zumindest teilweise, insbesondere vollständig, in dem Aufnahmebereich (70) angeordnet sind.
Antriebseinrichtung (10) nach den Ansprüchen 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Differentialgetriebe (56) über die letzte der seriell zueinander geschalteten Getriebestufen (26, 28) antreibbar ist.
Antriebsvorrichtung (10) nach Anspruch 11 oder nach Anspruch 10 in dessen Rückbezug auf Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste der Getriebestufen (26, 28) ein erstes Planetengetriebe (26) und eine zweite der Getriebestufen (26, 28) ein zweites Planetengetriebe (28) ist, welches vom ersten Planetengetriebe (26) antreibbar ist und über welches das Differentialgetriebe (56) antreibbar ist.
Antriebsvorrichtung (10) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein Rotorträger (20) des Rotorelement (12) mit einem ersten Sonnenrad (30) des ersten Planetengetriebes (26) verbunden ist, wobei ein erster Planetenträger (38) des ersten Planetengetriebes (26) mit einem zweiten Sonnenrad (44) des zweiten Planetengetriebes (28) verbunden ist, und wobei ein zweiter Planetenträger (54) des zweiten Planetengetriebes (28) mit dem Differentialgetriebe (56) verbunden ist.