DE102015214309A1

DE102015214309A1 - Hohlwellenkühlung für einen Antrieb eines Elektrofahrzeugs

Info

Publication number: DE102015214309A1
Application number: DE102015214309.0A
Authority: DE
Inventors: Andreas Huber
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2015-07-29
Filing date: 2015-07-29
Publication date: 2017-02-02

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Hohlwellenkühlung für einen Antrieb eines Elektrofahrzeugs, wobei der Antrieb einen Elektromotor und ein mit einer Rotorhohlwelle des Elektromotors zur Drehmomentübertragung verbundenes Getriebe mit einem Getriebegehäuse aufweist, und in der Rotorhohlwelle eine Hohllanze angeordnet ist, die so ausgebildet ist, dass sie ein Kühlmittel in einen Hohlraum der Rotorhohlwelle abgeben kann, wobei das Kühlmittel ein Getriebeöl eines Schmiermittelkreislaufs des Getriebes aufweist, und der Hohlraum der Rotorhohlwelle wenigstens eine, in einem Inneren des Getriebegehäuses angeordnete, Schmieröffnung aufweist, die zur Abgabe von Kühlmittel aus der Rotorhohlwelle in das Getriebe ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Hohlwellenkühlung für einen Antrieb eines Elektrofahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs. Der Elektromotor eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs oder eines Hybridfahrzeugs bedarf einer leistungsfähigen Kühleinrichtung, da eine effektive Kühlung entscheidenden Einfluss auf die Dauerleistungsfähigkeit geeigneter Antriebsmaschinen für solche Fahrzeuge hat. Besonders die Kühlung des schnelldrehenden Rotors stellt eine besondere technische Herausforderung dar.
Bei bekannten Elektrofahrzeugen ist beispielsweise eine einfache und robuste Luftkühlung des Rotors realisiert, die aufgrund der verhältnismäßig geringen Wärmeleitfähigkeit der Luft jedoch relativ viel Bauraum erfordert und hohe Luftreibungsverluste verursacht. Am Markt etablierte Elektrofahrzeuge weisen deshalb zuweilen eine Flüssigkeitskühlung des Rotors auf, da diese wegen der höheren Wärmeleitfähigkeit flüssiger Kühlmedien deutlich wirkungsvoller und daher zu bevorzugen ist. Beispielsweise aus der US 7 489 057 B2 ist eine flüssigkeitsgekühlte Hohlwelle bekannt, bei der die Kühlung in Form einer Lanzenkühlung erfolgt.
Dabei strömt das Kühlmedium durch eine Hohllanze in die rotierende Hohlwelle des Rotors ein. Bei der in US 7 489 057 B2 beschriebenen Lösung ist auf einer Seite des Elektromotors das Getriebe des Antriebsstrangs und auf der anderen Seite der Kühlmittelkreislauf der Lanzenkühlung angeordnet. Diese Anordnung verbraucht jedoch verhältnismäßig viel Bauraum und erschwert auch die notwendige Abdichtung des Elektromotors einerseits gegenüber dem Getriebeöl und andererseits gegenüber dem Kühlmittel. Die Abdichtung gegenüber dem Kühlmittel unterliegt dabei sehr hohen Anforderungen hinsichtlich Dichtigkeit, Lebensdauer, Verschleißfestigkeit und Temperaturwechselbeständigkeit. Dies ist daher relativ aufwändig und kostenintensiv.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine einfachere Hohlwellenkühlung zur Verfügung zu stellen, welche insbesondere einen geringeren Bauraumbedarf aufweist und/oder keine spezielle Abdichtung zwischen den stehenden und den rotierenden Komponenten des Hohlwellenkühlkreislaufs benötigt. Diese Aufgabe wird durch die Hohlwellenkühlung gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen werden in den Unteransprüchen beansprucht. Die Lehre der Ansprüche wird zum Inhalt der Beschreibung gemacht.
Bei einer erfindungsgemäßen Hohlwellenkühlung für einen Antrieb eines Elektrofahrzeugs weist der Antrieb einen Elektromotor und ein mit einer Rotorhohlwelle des Elektromotors zur Drehmomentübertragung verbundenes Getriebe mit einem Getriebegehäuse auf. In der Rotorhohlwelle ist eine Hohllanze angeordnet, die so ausgebildet ist, dass sie ein Kühlmittel in einen Hohlraum der Rotorhohlwelle abgeben kann. Als Kühlmittel wird dabei ein Getriebeöl eines Schmiermittelkreislaufs des Getriebes verwendet; zumindest weist das Kühlmittel ein Getriebeöl des Schmiermittelkreislaufs auf. Der Hohlraum der Rotorhohlwelle weist wenigstens eine, in einem Inneren des Getriebegehäuses angeordnete, Schmieröffnung auf, die zur Abgabe von Kühlmittel aus der Rotorhohlwelle in das Getriebe ausgebildet ist.
Durch Verwendung des Getriebeöls als Kühlmittel für die Hohlwellenkühlung ist es möglich, den Kühlkreislauf für den Rotor mit dem Kühl-/Schmierkreislauf des Getriebes zu kombinieren. Dadurch wird ein Antrieb für ein Elektrofahrzeug verwirklicht, der gleichzeitig eine ausreichende Kühlung des Elektromotors, insbesondere des Rotors, ermöglicht und sich baulich von einem Antrieb ohne Hohlwellenkühlung im Wesentlichen durch nicht mehr als die zusätzliche Kühllanze und die Anordnungen der Schmieröffnungen an der Rotorhohlwelle unterscheiden muss. Dies ist eine große Vereinfachung, die sowohl Bauraum einspart als auch sehr kostengünstig und robust zu realisieren ist.
Die Erfindung basiert insbesondere auf dem Ansatz, neben der Schmierwirkung des Getriebeöls auch dessen Wärmespeicherfähigkeit zu nutzen. Dafür wird der Schmiermittelkreislauf des Getriebes derart umgestaltet, dass das Getriebeöl zumindest teilweise nicht direkt in das Getriebeinnere eingebracht wird, sondern durch einen Umweg über die Hohllanze in den Hohlraum der Hohlwelle des Elektromotors und anschließend zurück zu den Schmieröffnungen geführt wird, von wo sich das dann im Betrieb erwärmte Getriebeöl auf die weiteren Getriebekomponenten – beispielsweise die Sonne und die Planeten eines Planetengetriebes oder die Stirnräder eines Stirnradgetriebes – ergießt. Durch eine entsprechende Gestaltung der Austrittsgeometrie kann das ausspritzende Öl dabei direkt zur Schmierung (und auch Kühlung) des Getriebes verwendet werden. Zudem wird das Getriebeöl in einer erfindungsgemäßen Gestaltung der Hohlwellenkühlung besonders beim Kaltstart durch die Abwärme des Rotors relativ schnell erwärmt, was die Reibungsverluste reduziert und die Gesamteffizienz des Antriebs verbessert. Um die Notwendigkeit eines zusätzlichen Dichtelements zu vermeiden, ist der Hohlraum der Rotorhohlwelle in einer vorteilhaften Ausgestaltung außerhalb des Getriebegehäuses kühlmitteldicht abgeschlossen. Dazu kann beispielsweise der Hohlraum der Rotorhohlwelle durch eine Sackbohrung als Sackloch ausgebildet sein, in welche die getriebeölführende Hohllanze fast bis zum Ende eingeführt wird. Alternativ kann die Hohlwelle auch eine axial durchgängige Öffnung aufweisen in welche die Kühllanze bei der Montage von der getriebefernen Seite eingeführt wird. Anschließend wird dieses Ende – beispielsweise durch einen Stopfen – kühlmitteldicht verschlossen, wodurch ebenfalls ein Sackloch entsteht.
Durch die Ausgestaltung des Hohlraums als Sackloch – ausgehend vom getriebeseitigen Ende der Rotorhohlwelle – ist dann sichergestellt, dass die Öffnung des Sacklochs im Getriebegehäuse befindlich ist. Gleichzeitig ist durch die weite Einführung der Hohllanze in das Sackloch sichergestellt, dass das Getriebeöl längsaxial quasi im gesamten Bereich der Rotorhohlwelle eingeführt und dann im Hohlraum der Hohlwelle zurückgeführt wird. Dadurch wird der Kühleffekt verbessert.
Durch eine Anordnung der Schmieröffnung und aller Schnittstellen drehender ölführender Komponenten im Inneren des Getriebegehäuses, ist eine aufwendige, kühlmitteldichte Abdichtung des Hohlwellenkühlkreislaufs nicht mehr nötig. So lassen sich beispielsweise einfach und kostengünstig zu realisierende, berührungslose Spaltdichtungen an den Schnittstellen verwenden. Auftretende Leckage an diesen Schnittstellen kann in einer solchen Ausführung durch das Getriebegehäuse aufgefangen und direkt zur Schmierung und/oder Kühlung weiterer Getriebekomponenten verwendet werden. Dadurch wird ein Antrieb für ein Elektrofahrzeug verwirklicht, der gleichzeitig eine ausreichende Kühlung des Elektromotors, insbesondere des Rotors, ermöglicht und sich baulich von einem Antrieb ohne Hohlwellenkühlung im Wesentlichen durch nicht mehr als die zusätzliche Kühllanze und die Anordnungen der Schmieröffnungen an der Rotorhohlwelle unterscheiden muss. Dies ist eine große Vereinfachung, die sowohl Bauraum einspart als auch sehr kostengünstig und robust zu realisieren ist.
Der Schmiermittelkreislauf weist in einer vorteilhaften Ausgestaltung einen Ölwärmetauscher auf, von welchem das Getriebeöl mittels einer Ölpumpe in die Hohllanze eingebracht wird. Die Ölpumpe ermöglicht einen besseren und besser steuerbaren Getriebeölfluss in die Hohllanze. Der Ölwärmetauscher sorgt dafür, dass die Verwendung des Getriebeöls als Kühlmittel effizient stattfinden kann.
Um eine zusätzliche Dichtungsstelle zur Abdichtung des Elektromotors zu vermeiden, erstreckt sich in einer vorteilhaften Ausgestaltung die Hohllanze aus dem Inneren des Getriebegehäuses heraus in den Hohlraum der Rotorhohlwelle.
Die Hohllanze ist im Sinne der Erfindung vorzugsweise als ein hohles Rohr mit einer Eintritts- bzw. Austrittsöffnung an jedem längsaxialen Ende ausgebildet. Zusätzlich oder alternativ können auch entlang der axialen Erstreckung an dem Rohrmantel Ausnehmungen vorgesehen sein, welche eine Einleitung oder Ausleitung von Getriebeöl ermöglichen. Vorzugsweise weist die Hohllanze zumindest entlang ihrer Erstreckung in der Rotorhohlwelle wenigstens eine Kühlöffnung, insbesondere am getriebefernen Ende, auf.
Um eine verbesserte Kühlung der Rotorhohlwelle zu ermöglichen, wird durch eine Differenz zwischen einem Innendurchmesser der Rotorhohlwelle und einem Außendurchmesser der Hohllanze ein Ringspalt ausgebildet, welcher sich ganz oder teilweise über die Axiallänge der Rotorhohlwelle erstreckt und dabei eine veränderliche Spaltweite aufweisen kann.
Je nach Ausbildung der Schmieröffnungen des Hohlraums bzw. der Kühlöffnungen der Hohllanze kann es entweder vorteilhaft sein, dass die Hohllanze drehfest mit der Rotorhohlwelle verbunden ist oder dass die Hohllanze drehfest mit dem Getriebegehäuse bzw. mit einem von der Rotorhohlwelle verschiedenen Getriebebauteil verbunden ist. Beispielsweise kann in einer Ausführung vorgesehen sein, dass eine Kühlöffnung im Hohlraum der Rotorhohlwelle ausgebildet ist, dass sie im Sinne eines ”Sprinklers” Getriebeöl am Ende des Hohlraums verteilt, wenn sich die Rotorhohlwelle und die Hohllanze rotatorisch zueinander bewegen. Dazu dürfte die Hohllanze nicht an der Rotorhohlwelle drehfest festgelegt sein. Analoge Gestaltungen sind mit wenigstens einer Schmieröffnung denkbar.
Um eine gute Einbindung der Hohllanze in den Schmiermittelkreislauf sicherzustellen, weist in einer vorteilhaften Ausgestaltung der Schmiermittelkreislauf einen Öleinlassstutzen auf, welcher als Teil des Getriebedeckels ausgeführt sein kann, und welcher mit einem Auslass einer Ölpumpe und/oder eines Wärmetauschers des Schmiermittelkreislaufs zum Leiten von Getriebeöl des Getriebes verbunden ist.
Um den Bauraum im Inneren des Getriebegehäuses optimal zu nutzen, kann in einer vorteilhaften Ausgestaltung der Öleinlassstutzen direkt oder mittels einer Ausnehmung in einer Getriebekomponente, beispielsweise eines Planetenträger oder eines Stirnrads, mit der Hohllanze zum Leiten von Getriebeöl des Getriebes verbunden sein, wobei diese Verbindung im Inneren des Getriebegehäuses angeordnet ist. In einer analogen Gestaltung kann auch eine direkte, drehfeste Verbindung des Öleinlassstutzens mit der Hohllanze außerhalb des Getriebegehäuses vorgesehen sein.
Eine solche Ausnehmung in einer Getriebekomponente kann beispielsweise eine Bohrung sein, welche eine mit der Rotationsachse eines Planetenträgers, eines Sonnenrads, eines Kegelrads oder eines Stirnrads zusammenfallende Mittelachse aufweist. Dadurch ist sichergestellt, dass die Hohllanze an die entsprechende Komponente problemlos zur Leitung von Getriebeöl angebunden werden kann, zumindest wenn die Hohllanze, wie bevorzugt, ebenfalls in der genannten Längsachse angeordnet ist.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung können ölführende Schnittstellen des Öleinlassstutzens, der Hohllanze und/oder der Getriebekomponente unterschiedliche Drehzahlen aufweisen, wodurch verschiedene Lagerungen der Hohllanze und/oder des Öleinlassstutzens infrage kommen. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist an wenigstens einer ölführenden Schnittstelle des Öleinlassstutzens, der Hohllanze und/oder der Getriebekomponente eine Leckageöffnung zur Schmierung und/oder Kühlung dieser und/oder weiterer Getriebekomponenten angeordnet. Auch können gezielt weitere, als Abzweigung (Bypass) und/oder Leckagestelle ausgebildete Leckageöffnungen zur Schmierung/Kühlung des Getriebes vorgesehen werden. Dadurch kann der Schmiermittelkreislauf so gestaltet werden, dass nicht das gesamte Getriebeöl, sondern nur ein Teil davon, über die Hohllanze, in die Rotorhohlwelle und aus dieser wieder heraus geführt wird. Anstatt des Begriffs Leckageöffnung kann auch der Begriff Leckageausnehmung verwendet werden.
Um eine möglichst gute Schmierung des Getriebes zu ermöglichen, weist die Rotorhohlwelle in einer vorteilhaften Ausgestaltung an einer Verzahnungsstelle mit dem Getriebe längsaxial im Bereich dieser Verzahnungsstelle und/oder längsaxial elektromotorseitig wenigstens eine Schmieröffnung auf.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann eine Schmieröffnung als Querbohrung zwischen einer Mantelfläche und dem Hohlraum der Rotorhohlwelle ausgebildet sein, wobei die Bohrungsachse in einem Winkel zwischen 0° und 90°, insbesondere zwischen 15° und 75°, bevorzugt zwischen 30° und 60°, zur Rotorhohlwellenachse angeordnet ist.
Um eine optimierte Schmierung des Getriebes zu erreichen, weist die Rotorhohlwelle an einer Verzahnungsstelle mit dem Getriebe längsaxial dieser Verzahnungsstelle auf deren elektromotorferner Seite wenigstens eine Schmieröffnung auf.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist eine Schmieröffnung der Rotorhohlwelle durch eine Differenz zwischen einem Innendurchmesser der Rotorhohlwelle und einem Außendurchmesser der Hohllanze am getriebeseitig axialen Ende der Rotorhohlwelle ausgebildet, was einen besonders ungestörten Ausfluss von Getriebeöl in das Getriebe ermöglicht.
Für eine optimale Bauraumausnutzung ist gemäß einer bevorzugten Ausführung ein Sonnenrad eines Planetengetriebes oder ein Ritzel eines Stirnradgetriebes ein integraler Bestandteil der Rotorhohlwelle oder drehfest mit dieser verbunden.
Um den Antrieb des Elektrofahrzeugs effizient und mit einer langen Lebensdauer gewährleisten zu können, ist gemäß einer Ausführung der Elektromotor in einem Inneren eines Motorgehäuses angeordnet, das gegenüber dem Schmiermittelkreislauf des Getriebegehäuses, beispielsweise mittels eines Radialwellendichtrings, abgedichtet ist. Je nach konstruktiver Ausgestaltung können Getriebe und Elektromotor auch in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sein.
Vorzugsweise können alle Übergänge zwischen drehenden Teilen lediglich mittels solcher einfachen Spaltdichtungen abgedichtet sein. Eine vollständige Dichtigkeit wird durch diese zwar nicht gewährleistet, ist aber aufgrund der Tatsache, dass alle Übergänge im Inneren des abgedichteten Gehäuse angeordnet ist, auch nicht notwendig. Auftretende Leckage kann gezielt zur Kühlung und/oder Schmierung weiterer Getriebekomponenten verwendet werden und sammelt sich letztlich im Getriebesumpf, welcher sich im Getriebegehäuse kann.
Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Zusammenhang mit den Figuren, wobei im Einzelnen zeigen:
1 ein Beispiel eines Antriebs eines Elektrofahrzeugs mit einer Hohlwellenkühlung gemäß einer Ausführung der Erfindung in einer Schnittansicht;
2 eine Detailansicht des Einbaubereichs einer im Getriebegehäuse drehfest gelagerten Hohllanze gemäß der Ausführung nach 1 in einer Schnittansicht;
3 eine Detailansicht des Einbaubereichs einer in einem Planetenträger drehfest gelagerten Hohllanze gemäß einer weiteren Ausführung der Erfindung in einer Schnittansicht; und
4 eine Detailansicht des Einbaubereichs einer in der Hohlwelle drehfest gelagerten Hohllanze gemäß einer weiteren Ausführung der Erfindung in einer Schnittansicht.
1 zeigt einen beispielhaften Antrieb 1 eines Elektrofahrzeugs mit einer Hohlwellenkühlung 2. Der Antrieb 1 weist einen Elektromotor 4 mit einem Stator 6 und einem Rotor 8 auf. Der Rotor 8 ist drehfest auf der Außenmantelfläche einer Rotorhohlwelle 10 angeordnet, die wiederum mit Kugellagern 12.1, 12.2 zur Drehung um ihre Längsachse L gelagert ist. Der Elektromotor 4 ist im Inneren eines Motorgehäuses 14 mit integriertem Wassermantel 15 zur Kühlung des Stators 6 angeordnet, das an der getriebeseitigen Lagerung 12.1 der Rotorhohlwelle 10 mittels eines Radialwellendichtrings 16 gegen den Eintritt von Getriebeöl aus einem benachbarten Getriebegehäuse 18 abgedichtet ist. Die Rotorhohlwelle 10 erstreckt sich entlang ihrer Längsachse L aus dem Inneren des Motorgehäuses 14 in ein Inneres 20 des Getriebegehäuses 18. An einem getriebeseitigen Ende der Rotorhohlwelle 10 ist eine Verzahnungsstelle 22 angeordnet, welche im vorliegenden Ausführungsbeispiel als Sonnenrad eines als Planetengetriebe ausgebildeten Getriebes 24 ausgebildet ist. Koaxial mit der Längsachse L der Rotorhohlwelle 10 und eines Planetenträgers 26 des Getriebes 24 ist eine Hohllanze 28 drehfest mit dem Getriebegehäusedeckel 19 angeordnet. Die Hohllanze 28 erstreckt sich entlang der Längsachse L durch das Getriebe 24 bis in einen Hohlraum 30 der Rotorhohlwelle 10.
Auf der entgegengesetzten Seite, außerhalb des Getriebegehäuses 18 ist die Hohllanze 28 mit einem Öleinlassstutzen 32 zur Übertragung von Getriebeöl verbunden. Der Öleinlassstutzen 32 kann in diesem Ausführungsbeispiel auch ein Bestandteil der Hohllanze 28 sein. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Hohllanze 28 nur mit dem Getriebegehäusedeckel 19 drehfest verbunden.
Hohllanze 28 ist wenigstens eine Kühlöffnung 35 der Hohllanze 28 angeordnet, durch welche Getriebeöl in den Hohlraum 30 der Rotorhohlwelle 10 entweichen kann. Am getriebeseitigen Ende des Hohlraums 30 ist wenigstens eine Schmieröffnung 46 angeordnet, durch welche Getriebeöl aus dem Hohlraum 30 in das Innere 20 des Getriebegehäuses 18 entweichen kann. In einem Ölsumpf 36 der Trockensumpfschmierung bzw. Druck-Umlaufschmierung des Getriebes 24 ist in oder am dem Getriebegehäuse 18 ein Ölauslass 38 vorgesehen, von welchem aus ein Schmiermittelkreislauf 40 über eine elektrisch oder mechanisch betriebene Ölpumpe 42 und einen Wärmetauscher 44 bis zu dem Öleinlassstutzen 32 geschlossen ist.
Um bei der sehr hohen angestrebten Leistungsdichte die Abwärme aus dem Elektromotor und dem Getriebe abführen zu können, ist zum einen der Wassermantel 15 im Gehäuse 14 des Elektromotors 4 mit einer Wärmesenke, beispielsweise einem Fahrzeugkühlkreislauf (hier nicht dargestellt), verbunden. Ebenso ist der Wärmetauscher 44 im Getriebeölkreislauf 40 des Getriebes 24 mit einer Wärmesenke, beispielsweise einem Fahrzeugkühlkreislauf oder der Umgebungsluft, gekoppelt.
Durch eine derartige Ausgestaltung ist es möglich, die Rotorhohlwelle 10 mittels der Hohllanze 28 mit Getriebeöl zu versorgen, welches aufgrund seiner Wärmeaufnahmefähigkeit als Kühlmittel 46 der Hohlwellenkühlung 2 dienen kann. In den 2, 3 und 4 ist für unterschiedliche Ausführungsbeispiele der detaillierte Schmiermittelkreislauf 40 bzw. 140 im Antrieb 1 des Elektrofahrzeuges dargestellt.
In 2 ist eine Detailansicht des Einbaubereichs der Hohllanze 28 gemäß der Ausführung nach 1 dargestellt. Die Pfeile 46 bezeichnen den Ölkreislauf durch den Öl-Einlassstutzen 32 (hier Bestandteil der Hohllanze 28), die Hohllanze 28, den Hohlraum der Hohlwelle 30 (jeweils Pfeil 46.1) sowie im Inneren 20 des Getriebes (Pfeile 46.3, 46.4).
Der durch den Pfeil 46.1 dargestellte Hauptpfad des Getriebeöls verläuft vom Öl-Einlassstutzen 32 in die Hohllanze 28, und in dieser entlang der Drehachse L durch den Planetenträger 26 und durch einen Großteil der Längserstreckung des Hohlraums 30 in der Rotorhohlwelle 10. Das elektromotorseitige Ende der Hohllanze ist beabstandet von einer Begrenzungswand 48 des Hohlraums 30 angeordnet und weist die Kühlöffnung 35 auf, durch die Getriebeöl in den Hohlraum 30 außerhalb der Hohllanze 28 gepumpt werden kann. Das Getriebeöl hat dort Kontakt mit dem den Hohlraum 30 umgebenden Material 52 der Rotorhohlwelle 10 und kann dort die Verlustwärme aus dem Rotor 8 aufnehmen. Aus der Schmieröffnung kann dabei relativ kälteres Getriebeöl nachgefördert werden, um relativ wärmeres Getriebeöl zu ersetzen und seinerseits Wärme aufzunehmen und dann abzuführen.
Das erwärmte Getriebeöl verursacht eine geringere Reibung als kaltes Getriebeöl, sodass auch die Schmierwirkung des Getriebeöls im Inneren 20 des Getriebes 24 zumindest bei einem Kaltstart verbessert wird. Das Getriebe 24 wird mit dem Schmiermittelkreislauf 40 gemäß der dargestellten Ausführung an mehreren Stellen geschmiert. Zusätzlich können auch noch weitere Verzweigungen vorhanden sein.
Der Hauptpfad des Getriebeöls ergießt sich durch mehrere als Querbohrung ausgebildete Schmieröffnungen 54.1 am Rotationsradialbereich der Planeten 23 des Getriebes 24. Aus dieser Schmieröffnung wird in der dargestellten Ausführung auch das Kugellager 12.1 geschmiert (siehe Pfeil 46.4). Eine weitere Schmieröffnung 54.2 ist als umlaufender Spalt zwischen der Hohllanze 28 und der Rotorhohlwelle 10 ausgebildet. Damit wird der Bereich zwischen der Rotorhohlwelle 10 und dem Planetenträger 26 geschmiert.
Durch die Ausbildung mit geeigneten Schmieröffnungen 54.1, 54.2, beispielsweise auch nahe Kugellager 12.1, ist sichergestellt, dass bei ausreichender Kühlung der Rotorhohlwelle 10 gleichzeitig eine gute Schmierung aller Lagerungen und Verzahnungsstellen im Inneren 20 des Getriebegehäuses 18 erreicht werden kann. Nachdem sich das Getriebeöl im Ölsumpf 36 abgesetzt hat, wird es mittels der Ölpumpe 42 und des Wärmetauschers 44 wieder dem Öl-Einlassstutzen 32 zugeführt.
In 3 ist eine Detailansicht des Einbaubereichs einer weiteren Ausführung der Erfindung dargestellt. Im Unterschied zu der in 1 und 2 dargestellten Ausführung ist die Hohllanze 28 hierbei drehfest an einer zentralen Durchgangsausnehmung des Planetenträgers 26 angeordnet. Die Hohllanze 28 erstreckt sich von dem Planetenträger 26 in einen Hohlraum 30 der Rotorhohlwelle 10 elektromotorseitig entlang der Längsachse L.
Auf der entgegengesetzten Seite des Planetenträgers 26 erstreckt sich die Hohllanze 28 bis zu einem am Getriebegehäusedeckel 19 drehfest angeordneten Öleinlassstutzen 32, und ist mit diesem zur Übertragung von Getriebeöl verbunden. Diese Schnittstelle kann vorteilhaft als berührungslose Spaltdichtung ausgeführt sein, wodurch sich eine Leckageöffnung 56 ausbildet. An dieser Leckageöffnung 56 austretendes Getriebeöl (siehe Pfeil 46.2) kann beispielsweise zur Schmierung des Getriebelagers 13 verwendet werden. Je nach Anforderungen können auch noch weitere Lagerstellen und/oder Leckageöffnungen vorgesehen werden.
In 4 ist eine Detailansicht des Einbaubereichs einer in dem Hohlraum 30 der Rotorhohlwelle 10 drehfest gelagerten Hohllanze 128 gemäß einer weiteren Ausführung der Erfindung dargestellt. Von den Ausführungen gemäß 1, 2 und 3 unterscheidet sich diese Ausführung im Wesentlichen durch die Gestaltung des Planetenträgers 126 und der Lagerung der Hohllanze 128 sowie einen entsprechend angepassten Schmiermittelkreislauf 140.
Der Öl-Einlassstutzen 32 wird an einem Außendurchmesser von einem bezüglich der Drehachse L überlappenden Innendurchmesser einer ersten Leckageausnehmung 156 des Planetenträgers 126 umfasst, wobei ein Spalt einer Leckageöffnung freibleibt, durch den Getriebeöl austreten und u. a. Lager 13 schmieren kann (siehe Pfeil 146.2).
Der Hauptstrom (siehe Pfeil 146.1) des Schmiermittelkreislaufs fließt aus dem Öl-Einlassstutzen 32 in eine Ölflussausnehmung 158 des Planetenträgers 126 und von dort weiter in die Hohllanze 128, die mit einer zweiten Leckageausnehmung 157 des Planetenträgers 126 analog dem Öl-Einlassstutzen 32 eine Leckageöffnung ausbildet (siehe Pfeil 146.3). Das dort austretende Getriebeöl kann u. a. die Verzahnungsstellen des Planetengetriebes 24 schmieren.
In der Ausführung nach 4 ist die Rotorhohlwelle 10 mit einer axial durchgängigen Ausnehmung versehen. Dies hat den Vorteil, dass die Hohllanze 128 bei der Montage von der getriebefernen Seite in die Hohlwelle eingeschoben und mittels einer umlaufenden Presspassung 160 drehfest gelagert werden kann. Am elektromotorseitigen Ende der Hohllanze 128 kann diese zudem mittels Stützflanschen 162 an einem Innendurchmesser des Hohlraums 30 abgestützt sein, um mögliche Schwingungen zu verhindern. Nach der Montage der Hohllanze 128 in der Rotorhohlwelle 10 wird ein Verschlussstopfen 148 zum kühlmitteldichten Verschluss des Hohlraums 30 eingesetzt, wodurch eine Ausbildung des Schmiermittelkreislaufs 140 in der Rotorhohlwelle 10 wie in den Ausführung gemäß 1, 2 und 3 sichergestellt ist.
Der Hauptpfad 146.1 des Getriebeöls ergießt sich nach dem durchströmen des Hohlraums 30 durch mehrere als Querbohrung ausgebildete Schmieröffnungen 54.1 am Rotationsradialbereich der Planeten 23 des Getriebes 24. Diese Bohrungen können auch im Bereich der Verzahnung 22 liegen um die Schmierung zu verbessern.
Der in dieser Ausführung eingesetzte Radialwellendichtring 16 zur Abdichtung des Inneren des Motorgehäuses 14 gegenüber dem Getriebeöl im Inneren des Getriebegehäuses 20, kann axial sowohl auf der Getriebeseite als auch auf der E-Motorenseite des Motorlagers 12.1 abgeordnet sein.
Bezugszeichenliste

1: Antrieb
2: Hohlwellenkühlung
4: Elektromotor
6: Stator
8: Rotor
10: Rotorhohlwelle
12: Kugellager
13: Lager
14: Motorgehäuse
15: Wassermantel
16: Radialwellendichtring
18: Getriebegehäuse
19: Getriebegehäusedeckel
20: Inneres des Getriebegehäuses
22: Verzahnungsstelle
23: Planet
24: Getriebe
26, 126: Planetenträger
28, 128: Hohllanze
30: Hohlraum der Rotorhohlwelle
32: Öl-Einlassstutzen
35: Kühlöffnung
36: Ölsumpf
38: Öl-Auslass
40, 140: Schmiermittelkreislauf
42: Ölpumpe
44: Wärmetauscher
46: Kühlmittel(-fluss)
48: Begrenzungswand
52: Material
54: Schmieröffnung
56: Leckageöffnung
148: Verschlussstopfen
156, 157: Leckageausnehmung
158: Ölflussausnehmung
160: Presspassung
162: Stützflansch
L: Drehachse

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 7489057 B2 [0002, 0003]

Claims

Hohlwellenkühlung (2) für einen Antrieb (1) eines Elektrofahrzeugs, wobei – der Antrieb einen Elektromotor (4) und ein mit einer Rotorhohlwelle (10) des Elektromotors (4) zur Drehmomentübertragung verbundenes Getriebe (24) mit einem Getriebegehäuse (18) aufweist, und – in der Rotorhohlwelle (10) eine Hohllanze (28, 128) angeordnet ist, die so ausgebildet ist, dass sie ein Kühlmittel (46) in einen Hohlraum (30) der Rotorhohlwelle (10) abgeben kann, dadurch gekennzeichnet, dass – das Kühlmittel (46) ein Getriebeöl eines Schmiermittelkreislaufs (40, 140) des Getriebes (24) aufweist, und der Hohlraum (30) der Rotorhohlwelle (10) wenigstens eine, in einem Inneren (20) des Getriebegehäuses (18) angeordnete, Schmieröffnung (54.1, 54.2) aufweist, die zur Abgabe von Kühlmittel (46) aus der Rotorhohlwelle (10) in das Getriebe (24) ausgebildet ist.
Hohlwellenkühlung (2) gemäß Anspruch 1, wobei der Hohlraum (30) der Rotorhohlwelle (10) außerhalb des Getriebegehäuses (18) kühlmitteldicht abgeschlossen ist.
Hohlwellenkühlung (2) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Schmiermittelkreislauf (40, 140) einen Öl-Wärmetauscher (44) aufweist, von welchem das Getriebeöl mittels einer Ölpumpe (42) in die Hohllanze (28) eingebracht wird.
Hohlwellenkühlung (2) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei sich die Hohllanze (28) aus dem Inneren (20) des Getriebegehäuses (18) heraus in den Hohlraum (30) der Rotorhohlwelle (10) erstreckt.
Hohlwellenkühlung (2) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Hohllanze (28) entlang Ihrer Erstreckung in der Rotorhohlwelle (10) wenigstens eine Kühlöffnung (35), insbesondere an ihrem getriebefernen Ende, aufweist.
Hohlwellenkühlung (2) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Hohllanze (128) drehfest mit der Rotorhohlwelle (10) verbunden ist.
Hohlwellenkühlung (2) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Hohllanze (28) drehfest mit dem Getriebegehäuse (18) oder mit einem von der Rotorhohlwelle (10) verschiedenen Getriebebauteil (126) verbunden ist.
Hohlwellenkühlung (2) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Schmiermittelkreislauf (40, 140) einen Öleinlass-Stutzen (32) aufweist, welcher als Teil eines Getriebedeckels (19) oder der Hohllanze (28) ausgeführt sein kann, und welcher mit einem Auslass einer Ölpumpe (42) und/oder eines Wärmetauschers (44) des Schmiermittelkreislaufs (40, 140) zum Leiten von Getriebeöl des Getriebes (24) verbunden ist.
Hohlwellenkühlung (2) gemäß Anspruch 8, wobei der Öleinlass-Stutzen (32) direkt oder mittels einer Ausnehmung (157) in einer Getriebekomponente mit der Hohllanze (28, 128) zum Leiten von Getriebeöl des Getriebes (24) verbunden ist, wobei diese Verbindung insbesondere im Inneren (20) des Getriebegehäuses (18) angeordnet ist.
Hohlwellenkühlung (2) gemäß einem der Ansprüche 8 oder 9, wobei an wenigstens einer ölführenden Schnittstelle des Öleinlass-Stutzens (32), der Hohllanze (28, 128) und/oder der Getriebekomponente eine Leckageöffnung (56, 156, 157) zur Schmierung und/oder Kühlung dieser und/oder weiterer Getriebekomponenten angeordnet ist, wobei diese Schnittstelle insbesondere im Inneren (20) des Getriebegehäuses (18) angeordnet ist.
Hohlwellenkühlung (2) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Rotorhohlwelle (10) an einer Verzahnungsstelle (22) mit dem Getriebe (24) längsaxial dieser Verzahnungsstelle (22) elektromotorseitig wenigstens eine Schmieröffnung (54) aufweist.
Hohlwellenkühlung (2) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Rotorhohlwelle (10) an einer Verzahnungsstelle (22) mit dem Getriebe (24) längsaxial im Bereich dieser Verzahnungsstelle (22) wenigstens eine Schmieröffnung (54) aufweist.
Hohlwellenkühlung (2) gemäß Anspruch 11 und 12, wobei eine Schmieröffnung (54) als Querbohrung zwischen einer Mantelfläche und dem Hohlraum (30) der Rotorhohlwelle (10) ausgebildet ist, wobei die Bohrungsachse in einem Winkel zwischen 0° und 90° zur Rotorhohlwellenachse (L) angeordnet ist.
Hohlwellenkühlung (2) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Rotorhohlwelle (10) an einer Verzahnungsstelle (22) mit dem Getriebe (24) längsaxial dieser Verzahnungsstelle (22) auf deren elektromotorferner Seite wenigstens eine Schmieröffnung (54) aufweist.
Hohlwellenkühlung (2) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei ein Sonnenrad eines Planetengetriebes (24) oder ein Ritzel eines Stirnradgetriebes ein integraler Bestandteil der Rotorhohlwelle (10) ist oder drehfest mit dieser verbunden ist.
Hohlwellenkühlung (2) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Elektromotor (4) in einem Inneren eines Motorgehäuses (14) angeordnet ist, das gegenüber dem Schmiermittelkreislauf (40, 140) des Getriebegehäuses (18), insbesondere mittels einer Spaltdichtung, beispielsweise eines Radialwellendichtrings (16), abgedichtet ist.